Elektrolab
wz




  • Jedeme pod
  • Firefox
  • Chrome
  • Opera

Robot [S]kill

(popis hardware)

Účel projektu
Projekt [S]kill vznikl v prvním čtvrtletí 2007 pro několik důvodů. Jednak naučení se programovacích jazyků C a Visual C#, pochopení funkce procesoru AVR a později byl do jisté míry upraven tak, aby se mohl zúčastnit mini sumo zápasů, které jsou limitovány maximálními rozměry 10 × 10 cm, výška neomezená, váha 500 g. Jedná se o autonomního robota s možností bluetooth manuálního ovládání či jen konfigurace autonomní části. První část robota, kterou zde budu popisovat, bude jeho hardware.
Hlavní schéma

V jedné z verzí robota (druhé foto) se objevila snaha vybavit robota jakousi hlavou, kterou měla reprezentovat kamera s LED a laserem na pohyblivém podstavci X, Y: 180°. Nejdříve jsem myslel, že použiji klasická standardní serva, protože jsem měl dvě doma. Problém byl, že je u obou zničená řídící elektronika. Kupovat nová serva se mi nechtělo, proto jsem se rozhodl postavit vlastní řídící elektroniku. Ta se skládala z budiče motorů (L293) a procesoru ATmega8-16AU. V procesoru byl naprogramován jednoduchý, ale postačující proporcionální regulátor. Jeho hodnota se nastavovala pomocí sériové sběrnice UART. Později jsem z důvodů použití bluetooth modulu ale UART sběrnici potřeboval volnou, proto jsem vyřešil komunikaci jakýmsi trojúhelníkem. Data z počítače byla posílány do ATmegy16. Data posílaná do PC byla však již posílána z ATmegy16 do ATmegy8 a teprve odtud do PC. Poté co jsem se rozhodl upravit robota pro mini sumo, proto jsem musel robota razantně odlehčit a hlavu dát pryč (3. verze).
Schéma řízení serv

Celek 1 Celek 2 Nový model


Na prvním obrázku je kromě robota [S]kill také miniaturní robot se jménem Pidibot, který byl mým prvním robotem. Po jeho zhotovení jsem se rozhodl pro dráhu robotiky. Jeho motorky, které byly dlouho nevyužity, teď slouží jako pohon současné verze.

Srdcem robota je osmibitový mikroprocesor Atmel AVR - ATmega16-16PU.

Ke komunikaci s PC / laptopem / PDA je použit bluetooth modul OEMSPA310 od distributora firmy connectBlue českého Spezial Electronic. Tento blueooth modul je napojený na procesor pouze přes jednoduchý odporový převodník z 5 V (procesor) TTL na 3,3 V (modul) TTL. Komunikace probíhá asynchronně (UART), tedy je připojen modul pouze 2 vodiče Tx a Rx (+ napájení).

První obrázek je screen řídícího programu robota. Program přenáší data po COM portu, v mém případě po "Bluetooth-Serial-Port-Adaptéru". Ale o tom více až v druhém díle, který bude zaměřen na softwarovou část robota.

Software BT modul


Řízení motorů je zprostředkováno H-můstkovým budičem SN754410 (výkonnější verze L293ky), který má vstupy pro PWM signál a zvládá krátkodobé zatížení, až 2 A. V mém případě je trvale zatížen na 1 A, špičkově 1,5 A. Vzhledem k jeho zatápění jsem na něj raději umístil menší chladič v podobě kusu měděného plechu. Tento budič motorů má v sobě již integrované diody, takže jediné co je dále potřeba připojit kromě motorů jsou odrušovací kondenzátory, které jsou co nejblíže motorům.

Značný problém nastal s elektromagnetickou kompatibilitou celého zařízení. V okamžiku, kdy jsem začal řídit rychlost motorů PWM modulací se zákmity vzniklé z důvodu spínání indukční zátěže přes napájecí obvod (tedy galvanickou vazbou) dostaly k IR čidlům SFH511, kde znemožnili řídící elektronice správnou funkci. Čidla se chovala zmateně a na jejich výstupech byly značně zkreslené informace. Podle všeho tedy za rušení čidel může H - můstek, který spojuje napájecí obvody pohonu a logiky. Pro správný popis zdroje rušení a jeho přenosu by se muselo provézt několik přesných měření. Indukční vazbu jsme kvůli zanedbatelným souběhům obou napájecích okruhů vyloučili.
Jelikož je pro nás téma EMC jen několik měsíců stará záležitost, pohon jsem se pokusil odrušit trojicí kondenzátorů (transfigurací - jedna svorka, druhá svorka a kostra) a napětí před SFHčkama vyfiltrovat dvojicí kondenzátorů a tlumivkou.

