Первые испытания

Итак теории теориями , а практических испытаний никто не отменял.

В один погожий и снежный денек решил (задолго до фнальной сборки) я проверить как же мой волшебный агрегат ходит по рыхлому снегу.

Результат как говориться на лицо:

Итак проходимость по рыхлому снегу и сопротивление движение ясно продемострировали, что для ходовых испытаний такая поверхность совершенно не годиться. Мало того, что аппарат даже без весовой нагрузки утопает в нем, так и двигаться вперед весьма и весьма непросто.

Было решено, что ходовые испытания делать либо на льду либо на укатанном и слежавшемся снежном насте. Кроме того в подошву лыж необходимо втроить лезвия для противодействия боковому сносу (скольжению) аппарата, получи этакий гибрид лыж и коньков.

Конструктор и его дитя. Испытание реальностью:

Финальная зборка и ПО

Итак подошло время финальной зборки.

На внутреннюю сторону крышки приборного отсека смонтирован жесткий диск.

На материнскую плату через изоляционную прокладку установлена плата управления сервомоторами и подключена к внутреннему разьему LPT порта. Кабели и платы были закреплены термоклеем. В процессе зборки пришлось здорово повозиться с феном , снимая этот клей при ошибках монтажа.

Панорамное :-) фото сборочной площадки.

Первоначально для отладки и тестирования компонентов монитор и клавиатура подключались напрямую к плате бортового компьютера.

Ввиду неудобства подобных подключений (соответствующие разъемы скрыты передней кромкой корпуса и для подключения необходимо частичное извлечения платы компьютера) для доступа к бортовому копьютеру использовался VNC через WiFi.

Итак коротко о ПО робота.

Операционная система : Windows 2000 - наличие необходимых драйверов и простота подключения USB WiFi и USB Web-Cam. (Хотя и не простой доступ к низкоуровневым функциям портов ввода-вывода)

Билиотека IO.dll для никоуровневой работы с портом.

Программа распознавания изображений (С++) для работы с web-camera (обнаружение препятствий по курсу)

Веб -сервер Apache

CGI программа связи веб-интерфейса робота иLPT порта(С++) . Фактически основной программный компонент робота где реализована вся логика движения и взаимодействия компонентов.

Управление роботом осуществляеться через веб интерфейс заданием угла атаки паруса и направления движения. Все это фактически еще инженерные интерфейсы и по результатам ветровых и ходовых испытаний будут заменены автоматической системой управления парусом и избегания (обхода) пряпятствий. Единственными входными параметрами будут курс и скорость движения, а в идеале - траектория или район патрулирования.

Ну и напоследок готовое изделие "Робояхта" во всей своей красе.

Следующей публикацией начнуться описания испытаний, внесений изменений в конструкцию по их результатам и оптимизации программного обеспечения.

Робояхта. Парус

Итак одним из важнейших компонентов робота, а точнее его движителем являеться крыло парус. Конструкция паруса совмещает елементы как паруса так и крыла. Для обеспечения необходимой прочности мачта представляет собой стальную трубу и выполяет роль лонжерона в контсрукции крыла. Изначально предполагалось сделать мачту неподвижной и обепечить вращение крыла-паруса вокруг нее как оси. Однако для снижения веса, упрощения конструкции и простоты разборки для перевозки - крыло было жестко связано с мачтой. Это потребовало дополнительной установки в корпусе пятнерса (нижней опоры для мачты) с интегрированной обоймой подшипников.

Вертикальная нагрузка ,однако, воспринимаеться опорой редуктора привода , которая входит в зацепление с опорной подушкой крыла посредством штифтов. Пятнерс же воспринимает в основном изгибающуюю нагрузку мачты.

Силовой набор крыла состоит из 5 нервюр , переднего стрингера формирующего переднюю кромку и дополнительного плоского центрального лонжерона паралельно мачте усиливающего прочность крыла на кручение.

Само крыло изготовлено из блоков пенопласта , расположенных между нервюрами и приклееными к ним и лонжеронам. Резка пенопласта осуществлялось нихромовой проволокой.

Неровности и изьяны поверхности пенопласта были заполнены герметиком.
В качестве обшивки использовался пропитаный полимерной смолой ватман. Для повышения влагозащищенности крыло покрыто белой водооттакивающей краской.

