Простейший робот

Помните, Интернет пестрел сообщениями о технике изготовления робота из зубной щетки? Неделю назад собрал себе такого. Конечно, «робот» очень простой, но вместе с тем - забавный, потраченного на него времени (не более получаса), безусловно, стоит. Статья Простейший робот из зубной щетки стала первой статьей цикла «Простейшие роботы», который я планирую на своем будущем RobotLab.Ru поддерживать.

Фотки и видео в этой статье, кстати, мои собственные. Еще отмечу тот немаловажный факт, что мои дети были просто в восторге, когда я положил этого, своеобразного, жучка, на пол, и он начал по этому полу бегать...

Да, кстати, подготовил я идею для еще одного простейшего робота, на этот раз - ходильщика, и в ближайшее время его попытаюсь собрать. Уникальность этого робота будет состоять в том, что требуется ему для работы всего один моторчик, и никаких микросхем, да даже электронных компонентов - совершенно не используется. Ведь часто начинающие спотыкаются на том, что долго не могут подобрать два одинаковых мотора, или пару редких микросхем (другой очень частой ошибкой я считаю переоценку начинающими своих сил, и стремление сразу собрать сложный проект).

Таким образом, я планирую в своей будущей Лаборатории робототехника опубликовать небольшую коллекцию рецептов роботов, от простых до весьма сложных. Чтобы любой посетитель мог, зайдя в Лабораторию, выбрать себе проект по силам, и на самом деле воплотить его в жизнь!

Робот на основе компьютера: вариант мини

Выбор «мозга» для робота - один из важнейших этапов в его построении. Я уже неоднократно рассматривал различные варианты этого выбора:

1. Робот на базе обычного компьютера или ноутбука - наиболее хорошее решение с точки зрения программиста:
   • очень много документации
   • можно использовать стандартные порты ввода/вывода
   • прекрасные средства программирования, множество готовых библиотек
   • возможно подключение почти любых современных устройств и использование передовых технологий
   • максимальная производительность
   Однако, при проектировании робота на базе компьютера - предъявляются повышенные требования к грузоподъемности, и габаритам шасси.
   В случае использования не ноутбука, а обычной материнской платы, возникают дополнительные трудности с питанием. Потребляемая компьютером мощность питания очень высока, а значит - аккумуляторы для питания такого компьютера будут весить много, и стоить еще больше. Также, сложность представляет пайка блока питания, поскольку обычная материнская плата требует одновременного наличия напряжений питания +/-12В, +/-5В и +/-3.3В.
2. Робот на основе КПК: обладая хорошими возможностями программирования, приемлимой документированностью и средней производительностью, КПК имеет целых два огромнейших преимущества перед компьютером:
   • КПК очень компактны и редко весят больше 200 грамм.
   • КПК потребляют очень немного энергии, особенно при выключенном экране. Время их автономной работы без подзарядки в большинстве случаев более чем приемлимо для робота.
   Однако, и КПК не идеален. Трудности здесь возникают при попытке подключить к КПК внешние устройства. В большинстве случаев, для этого приходится использовать микроконтроллер и небольшую самопайную схему с парой промежуточных микросхем.
   Про создание робота на основе КПК я также упоминал в заметках Выбор КПК для робота, и Защищенный КПК своими руками.
3. Робот на основе микроконтроллера. Эту тему я стараюсь не затрагивать - слишком много минусов... Затруднена отладка, количество документации сравнительно очень невелико, производительность микроконтроллера - никакая... Значительным недостатком я считаю также необходимость много паять, мне кажется, робототехник должен быть сосредоточен на изысках в поведении робота, а не на пайке и отладке его схем.
4. Создание робота на основе простейших микросхем. Имеются в виду в основном BEAM роботы. Это еще более несерьезно, чем микроконтроллеры, однако достаточно привлекательно и полезно для новичков.

Есть, впрочем, и другие варианты. Например, такая экзотика, как робот на основе калькулятора.

Как видно из представленных выше пунктов, создание робота на основе обычного компьютера или ноутбука имеет всего лишь две неприятных особенности: большой вес/габариты, и высокое потребление электроэнергии (что приводит, опять же, к увеличению веса). Эти особенности, конечно же, вполне можно обойти.

Идеальным вариантом были бы специально созданные компьютеры, полностью совместимые с обычными, однако имеющие минимальные габариты, и оптимизированные на автономную работу от аккумуляторов.

И такие компьютеры уже существуют, или же могут быть созданы. Об этом я и хочу рассказать в сегодняшнем сообщении.

