/Designs/ROBOTS/3Orbis/DOC/HTML/3Orbis.cs.html
0,0 → 1,321
<!DOCTYPE HTML PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01//EN" "http://www.w3c.org/TR/html4/strict.dtd">
<html>
<head>
<meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=utf-8">
<title> 3Orbis </title>
<meta name="keywords" content="robot 3orbis čára">
<meta name="description" content="Projekt MLAB, Robot na čáru 3Orbis">
<!-- AUTOINCLUDE START "Page/Head.cs.ihtml" DO NOT REMOVE -->
<link rel="StyleSheet" href="../../../../../Web/CSS/MLAB.css" type="text/css" title="MLAB základní styl">
<link rel="shortcut icon" type="image/x-icon" href="../../../../../Web/PIC/MLAB.ico">
<script type="text/javascript" src="../../../../../Web/JS/MLAB_Menu.js"></script>
<!-- AUTOINCLUDE END -->
<style type="text/css">
img.Pic1 {position:absolute;z-index:10;margin-left:230px;margin-top:10px; }
img.Pic2 {position:absolute;z-index:10;margin-left:322px;margin-top:160px; }
img.Pic3 {position:absolute;z-index:10;margin-left:6px;margin-top:160px; }
img.Pic4 {position:absolute;z-index:10;margin-left:200px;margin-top:200px; }
img.Pic7 {position:absolute;z-index:10;margin-left:415px;margin-top:185px; }
img.Pic8 {position:absolute;z-index:10;margin-left:70px;margin-top:160px; }
img.Pic11 {position:absolute;z-index:10;margin-left:10px;margin-top:125px; }
img.Pic12 {position:absolute;z-index:10;margin-left:128px;margin-top:5px; }
</style>
 
</head>
 
<body lang="cs">
 
<!-- AUTOINCLUDE START "Page/Header.cs.ihtml" DO NOT REMOVE -->
<!-- ============== HLAVICKA ============== -->
<div class="Header">
<script type="text/javascript">
<!--
SetRelativePath("../../../../../");
DrawHeader();
// -->
</script>
<noscript>
<p><b> Pro zobrazení (vložení) hlavičky je potřeba JavaScript </b></p>
</noscript>
</div>
<!-- AUTOINCLUDE END -->
 
<!-- AUTOINCLUDE START "Page/Menu.cs.ihtml" DO NOT REMOVE -->
<!-- ============== MENU ============== -->
<div class="Menu">
<script type="text/javascript">
<!--
SetRelativePath("../../../../../");
DrawMenu();
// -->
</script>
<noscript>
<p><b> Pro zobrazení (vložení) menu je potřeba JavaScript </b></p>
</noscript>
</div>
<!-- AUTOINCLUDE END -->
 
<!-- ============== TEXT ============== -->
<div class="Text">
<p class="Title">
Robot 3Orbis
</p>
<p class=Autor>
Jakub Kákona
</p>
<p class="Subtitle">
Čárový robot 3Orbis v vznikl po zkušenostech s předchozími roboty,
u kterých byl problém s dynamickými vlastnostmi podvozku. Předchozí
roboty (<i>Callis</i>, <i>Merkur</i>) měli ve dva stejnosměrné motory
na kterých se reguloval výkon a tím robot zatáčel. Nová konstrukce
se liší tím, že má aktivní zatáčecí kolo.
</p>
<p class="Subtitle">
<img class="Pic0" width="605" height="454" src="Pictures/image005.jpg"
alt="Obrázek robota">
</p>
<p>
<a href="../3Orbis.cs.pdf"><img class="NoBorder"
src="../../../../../Web/PIC/FileIco_PDF.ico"
alt="Acrobat">&nbsp;PDF verze</a>
</p>
 
<h1> Robot 3Orbis </h1>
 
<p>
3Orbis v vznikl po zkušenostech s předchozími roboty, u kterých byl
problém s dynamickými vlastnostmi podvozku. To bylo způsobeno tím, že
minulé verze našich robotů měli ve směs dva stejnosměrné motory
(Callis, Merkur) na kterých se reguloval výkon a tím robot zatáčel.
Hlavní nevýhody tohoto systému byly:
</p>
 
