пятница, 21 января 2011 г.

Механика в робототехнике

В последнее время все чаще замечаю, что значение механики в робототехнике крайне велико. Иногда, разбирая игрушки, поражаюсь, насколько можно удешевить и упростить конструкцию игрушки, если хорошо разбираться в механике. К примеру, одно время я увлекся BEAM-роботами именно по этой причине - ведь при ближайшем рассмотрении оказалось, что функционал большинства роботов на микроконтроллерах довольно легко воспроизвести в бимах (т.е., без использования микросхем вообще). Я видел BEAM-роботов, которые: объезжают препятствия, следуют по линии, движутся на свет, реагируют на прикосновения... Да и что тут говорить, чего только стоят великолепные роботы-ходуны, а также другие "немобильные" бимы - ползающие, прыгающие и т.д.

К сожалению, мои собственные знания по механике не слишком велики, но человек - существо обучаемое, вот я и решил подтянуть собственные знания по механике. И хочется поделиться некоторыми интересными находками, встретившимися на просторах интернета.

Чтобы показать, насколько сложные устройства можно создать только на основе механики, предлагаю посмотреть вот такое замечательное видео про полностью МЕХАНИЧЕСКУЮ бесполезную машину (useless machine):

На самом деле на основе шестерней можно создать множество довольно хитрых устройств, нужно только знать приемы, которые позволяют преобразовать обычное вращение шестерней в другие типы механического воздействия. Как показывает Mystery Box, с помощью только шестерней и механических передач, можно задержать выполнение какого-либо действия на нужный срок, среагировать на механическое воздействие, выполнить нужное действие строго определенное количество раз, выполнить несколько действий одновременно... Также, механизмы из шестерней способны менять скорость воздействий, направление воздействия и так далее.

Например, вот парочка видеозаписей про необычные зубчатые механизмы:

  1. Перемена скорости - зубчатый механизм, способный мгновенно менять скорость вращения.
  2. Перемена направления - зубчатый механизм, способный мгновенно менять направление вращения.

Шестерня (или зубчатое колесо) - это очень важная, но далеко не единственная механическая деталь. Есть и другие - кулачковые механизмы, вариаторы, блоки, винты, вороты, рычаги, червячные колеса и т.д. А иногда, в ход идут и совсем необычные приемы. Например, меня очень позабавила конструкция маленькой заводной игрушки-лыжника, который катается, казалось бы совершенно хаотично. Смотрите сами:

А теперь посмотрите, как он сделан! Оказывается, лыжник состоит из двух частей, верхняя часть его тела (оснащенная палками) может немного наклоняться вправо и влево. Именно палками и обеспечиваются повороты и кручение лыжника, когда он задевает одной из палок пол.

А теперь посмотрим внутрь. Оказывается, дополнительно к кручению колес, заводной механизм игрушки также медленно крутит небольшую прямоугольную деталь со скругленными краями, которая периодически толкает рычаг, заставляющий верхнюю часть лыжника наклониться влево. Такой механизм вроде как называется кулачковым (но я пока еще в механике профан, так что утверждать не возьмусь). Обратно тело лыжника возвращается с помощью пружины, которая также видна на фотографии. Изящное и простое механическое решение.

Есть и другие подобные игрушки, особенно впечатляют "танцоры", танец которых очень разнообразен и интересен. И удивительное дело, внутри у них - ни одной микросхемы, исключительно механика! Кстати, добиться таких танцев через программирование и микроконтроллер - задача не такая уж и тривиальная.. Может, даже и посложнее будет.

Резюмируя, я считаю, что простые, надежные и недорогие механические решения нужно стремиться использовать как можно чаще, и потому хорошо знать механику робототехник должен обязательно!

4 комментария:

  1. видео впечатлило, но как правило если человек механик, то он не знает программирования, а если человек програмер. то у него туго с механикой. Вот и получается замкнутый круг. А робота чисто на механике построить почти нереально, вот и выходит что роботы с минимальной механической кпд

    ОтветитьУдалить
  2. на самом деле механика позволяет реализовывать некие "алгоритмы": типа, после нажатия на кнопку, подождать 2 секунды, потом толкнуть другую кнопку, и одновременно вращать такой-то механизм в течение 3х секунд.

    таким образом, алгоритмическое мышление становится неким общим фактором, объединяющих механиков-манчкинов и программистов :)
    ну в общем, мне кажется, что робототехник должен разбираться и в том, и в другом.

    насчет того, что
    >робота чисто на механике построить почти нереально
    ну ведь неправда!

    смотри, какого-нибудь бима, например робота-жука, и заменяешь в нем комбинацию "моторчик+батарейка" на заводной механизм.

    какая разница-то ведь? как в результате раскручивания пружины заводного механизма, так и в результате работы мотора, производится одно и то же действие - кручение вала.

    конечно, есть ограничения, никто не спорит. к примеру, разнообразие сенсоров "чисто механического" робота ограничивается только механическими датчиками - по сути, в основном это датчики касания (ака бамперы). но все-таки, использование чисто механических решений порой оправдано и очень полезно. и сделать на основе механики можно много чего интересного.

    ОтветитьУдалить
  3. Тут нужно вспомнить историю - первые роботы были механическими - музыканты, танцоры. Скорее необходимо находить функционал между механикой и электроникой.

    ОтветитьУдалить
  4. Хотим установить новенькие металлопластиковые окна REHAU. Выбрали эту компании по лестным отзывам друзей и знакомых
    http://beckerokna.ru/

    ОтветитьУдалить

Внимание! Реклама и прочий спам будут беспощадно удаляться.