Во-первых, есть ведь промышленное производство компьютеров, где созданные продукты максимально оптимизированы под специализированное использование, и не содержат ненужных компонентов. Впрочем, робототехнику-любителю, бесспорно, заказать изготовление такого компьютера не по средствам :)

Более приемлимый вариант - использование новых бюджетных моделей ноутбуков. Речь идет о продуктах серии Asus Eee, например, Asus Eee PC 701 (изображен на картинке), стоимостью около 12 тыс. рублей.

Кроме того, я уже писал о материнских платах форм-фактора Mini-ITX от компании VIA. Эта же компания совсем недавно аннонсировала выпуск еще более компактной материнской платы, полностью совместимой с x86-компьютерами - Pico-ITX. Размеры платы - 10х7.2см, что более чем приемлимо для робота.

Помимо компании VIA, на рынок миникомпьютеров выходит, например, корпорация Gum Stix. Эти господа производят уж совсем крохотные компьютеры, умещающиеся в ладони, и достаточно приемлимые по цене (от 130$, ~3100 руб.). Правда, и возможности этих компьютеров весьма даже урезаны (в отличии от практически полноценных материнских плат VIA).

Так что, господа робототехники, все уже придумано до нас, были бы, как говорится, деньги :)

BEAM роботы

BEAM-роботы - это весьма примитивный вид роботов, логика работы которых полностью реализуется с помощью достаточно простых микросхем. Очень часто BEAM-робот только и умеет, что ездить на свет или звук, и издавать какие-то звуки (либо мигать светодиодом) - если пора подзарядить батарейку. И тем не менее, несмотря на примитивность таких роботов, создать хотя бы одну такую штуковину - просто обязан любой начинающий робототехник! Ведь это очень интересно, забавно, здорово, и совсем не сложно.

Самым, наверное, «крутым» BEAM-роботом - был Бастер. В книге Дэвида Хейзермана, автора идеи Бастера, описывается пошаговое создание этого робота: сначала это просто радиоуправляемая игрушка, затем функций становится все больше и больше, и постепенно Бастер превращается в забавное, увлекательное существо, вносящее оживление и радость в Ваш дом.

Книга наполнена схемами, рисунками, интересными идеями. Конечно, придется очень много паять. Но никто не заставляет делать Бастера до конца. Можно остановиться на любом шаге, а можно использовать просто часть принципиальных схем, рассмотренных автором, для создания собственного - возможно, еще более интересного, - робота.

Вообще, я не раз касался, тем или иным образом, концепции BEAM-роботов:

• В сообщении Своими руками - представлял видео изготовления простенького BEAM-робота на солнечных батареях, и ссылку на статью про конструирование робота из зубной щетки.
• В сообщении Интернет о роботах-2 - выкладывал ссылку на неочевидное место со сведениями по BEAM-роботам - форум мотоклуба «Дырчик».
• и т.д.

В вышеупомянутом Дырчике приведена очень интересная классификация BEAM-роботов. Думаю, в основном эта классификация применима даже и к обычным роботам... Вкратце расскажу о ней здесь. Прежде всего, BEAM-роботы делятся на сидячих и способных к передвижению.

Сидячие BEAM'ы питаются, чаще всего, от солнечных батарей, и могут лишь мигать светодиодами, либо издавать звуки. Обратите внимание, роботами я их не назвал, назвал просто - BEAM-ы (см. мой взгляд на определение понятия робот).

Сродни сидячим - настольные BEAM-ы, сами к передвижению по-прежнему не способные, однако имеющие механические приспособления, благодаря чему они могут двигать отдельными частями своей конструкции. Характерным примером настольного BEAM-а может служить поворачивающаяся к источнику света голова :)

Способные к передвижению, исходя из способа этого самого передвижения, делятся на следующие подтипы:

• Колесные
• Извивающиеся
• Ползающие (сюда же входят гусеничные BEAM-роботы)
• Прыгуны
• Ходящие (среди BEAM-роботов двуногих конструкций почти не встречается, чаще всего ног не менее четырех)
• Плавающие
• Летающие

BEAM-роботы используют для своего передвижения энергию либо обычных батарей, либо солнечных. Во втором случае они получаются абсолютно автономными: поставил его на пол, и он дальше живет своей жизнью... :)

Большинство BEAM-ов обладает еще двумя абсолютно характерными чертами: они, во-первых, маленькие, а во-вторых - смотрятся очень красиво, эстетично (не зря буква A расшифровывается в этой аббревиатуре как Aesthetics - эстетика).

Меня на написание сегодняшнего сообщения во многом натолкнула новостная статья о кузнечике с Мембраны. Попробую немного развить эту "кузнечную" идею.