Робояхта. Електрика и электроника

Итак, пару слов про электронную начинку робота:

В роботе применены 2 компактных електропривода, привод изменения угла атаки крыла-паруса и привод вращения передней лыжи.

Привод изменения угла атаки состоит из двигателя постоянного тока 24В и реверсивного червячного редуктора. Данный сервопривод также служит промежуточной опорой оси крыла-паруса , а его поворотный опорный круг принимает часть вертикального нагрузки от паруса и входит в зацепление с опорной пяткой паруса.

Привод носовой лыжи имеет меньшую мощность и напряжения питания - 12 в. В качестве редуктора используеться планетарная передача, расположенная на оси двигателя.

Питает все это разнообразное хозяйство стандартный АТ -шный блок питания, который в свою очередь получает энергию от стандартного UPS 600VA. К сожалению данная схема содержит избыточное преобразование питание: розетка 22оВ - зарядка аккумулятора UPS-12В на аккумулятор-преобразователь в 220В - АТ блок питания -бортовое питание -12В, +12, 5В, -5В, +3В . Казалось бы зачем? просто получение всего требуемого дипазона питания требует использования ряда нестандартных преобразователей который трудно заменить и бессмыслено изготавливать для тестового экземпляра (масса устройства для нас не критичный показатель) Далее в корпусе смонтирован одноплатный промышленный компьютер ROBO на чипсете ALI 100 и процессором AMD K6-500 , 256 Mb RAM.

К LPT разьему на плате подключен контоллер обоих сервомоторов, отдельно вынесены на корпус 2 USB v 1,0 разъема в которые подключаються WiFi адаптер и Web-камера.

На внутренней стороне крышки компьютерного отсека установлен IDE жесткий диско объемом 6Gb.

В следующей публикации - конструкция паруса

Робояхта основные елементы конструкции

Для простоты експеримента для буера использовались стандартные пластиковые лыжы, которые через пенополистирольный брусок крепились к дюралевой поперечной балке.

Пенополистирольный брусок играет роль амортизатора, сглаживающего неровности дороги, и позволяет лыже поворачиваться в горизонтальной плоскости на малые углы при наезде на препятствие.

На рисунке ниже, хорошо виден прогиб поперечной балки вследствии чего она и была заменена на другую балку коробчатго профиля и большей жесткости.

Первоначально, для рулевого управления предпологалось использовать два тяговых сервомотора (автомобильные привода центрального замка), но експерименты и расчеты показали как малые углы поворота передней лыжи, малую мощностьприводы так и не возможность точной установки угла поворота.

Наиболее оптимальной оказалась установка електродвигателя с планетарным редуктором прямо на оси передней лыжи. Это дало лыжи как поворотливость так и большой момент на валу (зато пояилась нерешенная пока проблема среза шпильки вала при наезде на препятствие)

Ниже вид на переднюю часть корпуса с размещенным бортовым копьютером и блоком питания (размещен позади компьютера непосредствено перед вентилятором обдува.)

О електрической и електронной начинке агрегата напишу в следующих публикациях.

Робояхта. Корпус и основные комоненты

Итак в качестве основы корпуса использовалась пластиковая труба внутренним диаметром 120 мм.

Внутри трубы был установлен вентилятор для обеспечения циркуляции воздуха внутри корпуса и обдува таких горячих компонентов как блок питания и процессор.
Передняя часть корпуса была срезана для формирования заостренной формы носовой части, в которой будет находится одноплатный промышленный компьютер на базе чипсета ALI100 и CPU AMD K6-500.

В средней части корпуса был установлен привод вращения мачты (или центрального лонжерона ) крыла. Ввиду больший сисловых нагрузок был выбран червячный редуктор с приводм от двигателя постоянного тока и питанием 24 В.


В качестве источника питания был выбран на редкость стандартный UPS на 600VA который (как показали дальнейшие испытания) давал достаточно энергиии для часа автономной работы всех компонентов робота.

Робояхта начало. Концепция

Итак после разных и порой неудачных експериментов с ездящими роботами (хотя откровенно говоря до автономности им ох как было далеко) закортело создать по настоящему автономного робота.