První obrázek ukazuje pohon, který hnal robota více než dva roky. Jeho kroutící moment byl 2,4 kg / cm. Na druhé fotorgrafii je zachycen jeden ze dvou motorů, které pohání robota nyní, 28 mm × 11,5 mm × 9 mm. Kroutící moment 0,9 kg / cm. Díky daleko menšímu odběru těchto motorů vydrží robot déle v pohotovostním režimu a H - můstek neprotopí tolik energie.

Starý pohon Nový pohon

Napájení motorů probíhá přes samostatný stabilizátor 5 V alespoň do 2,5 A, ostatní elektronika je napájena přes druhý méně výkonný 5 V stabilizátor. Oba stabilizátory jsou umístěny na chladiči upevněném na přední části robota z vrchu. Na výstupu obou stabilizátorů je připojen 100 nF keramický a 2,2 G elektrolytický kondenzátor pro filtraci a odrušení. Stabilizátory jsou typu "Low Drop Voltage", což znamená, že jejich vstupní napětí nemusí být o 2,5 V vyšší než jejich stabilizační, ale postačí zhruba o 0,2 V vyšší, Což odpovídá v našem případě 5 + 0,2 = 5,2 V, pod tuto hranici již přestávají správně fungovat.
Ještě do nedávna jsem používal 6 × NiMH článek v sérii (7,2 V), tudíž robot jezdil do vybití o 1 Volt. NiMH mohu akorát tak vřele nedoporučit. Dlouhá doba nabíjení, paměťový efekt, 10 minut provozu robota.
V současnosti již běží na LiPol baterii, kterou si nemohu vynachválit. Nabíjení 2 h, výdrž při jízdě cca 1 h, napětí stabilně 7,6 V až do úplného vybití, kdy napětí teprve strmě klesne na cca 6 V, což je signál k nabití. Cena LiPol nabíječky je vcelku vysoká, v obchodě, kde jsem baterii kupoval, po mě chtěli 1600 Kč za základní verzi. Rozhodl jsem se proto nabíječku vyrobit sám. Jelikož jsem nabíječku potřeboval nejpozději do 3 dnů, kvůli prezentaci robota, byl jsem donucen koupit si stavebnici od již vymyšlené nabíječky a balancér vyrovnávající napětí na článcích. Na vstupu stabilizátorů je opět umístěn filtrační kondenzátor 100 nF a 3,3 G elektrolyt, vyrovnávající proudové špičky.

Li-Ion Li-Pol


Senzorika robota je řešena opticky, infračerveně na vlnové délce 940 nm.
- Čidla překážek jsou zhruba uprostřed robota, jejich počet je 6. Fungují na principu odrazu vysílaného paprsku. IR LED je modulovaná frekvencí 36 kHz, přijímač IR signálu má integrovaný demodulátor 36 kHz, díky čemuž nám nebude zachytávat běžné okolní světlo. Změnou modulační frekvence IR LED se mění i citlivost na překážky, rozladění od 36 kHz je nepřímo úměrné citlivosti. Tohoto efektu je využito pro detekci vzdálenosti překážky.

Čidla překážek


- Čidla čáry jsou optoreflexní CNY70, které se nacházejí ve spodní části robota. Na tyto senzory nedopadá okolní světlo, proto není potřeba modulovat vysílaný IR paprsek a demodulovat ten přijímaný. Na rozdíl od čidel překážky jsou tyto snímány analogově. To proto, abychom si mohli nastavit vlastní hodnotu napětí, při které už není odraz považován za bílou, ale za černou (čáru).
Čidla překážky mají každé zvlášť v napájení odrušovací filtr z tlumivky 100 mH, keramiky 100 nF a tantalového kondenzátoru 4,7 µF, neboť ona čidla s demodulátorem, jsou velice náchylná na rušení. Čidla čáry mají pouze pull-up rezistor ve výstupu (22 kΩ na plus).
Jelikož stále u procesoru zbývá 5 volných pinů, tak pro dekoraci jsem robota doplnil o RGB LEDku, která mění barvu podle zvoleného módu. Například při testování čidel překážky, nebo při zvolení módu "Lampa" mění plynule barvu podle vybraného přechodu. Déle jsem robota vybavil červeným laserem a bílými LED.

Schéma čidla čáry Čidla čáry


Parametry robota
odběr: 0,25 A při rovné jízdě po rovné ploše
odběr v klidu: 0,16 A
max odběr: 0,6 A
rychlost: 0,14 m/s
hmotnost: 401 g
rozměry: 98 mm x 100 mm x 115 mm


Seznam součástek podle označení ve schématech
Zde jsou videa různých verzí a módů

Navrhl, sestrojil David, na web přidal Jerry
24.12.2009



V případě jakýchkoliv připomínek nebo dotazů pište zde.