Принцип действия робота незамысловат и прост: малюсенький моторчик накручивает пружину до определенного момента, затем пружина резко разгибается, и кузнец летит куда-то далеко-далеко. Построить такого не так уж и сложно, в статье лишь обращают внимание, что очередной кузнечик оказался гораздо практичнее в конструкции, и побил прежний рекорд, прыгнув на высоту, в 27 раз превышающую его собственную высоту (предыдущий рекорд - 17 длин тела механического кузнеца).

Сама собой напрашивается идея использовать такого робота с солнечными батареями. Комплект батарей можно купить, например, на Ekits. Схема подключения солнечных батарей к любому моторчику придумана давным давно:

А раз уж есть солнечные батареи, почему бы не сделать из кузнечика планер? Тогда ему будет гораздо проще приземлиться, и улететь он сможет гораздо дальше. Чтобы «крылья» не мешали прыжку - их нужно перед прыжком сложить, а после прыжка - развернуть. Для более удачного приземления пригодятся "лыжи".

И еще, сами понимаете, настоящий BEAM-робот должен иметь цель. А любой робот, созданный с использованием солнечных батарей, должен предпочитать темноте свет. Для этого, бесспорно, следует предусмотреть возможность поворота робота, с использованием пары фотодиодов для выяснения направления поворота. Эта задача также более чем решаема.

Весь жизненный цикл робота, таким образом, состоит из следующих состояний:

1. Поиск следующей цели: вся энергия солнечной батареи уходит в моторчик поворота, причем моторчик для простоты вращает робота только в одном направлении, до тех пор, пока два фотодиода покажут примерно одинаковое количество света. В результате, робот нацеливается на источник света.
2. Натягиваем пружину: После нацеливания срабатывает реле, и все напряжение от солнечной батареи начинает уходить во второй мотор, который натягивает нашу пружину. Пружина подсоединена не только к прыжковым «ногам», но и к первому мотору, который отвечает за разворот, а также к «крыльям». В результате натяжения пружины крылья складываются в гармошку, а первый мотор - втягивается в корпус робота, чтобы не мешать при прыжке.
3. Прыжок: на «ногах», «крыльях», или в пазе, куда затягивается первый мотор - нужно разместить кнопку, которая будет означать, что пружина достаточно натянута для прыжка. При нажатии на эту кнопку, освобождается прыжковая защелка, и робот взлетает высоко вверх. По мере освобождения пружины также расправляются «крылья», и робот начинает планировать к земле.

Вот такая вот у меня лично возникла идея :) Честно скажу, на практике я кузнеца никогда не строил, так что в каких-то деталях могу ошибаться.

Благодаря разнообразию BEAM-конструкций - всегда найдется такой робот, который лично Вы сможете построить быстро, и одновременно это будет лично Вам весьма интересно :)

А ресурсов по BEAM-роботостроению - хватает!

Например, обязательно ознакомьтесь с весьма популярной статьей с сайта «Мой робот», про изготовление простейшего робота на основе одной микросхемы.

Кроме того, информация есть и на Робофоруме, там организован даже небольшой раздел в помощь BEAM-роботостроителям.

Итог: робототехника должна начинаться со слова BEAM, господа!

Недорогие запчасти

Сборка робота - занятие не только трудоемкое, но и очень дорогое. Покупать готовые сервоприводы, колесные узлы, моторы - многим просто не по карману. Ниже представлено несколько ссылок на наиболее удачные способы подмены покупных запчастей подручными материалами:

1. Статья MegaBIZON Они выделяли фенол, или в помощь начинающему - классная статья, повествующая о том, как, потратив 200 рублей и 1 час времени, получить готовое и вполне работоспособное шасси для небольшого робота.
2. Вообще, использование машинок в качестве шасси для робота - идея далеко не новая. Обычно радиоуправляемая машинка уже содержит все необходимые детали, моторы, редукторы и т.п. Если присмотреть машинку побольше, то готовое шасси для Вашего робота - обойдется не такими уж и большими деньгами (по крайней мере, сборка аналогичного шасси из заказных запчастей будет стоить никак не дешевле, и потратит, к тому же, кучу Вашего драгоценного времени). Вот например, такую машинку я видел в магазине:
   
   Стоимость машинки - немаленькая, около 5 тыс. рублей. Однако и сама она достаточно большая, примерно 1.2м длиной, и 35-40 см шириной - т.е., вполне достаточна для изготовления робота даже на основе не самого легкого ноутбука...
3. Изготовление дубликатов шестерней - прекрасный способ изготовления шестерней. Шестерни всегда очень часто требуются, и обычно в контексте их дублирования. Ведь всегда очень сложно найти два одинаковых редуктора. А так, потратив около 100 рублей, мы получаем материала на несколько десятков шестерней, которые могут быть отлиты по любым образцам.
4. Где взять моторы? Это очень частый вопрос, возникающий при проектировании ходовой части робота. Изготовление редукторов вроде бы достаточно решаемая проблема (благодаря ссылке в предыдущем пункте), а вот где взять моторы - вопрос пока не решенный. Впрочем, все не так уж и плохо! Традиционный метод получения моторов - выламывание их откуда-нибудь. Сейчас наиболее популярны три способа: а) моторчики из игрушечных моделек; б) моторы из автомобиля (от стеклоподъемников, стеклоочистителей, регуляторов фар и т.п.); в) шаговые моторы из принтеров.
   
