Rev Author Line No. Line
331 miho 1 <!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01//EN" "http://www.w3.org/TR/html4/strict.dtd">
286 miho 2 <html>
3 <head>
4 <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=utf-8">
5 <title> 3Orbis </title>
6 <meta name="keywords" content="robot 3orbis čára">
7 <meta name="description" content="Projekt MLAB, Robot na čáru 3Orbis">
8 <!-- AUTOINCLUDE START "Page/Head.cs.ihtml" DO NOT REMOVE -->
9 <link rel="StyleSheet" href="../../../../../Web/CSS/MLAB.css" type="text/css" title="MLAB základní styl">
10 <link rel="shortcut icon" type="image/x-icon" href="../../../../../Web/PIC/MLAB.ico">
11 <script type="text/javascript" src="../../../../../Web/JS/MLAB_Menu.js"></script>
12 <!-- AUTOINCLUDE END -->
13 <style type="text/css">
305 miho 14 img.Pic1 {position:absolute;margin-left:230px;margin-top:10px; }
15 img.Pic2 {position:absolute;margin-left:322px;margin-top:160px; }
16 img.Pic3 {position:absolute;margin-left:6px;margin-top:160px; }
17 img.Pic4 {position:absolute;margin-left:200px;margin-top:200px; }
18 img.Pic7 {position:absolute;margin-left:415px;margin-top:185px; }
19 img.Pic8 {position:absolute;margin-left:70px;margin-top:160px; }
20 img.Pic11 {position:absolute;margin-left:10px;margin-top:125px; }
21 img.Pic12 {position:absolute;margin-left:128px;margin-top:5px; }
286 miho 22 </style>
23 </head>
24  
25 <body lang="cs">
26  
27 <!-- AUTOINCLUDE START "Page/Header.cs.ihtml" DO NOT REMOVE -->
28 <!-- ============== HLAVICKA ============== -->
29 <div class="Header">
30 <script type="text/javascript">
31 <!--
32 SetRelativePath("../../../../../");
33 DrawHeader();
34 // -->
35 </script>
36 <noscript>
37 <p><b> Pro zobrazení (vložení) hlavičky je potřeba JavaScript </b></p>
38 </noscript>
39 </div>
40 <!-- AUTOINCLUDE END -->
41  
42 <!-- AUTOINCLUDE START "Page/Menu.cs.ihtml" DO NOT REMOVE -->
43 <!-- ============== MENU ============== -->
44 <div class="Menu">
45 <script type="text/javascript">
46 <!--
47 SetRelativePath("../../../../../");
48 DrawMenu();
49 // -->
50 </script>
51 <noscript>
52 <p><b> Pro zobrazení (vložení) menu je potřeba JavaScript </b></p>
53 </noscript>
54 </div>
55 <!-- AUTOINCLUDE END -->
56  
57 <!-- ============== TEXT ============== -->
58 <div class="Text">
59 <p class="Title">
60 Robot 3Orbis
61 </p>
62 <p class=Autor>
63 Jakub Kákona
64 </p>
65 <p class="Subtitle">
66 Čárový robot 3Orbis v vznikl po zkušenostech s předchozími roboty,
67 u kterých byl problém s dynamickými vlastnostmi podvozku. Předchozí
68 roboty (<i>Callis</i>, <i>Merkur</i>) měli ve dva stejnosměrné motory
69 na kterých se reguloval výkon a tím robot zatáčel. Nová konstrukce
70 se liší tím, že má aktivní zatáčecí kolo.
71 </p>
72 <p class="Subtitle">
73 <img class="Pic0" width="605" height="454" src="Pictures/image005.jpg"
74 alt="Obrázek robota">
75 </p>
76 <p>
77 <a href="../3Orbis.cs.pdf"><img class="NoBorder"
78 src="../../../../../Web/PIC/FileIco_PDF.ico"
79 alt="Acrobat">&nbsp;PDF verze</a>
80 </p>
81  
82 <h1> Robot 3Orbis </h1>
83  
84 <p>
85 3Orbis v vznikl po zkušenostech s předchozími roboty, u kterých byl
86 problém s dynamickými vlastnostmi podvozku. To bylo způsobeno tím, že
87 minulé verze našich robotů měli ve směs dva stejnosměrné motory
88 (Callis, Merkur) na kterých se reguloval výkon a tím robot zatáčel.
89 Hlavní nevýhody tohoto systému byly:
90 </p>
91  
92 <ul>
93 <li>
94 <i>Setrvačnost pohonů</i><br>
95 V prudké zatáčce bylo potřeba jedno z kol výrazně zpomalit, případně
96 zastavit. To není zcela bez potíží, protože použité pohony neměly
97 žádnou zpětnou vazbu, ze které by se dal získat nějaký údaj o
98 rychlosti. Takže jediným způsobem jak kolo dostatečně rychle zpomalit
99 bylo reverzovat motor na nějakou určitou dobu. Problém je v tom, že
100 tato doba se mění podle rychlosti robota.
