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