Автономность в данном случае должна быть максимально полной:

1. автономность по движению
2. автономность по питанию
3. автономность по системам управления (проще говоря cpu on board)

Ввиду отсутствия наличия достаточно емких акуммуляторов позволяющих обеспечить серьезную автономность , да и в угоду модной нынче тенденции на енергосберигающие технологии было решено применить их в робототехнике.

А именно - движетелем робота будет ветер. Аккумулятор будет снабжать питанием лиш сервоприводы управления и бортовой компьютер.

В качестве прототипа робота был выбран тримаран с парусом-крылом.

На первом этапе было решено не тратить время и нервы на обеспечение герметичности и выбрать в качестве первого приближения несколько другое устройство - буер.

Итак первые наброски компоновки дали вот такого красавца:

Вариант 3 - радиоуправляемый бот оснащенный видеокамерой

Для обеспечения автономности данных прототипов необходимо написания программы обработки изображения и автоориентирования.

А для этого необходим тестовый робот с большой степенью свободы и возможностью передавать изображения с настраиваемой камеры. USB камеру использовать нельзя по причине ограничений на длину шнура.
Cоответственно было принято решения использовать цветную PAL камеру и плату захвата видеоизображения установленную в host-компьютере. Был выбран комплект для проведения видеоконференций состоящий из PAL камеры и платы видеовхода на BT848. Для обеспечения модульности архитектуры камера была доработана и стандартный шнур был заменен на интегрированную в корпус камеры розетку RJ-45.

От камеры к плате захвата видео идут 4 линии: 2 питания и 2 видеосигнала.В качестве пробного кабеля был выбран телефонный 4-х жильный кабель длиной 10 метров. Хоть он и давал некоторое ухудшение получаемой картинки но и обеспечивал большую свободу перемещений для машинки- робота.
Машинка была доработана с целью установки на неё стандартного фото-штатива для крепления камеры. Данный штатив обеспечивает возможность регулировки углов установки камеры на автомобиле. В результате мы получили следующую конструкцию.


Испытания прошли довольно успешно и дали достаточно много наработок касательно углов установки камеры, освещенности, необходимости дополнительных датчиков.

Программное обеспечение было доработано с целью осуществления захвата видео и вывода на экран стрелок указателей направления движения робота.
Было принято решения об организации поддержки джойстика в управляющем ПО. На данный момент завершается разработка данного обновленного ПО.
Начата разработка системы автоориентации и распознавания реперных предметов для достижения полной автономности системы. Модель версии 3 как раз и служит тестовым полигоном разработки.
Было разработано новое ПО поддерживающее джойстик и клавиатуру.

Вариант 2 - радиопередатчик на LPT порту

Весь материал ниже написан в году этак 2004 и выложен тут просто как предистория

В данном варианте робота я решил интегрировать радиопередатчик управления непосредственно на сам разъем LPT порта аналогично Хасп-ключу. За основу снова была взята классическая китайская noname радиоуправляема игрушка. Радиопередатчик ее пульта управления работал на той же частоте что и передатчик предыдущей модели и был совместим с ним по командам. Это давало возможность управлять сразу обеими моделями. Пульт управления был разобран и из него был аккуратно извлечен передатчик.

Затем был подобран минимально возможный корпус для установки устр-ва на LPT-порт.В него был вмонтирован передатчик с передеанными цепями управления и питания.

Штатный источник питания (9- вольтовая батарея) должен будет заменен на непосредственное питание от блока питания компьютера. Для этого был изготовлен специальный шнур питания со стандартным Molex-разъемом блока питания компьютера.Из корпуса данный шнур выходил через специально модернизированную заглушку слотов расширения.

В корпус был установлен разъем LPT порта, тумблер питания и контрольный светодиод.Таким образом данный передатчик может быть активирован тумблером в любое время работы компьютера

Микросхема контроля со всей необходимой обвязкой была смонтирована на плате и подключена к разъему порта и ко командным входам радиопередатчика

Осталось смонтировать антенну - и радиопередатчик готов

Испытания показали его простоту установки на любой корпус, компактность и удобство использования с обеими моделями машин

На данном этапе доработка программного обеспечения не проводилась, так как оно полностью совместимо с обоими типами радиопередатчиков.
Дальнейшим развитием этого варианта стала установка и монтаж на автомобиле видеокамеры.