   Проблемой при выламивании моторчиков из игрушечных моделек становится их непарность. Ведь в большинстве случаев всегда требуется, чтобы имелось в наличии два и более одинаковых моторов.
   В случае использования автомобильных запчастей, эта проблема также имеет место: несмотря на то, что в автомобиле все симметрично, замена каких либо моторчиков требуется только тогда, когда один из них выходит из строя. Жертвовать же полностью работоспособный комплект моторчиков - жалко, да и дорого: ведь, например, комплект стеклоподъемников для передних стекол стоит никак не меньше 2500 руб... С другой стороны, автомобильные моторчики - всегда очень мощные.
   Наконец, последний вариант - шаговые моторчики из принтеров. Как правило, старые принтеры - это не такая уж большая редкость. Если Вы - системный администратор, их у Вас должно быть вообще навалом; в других случаях, стоит сходить в фирму, где занимаются заправкой картриджей и ремонтом принтеров - у них наверняка есть пара-тройка принтеров на выброс. Основной недостаток: шаговыми моторами не очень-то просто управлять - для этого следует использовать специальную схему (подробнее расскажу в одном из следующих сообщений).

Несколько из перечисленных выше ссылок указывает на РобоФорум. Это активный форум робототехников России, если Вы увлекаетесь роботами - очень рекомендую этот форум посетить. Там можно найти много интересных и уникальных практических решений. Одним из перспективнейших направлений работы ребят является создание Wiki по материалам форума. Это очень важное и хорошее начинание, т.к. темы форума все таки сами по себе мало структурированы, а wiki эту ситуацию, бесспорно, исправит.

Создание аналога марсохода ПрОП-М. Изготовление корпуса

В рамках серии статей «Изготовление аналога марсохода ПрОП-М».

Во-первых, хочу обратиться к читателям данного блога: присоединяйтесь! Параллельные поделки очень интересны сами по себе и имеют больше шансов на успех. Пишите в комментарии, пишите мне в ICQ и на e-mail - обязательно подскажу, обсудим любые моменты по реализации. Я сам любитель, и любой совет, любое мнение - имеют для меня большую ценность.

Начнем. Самое простое в реализации аппаратной части робота - сделать его корпус. Благо представлять он из себя будет простенькую железную коробку с приделанными к ней лыжами. Но, просто - да не слишком. Особенно - если Вы - программист (как я), никогда даже не державший в руках ножниц по металлу...

Первым делом необходимо достать где-нибудь листового железа. Оно потребуется для изготовления лыж и корпуса будущего робота. Размер требуемого листа - 75х30 см. Листовое железо продается в строительных и хозяйственных магазинах. Мне повезло - один мой родственник занимается ремонтом, и у него нашелся для меня лист оцинкованного железа требуемого размера бесплатно.

Также вам потребуются ножницы по металлу (примерная стоимость - 300-500 рублей), рулетка, карандаш, линейка, молоток, гвоздь, саморезы, дрель с тонким сверлом по металлу, отвертка, плоскогубцы, и немного холодной сварки (я купил колбаску холодной сварки со стальным наполнителем в хозяйственном магазине за 38 рублей). Также, некоторые типы холодной сварки требуют использования перчаток, резиновые перчатки можно купить в аптеке за 5 рублей.

Хочу заметить: почти все материалы и инструменты - заменяемы. Если у Вас чего-то нет - не отчаивайтесь, ничего страшного. Даже если корпус Вашего робота будет деревянным, а в качестве лыж будут, например, обычные снегоступы - все равно уникальность передвижения робота сохраняется. Но я лично решил делать максимально приближенный к оригиналу вариант марсохода, поэтому - делаю все именно так, как делаю :)...

Вернемся к нашему листу железа. Общие приемы обработки металла описаны, например, на сайтах Гараж Авто и Сам себе мастер. Очень полезно почитать перед началом работы.

