–обот построенный из конструктора Lego Technics

21.03.2007, 09:23


ѕеревод статьи, где описан робот, построенный ƒэвидом јндерсоном из конструктора Lego Technics.

LegoBot построен из деталей конструктора моего сына Lego Technics с использованием нескольких различных микроконтроллеров. ћозгом насто€щему образцу служит микроконтроллер Motorola HC11 на плате M.I.T.. 6.270. Ёто тот же тип контроллеров, который мы использовали в SR04 и Nbot, только без дополнительной платы расширени€.

ƒл€ поклонников Ћего заметим, что помимо Ћего, в нем присутствуют и другие детали. “ак, мы приделали ему спинку из авиационной фанеры, чтобы усилить крепЄж элементов питани€, и удачно применили пластиковые ст€жки в различных местах шасси. Ёти структурные компоненты обеспечили прочность платформы, котора€ оставалась крепкой и функциональной в течение более трех лет разумной и неразумной эксплуатации.

ѕитание мотора и контроллера обеспечивали дес€ть 1600 мј*ч NiMH аккумул€торов, размещЄнные в двух наборах по п€ть штук. Ёти пакеты были установлены на фанерную спинку по обе стороны от хвостового колеса. “ака€ схема расположени€ нужна была дл€ того, чтобы центр масс робота располагалс€ примерно на рассто€нии одного дюйма за ведущими колесами и, таким образом, не позвол€л бы роботу Ђклевать носомї во врем€ быстрых маневров, в то же врем€, обеспечива€ достаточную нагрузку на ведущие колеса дл€ хорошего сцеплени€ с поверхностью.

¬ роботе используетс€ двойной механизм дифференциального привода дл€ движени€ и рулевого управлени€. ѕара моторов Ћего и три набора шестерЄнок 40:8 обеспечивают передаточное отношение 125:1. «убчатые цилиндрические шестерни, которые напр€мую подсоединены к двигател€м, имеют 32 сегмента с черно-белым рисунком-энкодером, наклеенным на шестерЄнки. ќни оптически считываютс€, как и в самодельных датчиках положени€ вала, чтобы обеспечить обратную св€зь с двигателем дл€ контрол€ скорости и вычислени€ местоположени€.  ак правило, этот процесс называют "одометри€". ќптические светоотражательные элементы компании Hamamatsu закреплены на фанерной распорке, соедин€ющей две зеленые детали Ћего, котора€ расположена как раз посередине между двум€ выходными валами, как это хорошо видно на приведенном выше изображении.

¬едущие колеса уравновешены с помощью хвостового роликового колеса. ќно сделано из маленького колЄсика Ћего и двух фанерных дощечек по бокам. —тальной болт и хромированна€ накидна€ гайка обеспечивают контакт тефлоновой несущей поверхности в верхней части с хвостовыми кронштейнами. ѕр€мо перед конструкцией хвостового колеса за фанерной спинкой видно кнопку, котора€ использовалась дл€ ввода параметров программного обеспечени€

LegoBot имеет 4 системы датчиков, которые используютс€ дл€ самосто€тельной навигации. ќписанные выше оптические датчики положени€ вала поставл€ют необработанные данные о местоположении (’, Y) и углах поворота (Theta) в дюймах и градусах соответственно. »спользу€ их, робот может следить за своим положением и двигатьс€ к одной или к нескольким цел€м. Ѕольша€ часть демонстрируемых режимов работы (действий, которые робот может совершать) тем или иным образом используют эту его способность к навигации.

«десь представлен видеоролик в формате MPEG с записью простого упражнени€ по навигации. ÷ель у робота была одна Ц точка в 8 футах ( 2,5 м ) пр€мо перед ним. ƒостигнув ее, он замедл€ет движение, останавливаетс€, поворачиваетс€ на 180 градусов лицом к старту, затем возвращаетс€ на старт и поворачиваетс€, занима€ первоначальное положение. Ёто упражнение также может быть выполнено при помощи более традиционного расчета траектории робота или даже еще более простого способа - расчЄта траектории по времени. ќднако робот отслеживает свое местоположение 20 раз в секунду и посто€нно вычисл€ет самый короткий путь к цели. Ёто более очевидно, когда используютс€ другие датчики.

¬тора€ система датчиков состоит из четырех микровыключателей, вмонтированных в переднюю часть шасси, которые включаютс€ с помощью прозрачного поликарбонатного пластика. Ѕампер крепитс€ в центре на паре подпружиненных болтов. “аким образом, робот может воспринимать нажатие на бампер слева, справа и по центру. Ќа приведенном выше изображении передний бампер сн€т с установочных крепежей, чтобы было видно расположение микровыключателей, которые закреплены на своих местах с помощью зеленых проводов.