101 </li>
102 <li>
103 <i>Nestabilita podvozku</i><br>
104 Robot musel v důsledku toho, že měl pouze dvě kola připojená na
105 motory mít ještě nějaké třecí elementy, které zaručovaly definovanou
106 vzdálenost senzorů od tratě. Robot měl určitou vůli v náklonu proti
107 podložce, takže nebylo možné na snímání čáry použít čidla s přesnou
108 optikou.
109 </li>
110 <li>
111 <i>Špatné využití výkonu pohonů</i><br>
112 Robot na rovné čáře nejel tak rovně jak by bylo třeba, ale čáru
113 křižoval. Dělo se to tím, že pohony měly nenulovou setrvačnost, takže
114 na změnu polohy čáry se nedalo dostatečně rychle reagovat. Navíc toto
115 křižování čáry mělo za následek to, že motory zdaleka nebyly využity
116 na maximum, protože jeden z nich byl vždy zpomalen.
117 </li>
118 </ul>
119  
120 <p>
121 Proto jsme se na letošní ročník soutěže ISTROBOT 2006 [3] rozhodli
122 postavit revolučního robota s úplně odlišnou konstrukcí. To se ale
123 později ukázalo, jako ne zrovna šťastný nápad, protože odladit nový
124 řídící systém zabralo mnohem víc času, než jsme čekali.
125 </p>
126  
127 <p>
128 Rozhodli jsme se pro konstrukci tříkolého podvozku kde přední kolečko
129 je zatáčecí (zkoušeli jsme i opačnou variantu se zatáčecím zadním
130 kolečkem, ale ta měla horší výsledky, v zatáčkách měla příliš pomalou
131 odezvu).
132 </p>
133  
134 <p>
135 Obrázek robota s popiskami<br>
136 <!-- Vektorová grafika -->
137 <img class="Pic1" width="331" height="123" src="Pictures/image001.gif"
138 alt="Čárový popisek 2: Procesor a IR modul">
139 <img class="Pic2" width="243" height="101" src="Pictures/image002.gif"
140 alt="Čárový popisek 2: Posuvný Registr +8LED">
141 <img class="Pic3" width="131" height="121" src="Pictures/image003.gif"
142 alt="Čárový popisek 2: H-Můstek">
143 <img class="Pic4" width="323" height="234" src="Pictures/image004.gif"
144 alt="Čárový popisek 2: Procesor a IR přijímač">
145 <!-- Podkladový obrázek -->
308 miho 146 <img width="605" height="454" src="Pictures/image005.jpg"
286 miho 147 alt="Obrázek robota">
148 </p>
149  
150 <h1> Konstrukce </h1>
151  
152 <p>
153 Robot 3Orbis má tedy tři kola, kde přední zatáčecí kolečko je ovládáno
154 modelářským servem HS-81 které je zrychleno externím převodem 2,5:1
155 zadní kola jsou poháněna dvěma stejnosměrnými motory GRAUPNER Speed 300
156 které jsou připojeny na kola o d=35mm přes převodovku 1:5. Všechny tyto
157 komponenty jsou přišroubovány na duralový plech T=2,5mm. Čidla na čáru
158 jsou navlečena na závitové tyči M3, která je na podvozek připevněna
159 konstrukcí z Al profilů. Na základní duralové desce jsou ještě tři
160 závitové tyčky, které slouží jako nosné sloupky pro kryt z hadr disku
161 Seagate ST125 :) na kterém je připevněna v podstatě veškerá
162 elektronika.
163 </p>
164  
165 <p>
166 Tato mechanická konstrukce sice vyřešila většinu výše uvedených
167 problémů, ale na druhou stranu je mnohem obtížnější její řízení, je nutné
168 přesně vyladit softwarový diferenciál na zadních kolech (Při použití
169 vhodnějších motorů by se tento problém pravděpodobně dal vyřešit
170 zapojením do série.) Také není snadné správně nastavit úhly předního
171 kolečka, na tyto pokusy padlo několik těsnění 1/4“ 2x2mm.
172 </p>
173  
174 <p>
175 Obrázek hlavní převodovky<br>
176 <img width="605" height="454" src="Pictures/image006.jpg"
177 alt="Hlavní převodovky">
178 </p>
179  
180 <p>
181 Převody serva<br>
182 <!-- Vektorová grafika -->
183 <img class="Pic7" width="142" height="58" src="Pictures/image007.gif"
184 alt="Čárový popisek 2: IR LED">
185 <img class="Pic8" width="234" height="75" src="Pictures/image008.gif"
186 alt="Čárový popisek 2: Servo HS-81 ">
187 <!-- Podkladový obrázek -->
188 <img width="605" height="454" src="Pictures/image009.jpg"
189 alt="">
190 </p>
191  
192 <p>
193 Elektronická řídící jednotka je téměř celá poskládána z modulů
194 stavebnice MLAB[2]:
195 </p>
196  
197 <p>
198 Modul <i>PIC16F84DIL1801A</i> osazený procesorem <i>PIC16F88</i> (Slave)
199 je použit na zpracování dat z 470nm analogových čidel na snímání čáry +
200 IR čidla SFH-5110 na detekci překážky. Druhý modul <i>PIC16F84DIL1801A</i>
201 též osazený procesorem <i>PIC16F88</i> (Master) přebírá data z prvního
202 procesoru a na jejich základě řídí pohyb robota.