Итак, приступим. Первым делом - изготовим железную коробку. Для этого нужно отрезать соответствующий кусок листового железа с помощью ножниц по металлу, согнуть его, и замазать края получившейся коробки холодной сваркой. Заготовка, которую потребуется вырезать, изображена на рисунке:

Размеры здесь аналогичны размерам марсохода - 22х25х4 см. Вырезать заготовку не составит труда. Результат будет примерно таким:

Теперь заготовку нужно согнуть. С первыми тремя загибами (по краям) справиться достаточно легко, это делается примерно так: лист зажимаем между двумя брусками, загибаем сначала руками, затем подбиваем молотком.

Последние два загиба мне дались не так легко, т.к. мешали предыдущие. В крайнем случае, если у Вас не будет получаться загнуть заготовку, просто выпилите брусок, который заполнил бы внутреннее пространство создаваемой коробки (т.е. 22х25х4 см) - тогда задача решится очень просто.

Вот что получилось у меня в итоге:

Верхнюю крышку загибать до конца не требуется - нам все равно еще придется размещать внутри моторы, устройство управления и т.д.

Принимаемся за лыжи, беря самый большой обрезок. Вырежьте две заготовки, как показано на рисунке (они обязательно должны быть зеркальными, не ошибитесь!):

Размер одной лыжи - 8.5х30 см. После вырезки загните каждую лыжу. Работать с лыжами гораздо легче, они маленькие, и загибать их можно плоскогубцами. У вас должно получиться что-то, похожее на лыжу оригинального марсохода:

Вторая лыжа изготовляется по той же заготовке, отраженной зеркально по горизонтали. Вот какая лыжа получилась у меня:

Вернемся к корпусу. Давайте закрепим его и замажем щели. Лично я сделал вот что: вырезал из обрезков нашей заготовки импровизированные уголки размером 4х3 см каждый, согнул их вдвое под углом в 90 градусов, далее накернил гвоздем и просверлил дырки в заготовке и в уголках, ну и наконец скрутил уголки с заготовкой короткими саморезами - по 4 самореза на каждый уголок. Если дрели под рукой нет - то дырки можно даже не сверлить, а просто пробить гвоздем.

Скрепленный таким образом корпус все-таки еще изобилует дырками :) - которые я собственно и замазал холодной сваркой. Вот что получилось в итоге:

Продолжение следует...

Необычные разработки шасси для роботов.

Вообще на первый взгляд роботы бывают всего лишь двух типов (из тех, которые умеют передвигаться):

• мобильные
• шагающие

И вроде как все... А вот и нет! Типов шасси - десятки.

Во-первых, существуют смешанные модели мобильно-шагающих роботов. Часто это встречается, кстати, у планетоходов, которые сначала обретают просто индивидуальные подвески для каждого из колес, а потом уже начинают учиться эти колеса поднимать...

Во-вторых, есть вообще говоря гусеничные роботы, которые тоже в принципе мобильные, но гораздо интереснее, нежели чем колесные. Кстати, недавно наткнулся на интересную статью по истории развития шасси... танков!

Наконец, есть роботы, в определенной степени вообще не подпадающие ни под понятие шагающих, ни под понятие мобильных. Смотрим: робот ездит на лыжах.

Робот ездит на велосипеде.

Робот прыгает. Обратите внимание, как сделаны его ноги. Очень серьезная разработка - на мой взгляд.

Первый марсоход (ПрОП-М). Устройство шасси

В прошлом своем сообщении о космических роботах я писал об экспедициях аппаратов Марс-2 и Марс-3, и о первых в мире марсоходах, достигших красной планеты - хотя и не передавших, к сожалению, никаких данных на Землю.

Я затронул эту тему, но она оказалась еще более интересной, чем на первый взгляд. Во-первых, на сайте Space-Ru.Com я нашел детальное описание аппарата Марс-2, особенно хорошо описан состав научных приборов и сведения, собранные КА Марс-2 во время полета. Во-вторых, сайт Austronaut.ru предоставил очень хорошее описание спускаемого модуля аппаратов Марс-2 и Марс-3, вместе с его подробной схемой. Между прочим, в прошлом сообщении я совершил досадную ошибку, о чем уже написал в комментарии - ведь спускаемый модуль Марса-3 на самом деле все-таки достиг поверхности Марса, успешно приземлился, и даже начал передавать оттуда картинку (с очень хорошего сайта Teddy Stryk'а) - но через 20 секунд вышел из строя, предположительно, из-за сильной пылевой бури.

