Rozhodol som sa začať písať tento seriál pre zvýšený záujem o amatérsku robotiku.
Po oboznámení sa so základmi si ukážeme:
– stavbu a použitie senzorov (čiary, prekážok, neelektrických veličín)
– návrh a zostrojenie mechanickej časti robota (podvozky)
– funkčné konštrukcie robotov (vytvorím a zverejním konštrukcie mobilných robotov)
1. Úvod
Robot je automatické zariadenie schopné reagovať na podnety okolia a spätne naň pôsobiť.
Zaraďujeme ho k automatom alebo je počítačom riadený integrovaný systém, schopný autonómnej, cieľovo orientovanej interakcie s prirodzeným prostredím podľa inštrukcií človeka. Interakcia spočíva vo vnímaní prostredia, jeho rozpoznávaní, v manipulácii s predmetmi alebo v pohybe v prostredí (1). Viem z vlastnej skúsenosti, aké je ťažké skonštruovať robot bez všetkých základných poznatkov. Strávil som veľa času čítaním článkov o robotike, robotoch, senzoroch a zapojeniach. Preto som sa rozhodol uľahčiť prácu ostatným technikom, ktorí by si radi zhotovili vlastný robot, ale nemajú predstavu, na akých princípoch funguje a čo je potrebné k jeho zhotoveniu.
2. Roboty
Skladajú sa zo subsystémov:
– pohonný (akčný) subsystém
– riadiaci subsystém
– senzorický subsystém
– komunikačný subsystém
– napájanie
2.1. Pohonný subsystém
Veľmi obľúbený pohon pre mobilný robot je jednosmerný motorček (JM) alebo modelárske servá
Jednosmerný motorček (JM) – s permanentným magnetom má svoje klady aj zápory.
Výhodami sú – primeraná cena, dostupnosť, jednoduché riadenie otáčok a zmyslu otáčania.
Nevýhodami sú – vysoké otáčky a malý krútiaci moment ( nutné použitie prevodovky), drahá úprava pre polohové riadenie.
Na riadenie malých JM je vhodný integrovaný obvod L293D pre jeho nízku cenu, možnosť pripojiť 2 DC motory napájané napätím až 24V a PWM (ovládanie výkonu dĺžkou a počtom pulzov).
[1]
[2]
Modelárske servo
Pod týmto pojmom rozumieme jednosmerný motorček s prevodovkou a riadiacou elektronikou . Serva majú obmedzenie uhla natočenia. Po jednoduchej mechanickej úprave je to obojsmerný motor bez obmedzenia, hriadeľ sa otáča kontinuálne na obe strany alebo prípadne stojí. Servo sa riadi impulzmi s periódou 20ms a šírkou pulzu 1 až 2ms.
Impulz s dĺžkou 1ms – otáča hriadeľ serva doľava.
Impulz s dĺžkou 2ms – otáča hriadeľ serva doprava.
Impulz dĺžky 1,5ms spôsobí zastavenie serva.
[3]
[4]
2.2. Riadiaci subsystém
Riadenie robota môže byt realizované pomocou osobného počítača mikroprocesorom , prípadne logickými obvodmi. Pre úplných začiatočníkov je najlepším riešením MCU, pretože má jednoduché zapojenie v obvode, nízku cenu a možnosť zmeny programu.
V súčasnosti sa často používajú procesory rady AVR, ktoré vyrába firma ATMEL. Atmegy môžeme programovať v jazyku C, v assemblery, ale pre pohodlných existuje ešte jedna možnosť a to použiť open source platformu Arduino . Jedná sa plošný spoj s perifériami a procesorom atmega 8/168/328, ktorý sa dá preprogramovať pomocou USB kábla. Na stránke arduino.cc sa dá stiahnuť prostredie na písanie a ladenie programu. Obsahuje taktiež terminál pre sériovú komunikáciu, kde sa dajú napríklad online sledovať dáta a procesy v procesore. Keď sme sa už rozhodli pre túto platformu máme dve možnosti ako si ju zaobstarať . Buď si ju kúpime v nejakom e-shope za par eur, alebo si ju vyrobíme (https://arduino.cc/en/Main/Hardware [5] návrhy sú v EAGLE).
[6]
Dnešná časť je už na konci, ale v blízkej dobe vyjde druhá časť, ktorá nás zoznámi s prostredím Arduino. Nahráme si do procesora program a taktiež ukážem, ako sa dá získať súbor Intelhex, spustiteľný na hociktorej verzií procesora Atmega8 taktovanom na frekvenciu 16MHz.