203 </p>
204  
205 <p>
206 Motory jsou řízeny modulem <i>HBRIDGE01A</i> který je ovládán
207 softwarovou PWM z master procesoru. Master procesor je také přímo
208 připojen k servu HS-81.
209 </p>
210  
211 <p>
212 Na sériové lince mezi oběma procesory je paralelně připojen modul
213 posuvného registru <i>LEDBAR01A</i> který slouží k zobrazení stavů čidel
214 a k ověření správné funkce sériové linky.
215 </p>
216  
217 <p>
218 Napájení elektroniky je zajištěno modulem LEDROBOT01A. Modul
219 LEDROBOT01A také vizualizuje stav čidel na překážku.
220 </p>
221  
222 <p>
223 Modulátor IR signálu pro přijímač SFH-5110 je postaven z obvodu HC4047.
224 IR vysílač a přijímač je třeba umístit tak, aby se jejich optické osy
225 protínaly ve vzdálenosti, na kterou má být detekována překážka.[1]
226 </p>
227  
228 <h2> Zapojení IR modulátoru </h2>
229  
230 <p>
231 <img width="506" height="292" src="Pictures/image010.gif"
232 alt="Zapojení IR modulátoru">
233 </p>
234  
235 <p>
236 Zapojení elektroniky<br>
237 <!-- Vektorové popisky -->
238 <img class="Pic11 " width="110" height="284" src="Pictures/image011.gif"
239 alt="Čárový popisek 4: Trimry na nastavení regulátoru">
240 <img class="Pic12" width="127" height="142" src="Pictures/image012.gif"
241 alt="Čárový popisek 4: Stabilizátor napětí">
242 <!-- Podkladový obrázek -->
243 <img width="605" height="454" src="Pictures/image013.jpg"
244 alt="Zapojení elektroniky">
245 </p>
246  
247 <h2> Propojení modulů stavebnice </h2>
248  
249 <p>
250 <img width="769" height="604" src="Pictures/image014.gif"
251 alt="">
252 </p>
253  
254 <h2> Princip řízení </h2>
255  
256 <p>
257 Na řízení robota je použit softwarový proporcionální regulátor se sedmi
258 diskrétními stavy (tj. odchylce čáry od středního čidla odpovídá
259 výchylka předního kolečka). Zesílení regulátoru je pevně nastaveno
260 konstantami pro každý diskrétní stav. Stejně je vyřešen i softwarový
261 diferenciál na zadních kolech.
262 </p>
263  
264 <p>
265 Experimentovali jsme i s použitím PD regulátoru, ale nepodařilo se
266 dosáhnou lepších výsledků než se samostatným P-regulátorem.
267 </p>
268  
269 <h2> Problémy konstrukce </h2>
270  
271 <p>
272 Stabilitu podvozku se podařilo zlepšit pouze částečně. Robot se teď při
273 velké rychlosti v zatáčkách překlápí, protože je v předu podpírán pouze
274 v jednom bodě.
275 </p>
276  
277 <p>
278 Použitá čidla z inkoustových tiskáren měla nedostatečný osvětlovací
279 výkon a také příliš malou hloubku ostrosti. Řešením by mohla být výměna
280 470nm LED diod za diody s vyšší svítivostí a odbroušení fresnelovy
281 čočky před fototranzistorem.
282 </p>
283  
284 <h2> Zdroje </h2>
285  
286 <ul>
287 <li> [1] Novák, Petr : <i>Mobilní Roboty - pohony, senzory, řízení.</i> BEN r.v. 2005 </li>
288 <li> [2] <a href="http://www.mlab.cz/">www.mlab.cz</a> </li>
289 <li> [3] <a href="http://www.robotika.sk">www.robotika.sk</a> </li>
290 </ul>
291  
292 <h2> Poděkování </h2>
293  
294 <p>
295 Na závěr bych chtěl poděkovat panu Mgr. Milanu Novotnému ze SPŠ Strojní
296 a Elektrotechnické v Českých Budějovicích za to že, vyrobil podvozek
297 robota a vyfrézoval bezvadné převodovky. Dále Ing. Stanislavu Nedvědovi
298 za konzultaci a nastínění možného způsobu řízení. Pak Mgr. Šinknerové
299 za to, že mne uvolnila z několika desítek minut výuky angličtiny.
300 </p>
301  
302 </div>
303  
304 <!-- AUTOINCLUDE START "Page/Footer.cs.ihtml" DO NOT REMOVE -->
305 <!-- ============== PATIČKA ============== -->
306 <div class="Footer">
307 <script type="text/javascript">
308 <!--
309 SetRelativePath("../../../../../");
310 DrawFooter();
311 // -->
312 </script>
313 <noscript>
314 <p><b> Pro zobrazení (vložení) hlavičky je potřeba JavaScript </b></p>
315 </noscript>
316 </div>
317 <!-- AUTOINCLUDE END -->
318  
319 </body>
320 </html>