–еакци€ робота зависит от того, в какой точке бампера произошло нажатие. ≈сли деформаци€ зафиксирована справа, то робот чуть-чуть откатитс€ назад и повернетс€ влево, если же деформаци€ зафиксирована слева, то робот чуть-чуть откатитс€ назад и повернетс€ вправо. —жатие в центральной части бампера заставит робота отъехать назад и повернутьс€ на 90 градусов. “о, в какую сторону он повернетс€, влево или вправо, зависит от истории деформаций бампера. ћикроконтроллер хранит информацию о времени и местоположении последних 12 деформаций. –обот использует эту информацию, чтобы не запутатьс€ в сложной ситуации, например, среди ножек стула и шнуров питани€.

«десь представлен еще один видеоролик в формате MPEG , на котором записано более сложное упражнение по навигации. ” робота снова была только одна цель Ц точка в 8 футах ( 2,5 м ) пр€мо перед ним. ќднако в этот раз на его пути была помеха Ц вездесущий офисный стул с п€тью ножками. Ёта задача автономной навигации сочетает в себе задачу одометрии по обнаружению цели и задачу обхождени€ преп€тстви€ с помощью сенсоров бампера. –асчет пр€мого пути, как и в первом упражнении, прерываетс€ при столкновении с ножками стула и €сно видно, как происходит посто€нное вычисление своего местоположени€ и кратчайшего пути к цели. ѕуть, пройденный роботом, значительно больше 8 футов , поэтому с этой задачей ни традиционный расчет траектории робота, ни расчЄт траектории по времени справитьс€ не могут.

“реть€ система датчиков состоит из пар источников и детекторов инфракрасного (» ) излучени€ встроенных в затемнЄнную коробку за передним бампером. ќни расположены таким образом, чтобы излучение и прием происходили в двух перекрывающихс€ секторах примерно на рассто€ни€х до 15 дюймов ( 40 см ) перед роботом. Ќа приведенном выше изображении два повернутые друг к другу объекта желтоватого цвета, расположенные в центре затемнЄнной коробки Ц это » -светодиоды. ƒве серебристых коробочки, расположенные наклонно по обеим сторонам коробки, Ц это два »  детектора. Ёлементы собраны и экранированы таким образом, чтобы обеспечить два отдельных пол€ зрени€, слегка перекрывающихс€ в центре, обладающих одинаковой силой детектировани€. »ндикаторы светодиодов, зеленый дл€ левого и красный дл€ правого, встроены в центральный процессор и загораютс€, когда сигал поступает из одного или из обоих секторов.

–еакци€ робота на сигналы » -датчиков похожа на реакцию в случае удара по бамперу. ≈сли сигнал поступает справа, робот рулит влево, если сигнал поступает слева, робот двигаетс€ вправо.  огда сигнал поступает из центральной области, робот притормаживает (чтобы потом набрать прежнюю скорость требуетс€ некоторое врем€). ¬ результате робот может тормозить до тех пор, пока не остановитс€, не име€ возможности продвигатьс€ вперед, но име€ возможность повернуть влево или вправо. “акое поведение очень эффективно при обхождении преп€тствий и при маневрировании в узком месте.

«десь представлен третий видеоролик в формате MPEG , на котором робот продвигаетс€ вперед на 8 футов ( 2,5 м ) и возвращаетс€ назад, использу€ » -датчики, чтобы объехать картонную коробку. ѕолучив первый сигнал о коробке, чтобы обойти преп€тствие, робот слишком сильно поворачивает направо, он продолжает поворачивать направо до тех пор, пока не перестают поступать сигналы от ножек стола или от стены. ¬ таком положении он может найти кратчайший путь к цели и пройти к ней между коробкой и ножками стола. ƒл€ того, чтобы можно было судить о точности возвращени€ робота на старт, мы положили на пол белую бумажную салфетку. ѕохоже, что он промахнулс€ на один-два дюйма.

—овместно три этих системы датчиков позвол€ют роботу надЄжно работать среди беспор€дочно разбросанных вещей (у мен€ всегда так). ƒатчики бампера, как последнее средство, срабатывают очень редко, но они необходимы, чтобы защитить робота от повреждений и чтобы он не застр€л, в случае если другие датчики не сработали. ѕо длине и ширине они равны самой высокой и самой низкой детал€м робота, так что если бампер не заденет преп€тствие, то и остальные части робота тоже его не заденут.