Марсоходы ПрОП-М

А вообще, все это в принципе к роботам отношения имеет мало, и самым интересным моментом для меня было, бесспорно, обнаружить сведения о марсоходах. Напомню, на борту каждого из аппаратов находились миниатюрные, весом всего 4.5 кг, устройства, называемые ПрОП-М (Прибор оценки проходимости - Марс), и предназначенные для исследования грунта Марса в непосредственной близости от поверхности. Приборы связывались с посадочной ступенью информационным кабелем, поэтому способны были удаляться не более чем на 15 метров от места посадки.

Здесь я натолкнулся на ряд проблем. А конкретно - не смог найти четкой схемы ПрОП-М. Только несколько не самых детализированных изображений и немножечко информации... Отправил запрос во «ВНИИтрансмаш», где были разработаны эти марсоходы - но ответа пока не получил. Но, все по порядку - и вы поймете, почему я так заинтересовался этими марсоходами!

История

Как сообщает сайт Института истории естествознания и техники РАН, во время подготовки аппарата Марс-3, ведущий специалист «ВНИИтрансмаш» В.В. Громов предложил заменить балансировочный груз на прибор оценки проходимости. Эта идея была поддержана, и достаточно быстро реализована, хотя и потребовала дополнительных усилий: реализации самого марсохода, его наземной отработки, реализации устройства выноса марсохода на поверхность, обеспечения его электропитания и связи с посадочным модулем, и т.п.

Вот фотография устройства для спуска аппарата ПрОП-М:

Именно из-за того, что марсоход заменил балансировочный груз - его масса согласно техническим требованиям не должна была превышать 5 кг. Поэтому сам марсоход получился очень простым и, кстати сказать, вполне реализуемым в домашних условиях (к чему я собственно и веду!!).

После завершения миссий КА Марс-2 и Марс-3, когда два марсохода были безвозвратно потеряны, неожиданно нашли третий - на Земле. Ведь стоили эти аппараты не так много, и произвести третий экземпляр для каких-либо проверочных нужд не представляло труда. Этот самый, третий экземпляр - находится поныне в музее ГДЛ Петропавловской Крепости в Санкт-Петербурге. Так что, кто будет в Питере - не забудьте заглянуть в этот музей, и полюбоваться на аппарат собственными глазами, потом мне расскажите :)

Устройство шасси

Крайне интересен способ перемещения первых в мире марсоходов — лыжно-шагающий. Как можно увидеть на рисунке, каждый аппарат представлял из себя небольшой ящичек с лыжами по обеим сторонам. Движение осуществлялось следующим образом: опираясь на лыжи, переносился вперед корпус, аппарат садился на днище и лыжи перемещались на следующий шаг вперед. Поворот осуществлялся перемещением лыж в разные стороны. В случае, если аппарат встречал препятствие (касание двухконтактного бампера спереди), он автономно осуществлял объезд согласно следующему алгоритму: отход назад, поворот на некоторый угол, движение вперед.

В книге Александра Леоновича Кемурджиана «Планетоходы» я нашел пару слов о преимуществах данного вида шасси (с. 318-319, доступна для скачивания, например, с AstroLib.Ru): «лыжно-шагающий движитель обеспечивает высокие тягово-сцепные свойства на сыпучих грунтах». Также, я подозреваю, подобный аппарат может ползти по очень тонкому льду и не проваливаться. Главный недостаток аппарата - бесспорно, малая скорость.

В любом случае, честно признаюсь, загорелся я реализовать это устройство в домашних условиях! Разве ж не интересно? - собрать дома прототип первого марсохода... К сожалению, четкой схемы устройства нет (все еще надеюсь получить ответ от «ВНИИтрансмаш»), но она, как я предполагаю, крайне простая. Далее идут мои предположения:

В самом «черном ящике» располагались, помимо научных приборов для собственно оценки проходимости грунта - следующие компоненты:

• Микроконтроллер
• Приемник устройства связи для управления марсоходом (связь производилась по кабелю спускаемого аппарата)
• Приемник блока питания (тоже по кабелю) - питание шло как минимум на три схемы: схему управления и 2 схемы двигателей
• Двигатели - по одному на каждую лыжу, причем, как видно на рисунке - лыжа крепилась к корпусу в трех местах. Я думаю, что только к двум передним креплениям были подведены редукторы двигателя, а заднее крепление было «холостым». Также хочу отметить, что моторчики должны были быть достаточно мощными, чтобы приподнимать и переносить всю массу марсохода.

Микроконтроллер был настроен на объезд препятствий и плюс выполнение команд либо последовательностей команд оператора. А вот как я представляю крепление лыжи и механизм ее присоединения к мотору:

Напоследок приведу ссылку на сайт NASA: там у них есть список электронных компонентов, которые вообще используются в космических аппаратах - по сути, список наиболее качественных и надежных (и дорогих) компонентов.

Своими руками

Попался на глаза интересный блог Lobzik, побудивший, собственно, написать это сообщение.