<ul>
<li>
<i>Setrvačnost pohonů</i><br>
V prudké zatáčce bylo potřeba jedno z kol výrazně zpomalit, případně
zastavit. To není zcela bez potíží, protože použité pohony neměly
žádnou zpětnou vazbu, ze které by se dal získat nějaký údaj o
rychlosti. Takže jediným způsobem jak kolo dostatečně rychle zpomalit
bylo reverzovat motor na nějakou určitou dobu. Problém je v tom, že
tato doba se mění podle rychlosti robota.
</li>
<li>
<i>Nestabilita podvozku</i><br>
Robot musel v důsledku toho, že měl pouze dvě kola připojená na
motory mít ještě nějaké třecí elementy, které zaručovaly definovanou
vzdálenost senzorů od tratě. Robot měl určitou vůli v náklonu proti
podložce, takže nebylo možné na snímání čáry použít čidla s přesnou
optikou.
</li>
<li>
<i>Špatné využití výkonu pohonů</i><br>
Robot na rovné čáře nejel tak rovně jak by bylo třeba, ale čáru
křižoval. Dělo se to tím, že pohony měly nenulovou setrvačnost, takže
na změnu polohy čáry se nedalo dostatečně rychle reagovat. Navíc toto
křižování čáry mělo za následek to, že motory zdaleka nebyly využity
na maximum, protože jeden z nich byl vždy zpomalen.
</li>
</ul>
 
<p>
Proto jsme se na letošní ročník soutěže ISTROBOT 2006 [3] rozhodli
postavit revolučního robota s úplně odlišnou konstrukcí. To se ale
později ukázalo, jako ne zrovna šťastný nápad, protože odladit nový
řídící systém zabralo mnohem víc času, než jsme čekali.
</p>
 
<p>
Rozhodli jsme se pro konstrukci tříkolého podvozku kde přední kolečko
je zatáčecí (zkoušeli jsme i opačnou variantu se zatáčecím zadním
kolečkem, ale ta měla horší výsledky, v zatáčkách měla příliš pomalou
odezvu).
</p>
 
<p>
Obrázek robota s popiskami<br>
<!-- Vektorová grafika -->
<img class="Pic1" width="331" height="123" src="Pictures/image001.gif"
alt="Čárový popisek 2: Procesor a IR modul">
<img class="Pic2" width="243" height="101" src="Pictures/image002.gif"
alt="Čárový popisek 2: Posuvný Registr +8LED">
<img class="Pic3" width="131" height="121" src="Pictures/image003.gif"
alt="Čárový popisek 2: H-Můstek">
<img class="Pic4" width="323" height="234" src="Pictures/image004.gif"
alt="Čárový popisek 2: Procesor a IR přijímač">
<!-- Podkladový obrázek -->
<img class="Pic0" width="605" height="454" src="Pictures/image005.jpg"
alt="Obrázek robota">
</p>
 
<h1> Konstrukce </h1>
 
<p>
Robot 3Orbis má tedy tři kola, kde přední zatáčecí kolečko je ovládáno
modelářským servem HS-81 které je zrychleno externím převodem 2,5:1
zadní kola jsou poháněna dvěma stejnosměrnými motory GRAUPNER Speed 300
které jsou připojeny na kola o d=35mm přes převodovku 1:5. Všechny tyto
komponenty jsou přišroubovány na duralový plech T=2,5mm. Čidla na čáru
jsou navlečena na závitové tyči M3, která je na podvozek připevněna
konstrukcí z Al profilů. Na základní duralové desce jsou ještě tři
závitové tyčky, které slouží jako nosné sloupky pro kryt z hadr disku
Seagate ST125 :) na kterém je připevněna v podstatě veškerá
elektronika.
</p>
 
<p>
Tato mechanická konstrukce sice vyřešila většinu výše uvedených
problémů, ale na druhou stranu je mnohem obtížnější její řízení, je nutné
přesně vyladit softwarový diferenciál na zadních kolech (Při použití
vhodnějších motorů by se tento problém pravděpodobně dal vyřešit
zapojením do série.) Také není snadné správně nastavit úhly předního
kolečka, na tyto pokusy padlo několik těsnění 1/4“ 2x2mm.
</p>
 
<p>
Obrázek hlavní převodovky<br>
<img width="605" height="454" src="Pictures/image006.jpg"
alt="Hlavní převodovky">
</p>
 
<p>
Převody serva<br>
<!-- Vektorová grafika -->
<img class="Pic7" width="142" height="58" src="Pictures/image007.gif"
alt="Čárový popisek 2: IR LED">
<img class="Pic8" width="234" height="75" src="Pictures/image008.gif"
alt="Čárový popisek 2: Servo HS-81 ">
<!-- Podkladový obrázek -->
<img width="605" height="454" src="Pictures/image009.jpg"
alt="">
</p>
 
<p>
Elektronická řídící jednotka je téměř celá poskládána z modulů
stavebnice MLAB[2]:
</p>
 