«десь представлен более длинный видеоролик в формате MPEG , в котором робот передвигаетс€ по той же комнате, обход€ преп€тстви€. ¬ данном случае у него не было конкретного пункта назначени€, его целью скорее было полное исследование Ђнеизвестнойї обстановки. «аметим, что » -датчики хорошо справились с серым офисным стулом с п€тью ножками, но с серебристым стулом у них возникли затруднени€. », чтобы обойти Ђневидимыеї ножки стула, по крайней мере, один раз потребовались датчики бампера.

ѕоследн€€ система датчиков в LegoBot Ц это пара бесконтактных » -датчиков Sharp GP2D12. ќни установлены вертикально с помощью трЄхосных стержней пр€мо за передним бампером по обеим сторонам робота. ќни направлены вперед, вниз и влево и вправо от центра. Ёти датчики возвращают аналоговый сигнал напр€жени€, величина которого пропорциональна рассто€нию до маленького сфокусированного п€тнышка »  света, испускаемого датчиками. Ёти данные €вл€ютс€ точными на рассто€ни€х от 3 дюймов ( 8 см ) до примерно 30 дюймов ( 80 см ). Ёти датчики LegoBot использует, чтобы измер€ть рассто€ние до ближайшей стены или до других объектов, чтобы работать в режиме Ђследовани€ вдоль стеныї (обход по периметру).

¬ этом режиме Ђследовани€ вдоль стеныї путь робота определ€етс€ обычными » -датчиками и бесконтактными датчиками Sharp.  огда согласно данным бесконтактных датчиков рассто€ние до стены становитс€ слишком большим, робот поворачиваетс€ к стене. ќб этом сигнализирует синий индикаторный светодиод (ну должен же € был найти применение дл€ одного из этих крутых —»Ќ»’ светодиодов).  огда робот подходит слишком близко к стене, обычные » -датчики дл€ избегани€ столкновени€ поворачивают его в сторону. “аким образом, благодар€ этим двум системам датчиков робот может следовать параллельно стене или вокруг здани€.

«десь представлена видеозапись Ђследовани€ вдоль стеныї в формате MPEG , на которой робот движетс€ по длинному коридору в здании Heroy Science Building в SMU (Southern Methodist University - ёжный методистский университет). –обот оказываетс€ лицом к стене и поворачиваетс€ в соответствии с режимом следовани€ вдоль правой границы. ¬ этом режиме смотр€щий налево детектор Sharp не работает. –обот пытаетс€ поддерживать посто€нное рассто€ние до стены около 12 дюймов ( 30 см ).  ривизна поворота зависит от рассто€ни€ до стены, таким образом, следу€ вдоль стены, робот может вносить небольшие поправки в курс, и способен также резко огибать углы, стойки и другие преп€тстви€, встречающиес€ на пути.

—истема навигации не ограничена способностью передвигатьс€ в коридорах с при€тными ровными стенами. –обот также может двигатьс€ по периметру практически любого объекта (например, он может ездить вокруг мен€, когда € сижу на полу) или даже беспор€дочного набора объектов.

«десь представлена видеозапись Ђследовани€ по периметруї в формате MPEG , на которой робот движетс€ по границе беспор€дочно расположенных вещей в моем офисе. ¬ этом случае рассто€ние до стены автоматически увеличилось, учитыва€ огромное число сигналов от » -датчиков, получаемых роботом. ƒаже при отсутствии гладких стен (которые €вл€ютс€ преимуществом дл€ » -датчиков) робот может двигатьс€ по периметру комнаты, избега€ столкновений с преп€тстви€ми. ¬ большинстве соревнований, в которых участвовал LegoBot, использовались очень простые геометрические формы и отражающие поверхности в сравнении с нашими тестами, так что ему обычно аплодировали. ќднако, в конце концов, роботу предстоит работать в беспор€дочной человеческой обстановке, и это то, к чему стремитс€ LegoBot.

»сточник: DROIDS.RU

¬кусненькое на последок: lego mindstorms nxt 2.0 инструкци€ (дл€ версии 8547), инструкци€ дл€ версии 9797 на –”—— ќћ я«џ ≈ и lego mindstorms nxt инструкци€ тоже на на –”—— ќћ я«џ ≈.

Ќа нашем сайте открыт раздел –ќЅќ“џ на базе Ћ≈√ќ! «аходите - в этом разделе мы публикуем пошаговые инструкции по сборке роботов LEGO на русском €зыке! ”же более 100 инструкций!

 лючевые слова:
–оботы - машины
робот
робототехника


–оботы-машины покорили пустыню
  • –оботы-машины покорили пустыню
    ...
  • ¬ернутьс€ в рубрику:

    Ќа базе авто-мототехники


    ≈сли вы хотите видеть на нашем сайте больше статей то кликните ѕоделитьс€ в социальных сет€х! —пасибо!
    —мотрите также:

    ќбратите внимание полезна€ информаци€.