<p>
Modul <i>PIC16F84DIL1801A</i> osazený procesorem <i>PIC16F88</i> (Slave)
je použit na zpracování dat z 470nm analogových čidel na snímání čáry +
IR čidla SFH-5110 na detekci překážky. Druhý modul <i>PIC16F84DIL1801A</i>
též osazený procesorem <i>PIC16F88</i> (Master) přebírá data z prvního
procesoru a na jejich základě řídí pohyb robota.
</p>
 
<p>
Motory jsou řízeny modulem <i>HBRIDGE01A</i> který je ovládán
softwarovou PWM z master procesoru. Master procesor je také přímo
připojen k servu HS-81.
</p>
 
<p>
Na sériové lince mezi oběma procesory je paralelně připojen modul
posuvného registru <i>LEDBAR01A</i> který slouží k zobrazení stavů čidel
a k ověření správné funkce sériové linky.
</p>
 
<p>
Napájení elektroniky je zajištěno modulem LEDROBOT01A. Modul
LEDROBOT01A také vizualizuje stav čidel na překážku.
</p>
 
<p>
Modulátor IR signálu pro přijímač SFH-5110 je postaven z obvodu HC4047.
IR vysílač a přijímač je třeba umístit tak, aby se jejich optické osy
protínaly ve vzdálenosti, na kterou má být detekována překážka.[1]
</p>
 
<h2> Zapojení IR modulátoru </h2>
 
<p>
<img width="506" height="292" src="Pictures/image010.gif"
alt="Zapojení IR modulátoru">
</p>
 
<p>
Zapojení elektroniky<br>
<!-- Vektorové popisky -->
<img class="Pic11 " width="110" height="284" src="Pictures/image011.gif"
alt="Čárový popisek 4: Trimry na nastavení regulátoru">
<img class="Pic12" width="127" height="142" src="Pictures/image012.gif"
alt="Čárový popisek 4: Stabilizátor napětí">
<!-- Podkladový obrázek -->
<img width="605" height="454" src="Pictures/image013.jpg"
alt="Zapojení elektroniky">
</p>
 
<h2> Propojení modulů stavebnice </h2>
 
<p>
<img width="769" height="604" src="Pictures/image014.gif"
alt="">
</p>
 
<h2> Princip řízení </h2>
 
<p>
Na řízení robota je použit softwarový proporcionální regulátor se sedmi
diskrétními stavy (tj. odchylce čáry od středního čidla odpovídá
výchylka předního kolečka). Zesílení regulátoru je pevně nastaveno
konstantami pro každý diskrétní stav. Stejně je vyřešen i softwarový
diferenciál na zadních kolech.
</p>
 
<p>
Experimentovali jsme i s použitím PD regulátoru, ale nepodařilo se
dosáhnou lepších výsledků než se samostatným P-regulátorem.
</p>
 
<h2> Problémy konstrukce </h2>
 
<p>
Stabilitu podvozku se podařilo zlepšit pouze částečně. Robot se teď při
velké rychlosti v zatáčkách překlápí, protože je v předu podpírán pouze
v jednom bodě.
</p>
 
<p>
Použitá čidla z inkoustových tiskáren měla nedostatečný osvětlovací
výkon a také příliš malou hloubku ostrosti. Řešením by mohla být výměna
470nm LED diod za diody s vyšší svítivostí a odbroušení fresnelovy
čočky před fototranzistorem.
</p>
 
<h2> Zdroje </h2>
 
<ul>
<li> [1] Novák, Petr : <i>Mobilní Roboty - pohony, senzory, řízení.</i> BEN r.v. 2005 </li>
<li> [2] <a href="http://www.mlab.cz/">www.mlab.cz</a> </li>
<li> [3] <a href="http://www.robotika.sk">www.robotika.sk</a> </li>
</ul>
 
<h2> Poděkování </h2>
 
<p>
Na závěr bych chtěl poděkovat panu Mgr. Milanu Novotnému ze SPŠ Strojní
a Elektrotechnické v Českých Budějovicích za to že, vyrobil podvozek
robota a vyfrézoval bezvadné převodovky. Dále Ing. Stanislavu Nedvědovi
za konzultaci a nastínění možného způsobu řízení. Pak Mgr. Šinknerové
za to, že mne uvolnila z několika desítek minut výuky angličtiny.
</p>
 
</div>
 
<!-- AUTOINCLUDE START "Page/Footer.cs.ihtml" DO NOT REMOVE -->
<!-- ============== PATIČKA ============== -->
<div class="Footer">
<script type="text/javascript">
<!--
SetRelativePath("../../../../../");
DrawFooter();
// -->
</script>
<noscript>
<p><b> Pro zobrazení (vložení) hlavičky je potřeba JavaScript </b></p>
</noscript>
</div>
<!-- AUTOINCLUDE END -->
 
</body>
</html>