На этом блоге я нашел как минимум два очень интересных поста: про то, как француз делает радиолампы дома и про ретроноутбук. Советую почитать!

Кратко пройдусь по другим источникам информации по самодельному изготовлению чего-либо:

• Очень много дельной информации по теме самодельного творчества можно найти в разделе «Статьи» сайта RCDesign.Ru. Там, правда, в основном речь идет о радиомоделях, но технологии изготовления корпуса, шасси - всегда одни и те же.
• На сайте Radio.DelaNet.Ru Вы сможете найти несколько интересных проектов, например, очень забавный проект изготовления робота-жука из зубной щетки... :)
• Всегда актуально - Мастерская РобоКлуба.

Наконец, хочу привести интересное видео (правда, на английском), о быстром изготовлении крохотного простенького BEAM-робота на солнечных батарейках:

Манипулятор (рука робота)

На сегодняшний момент мои сайты пребывают на первых позициях по запросам, связанным с созданием руки робота. Таковы реалии алгоритмов поискового ранжирования, что иногда результаты поиска по некоторым запросам, особенно не самым популярным, не соответствуют ожиданиям пользователя...

Несмотря на то, что я в основном специализируюсь на создании простейших мобильных роботов, и вообще никакой механик (напомню, я программист), но все-таки, могу кое-что посоветовать интересующимся созданием манипуляторов для робота. Например, есть хороший английский сайт, на котором собраны ссылки на разнообразные проекты создания манипуляторов, да и вообще всех частей тела андроидных роботов: AndroidWorld.Com.

Прежде чем думать о создании собственного манипулятора, всегда полезно взглянуть на имеющиеся прототипы. Например, вот «кисть» робота популярной серии Robosapien:

К сожалению, у меня нет такого робота, и я не могу его разобрать, чтобы продемонстрировать наглядно устройство данного манипулятора. Однако, у некоторых такая возможность есть (к сожалению, на английском, но зато с множеством фотографий): Вскрытие Robosapien, Замена светодиодов в руках Robosapien

Как видно из фотографий, представленных на вышеупомянутых страничках, манипулятор Robosapien управляется всего лишь одним мотором. На этом принципе построены, как ни смешно, очень многие манипуляторы. Некоторые конструкции доступны для сборки в домашних условиях. Например, оригинальная схема описана на сайте ScienceToyMaker.org. Материал также на английском, но все понятно даже из рисунков... Интересный факт: эта рука была изначально изготовлена для Хэллоуина.

Создание настоящего манипулятора - гораздо сложнее, и связано с понятием сервопривода (определение можно найти здесь, а на Википедии, как ни странно - такого определения нет).

Тема изготовления собственного сервопривода обсуждалась, например, в отдельной теме на РобоФоруме, также много информации по этому поводу можно найти в статье на RCDesign.Ru.

Для любителей высокоинтеллектуальной и формализованной теории - вот вам, Проект: «Моделирование адаптивных алгоритмов управления траекторным движением манипуляционных роботов на параллельных вычислительных структурах».

Ответы на запросы

Продолжаю серию сообщений Запросы-вопросы, где отвечаю на вопросы, сформулированные посетителями сайта, вопросы, набирая которые, люди находят мой сайт Самодельный робот. На этот раз, попробую ответить не на редкие - а наоборот, прежде всего - на самые популярные запросы.

Как сделать робота

Самый популярный «запрос-вопрос» (более 100 переходов), сайт, в принципе, специально был оптимизирован под этот запрос, и тем не менее, вопрос - достаточно сложный, и люди, возможно, не сразу находят ответ на этот вопрос на моем основном сайте. Итак, сделать робота, тем более не совсем банального - занятие, дорогие читатели, не одноминутное, требующее, порой, достаточно серьезных денежных и временнЫх вложений. Рассмотрим подход к изготовлению робота более подробно:
Прежде всего, определитесь, какой тип робота Вы хотите сделать.
Основные типы роботов:

• Мобильный робот на основе микроконтроллера - для такого робота требуется купить микроконтроллер, схему программатора к нему, соединить микроконтроллер с датчиками и моторчиками робота, и запрограммировать его, используя специальный ассемблер. Создание робота на основе микропроцессора - это не мой выбор, поскольку он является для меня слишком нерациональным и трудоемким, связанным с пайкой, и не позволяет реализовать необходимую сложность поведения робота. В то же время, использование микроконтроллера позволяет значительно уменьшить вес робота, а значит - и сложность при выборе и изготовлении шасси. Этот вариант является одним из самых распространенных на сегодня вариантом конструирования самодельных роботов.
• Мобильный робот на основе КПК - почти то же самое, что микроконтроллер, однако, КПК имеет более широкие возможности, но и стоит намного дороже. Широко известный пример такого робота - комплект PPRK (Palm Pilot Robot Kit). Вариант использования КПК для управления роботом я подробно рассматривал в отдельном сообщении - Робот и КПК
• Мобильный робот, с КПК на борту, но управляемый с использованием мощностей стационарного компьютера, связь между роботом и его «мозгом» происходит через Wi-Fi или Bluetooth - очень перспективный вариант. В этом случае сохраняется возможность использования самых современных технологий программирования, и, при этом, малый вес КПК дает возможность использования дешевого в изготовлении или подборе шасси. Основная трудность данного метода состоит в том, что ни один КПК не содержит уже написанных драйверов для подсоединения к нему нестандартных внешних устройств, да и аппаратных интерфейсов - практически не содержит.
• Мобильный робот на основе компьютера или ноутбука - вариант, который в свое время выбрал я. Благодаря этому варианту, возможно использование самых современных средств программирования, без отвлечений на проблемы реализации связи с внешними устройствами - все это уже сделали до нас... Единственная трудность - выбор подходящего шасси, поскольку ноутбук или компьютер, и аккумуляторы к нему, весят, как правило, несколько килограммов.

Также следует отметить, что шагающие роботы, роботы с манипуляторами и другие, более сложные виды роботов - на мой взгляд, не являются доступными для большинства робототехников-любителей для изготовления в домашних условиях.

Итак, вид робота выбран. С чего начать его изготовление? Мой вам совет - всегда начинайте с простого! Сначала реализуйте простую дистанционно управляемую тележку - это разогреет Ваш интерес, и позволит с новой силой взяться за свой проект. Для изготовления такой тележки необходимо прежде всего выбрать правильное шасси. Выбор шасси во многом зависит от предполагаемого веса будущего робота. Если вес будет большим - и Вы не намерены заниматься изготовлением шасси самостоятельно - выбирайте большую игрушечную модельку, лучше всего на гусенечном ходу. Более подробно вопрос шасси я рассматривал, например, в статье Роботы и mini-ITX. Также, много информации по этому вопросу можно найти в разделе Шасси робота на сайте.

Ну а дальше - действуйте, как подсказывает Вам разум - все-таки, каждый проект очень индивидуальный. И, обязательно, читайте мой блог :)

Кстати, по сути этот же ответ имеют и другие популярные «запросы-вопросы» - робот своими руками, самодельный робот, создание робота и подобные.

Схемы роботов

Более 30 переходам на сайт я обязан именно этому запросу. Несколько вариантов схем моего робота представлено на главной странице моего сайта. Вкратце расскажу о них:

1. Диаграмма развертывания - это специальная UML-диаграмма (UML - Universal Markup Language - универсальный язык разметки), описывающая развертывание робота на физических составляющих. А именно, представлены все механические части/блоки робота и связи между ними.
2. Концептуальная модель - модель робота с точки зрения функциональных связей. Также является стандартной схемой UML. Выполнена на двух уровнях детализации, переход между уровнями - с помощью гиперссылок.
3. Блок-схемы робота - нестандартизированные схемы, в основном, являющиеся аналогами диаграммы развертывания.

Другие запросы-вопросы

На самом деле, список наиболее популярных запросов на этом практически закончен... Напоследок рассмотрим еще несколько интересных:

• сайты по робототехнике - лучшие с моей точки зрения сайты по робототехнике представлены в редактируемом мною разделе всемирного каталога DMOZ - Робототехника.
• примеры схем для lpt, все про управление lpt портом - смотрите материал с сайта Управление внешними устройствами через LPT-порт.
• схема подключения микрофона к компьютеру - целых два таких запроса! Объясняю: вставьте джек от микрофона в отверстие такого же цвета (зеленый обычно) на звуковой плате :)
• двигатель ДПМ, рулевая машинка схема - описание двигателя ДПМ, его характеристики и фотографии - в разделе Шасси робота. Там же вы сможете найти и схему рулевой машинки для робота (одно поворотное колесо).
• описание контактов com - вы найдете в разделе Датчики робота, в материалах об ИК-приемниках и способах их подключения к компьютеру.

Вообще, должен отметить, интересных запросов очень много. На определенную часть из них я еще не ответил. Но буду стараться!

Способы управления роботом

В прошлом сообщении блога я упомянул о том, что широкодоступный Wii Control - джойстик с обратной связью для приставки Nintendo Wii, может быть использован для дистанционного управления манипуляторами робота. Сейчас я хочу продолжить эту тему, и привести краткий обзор способов дистанционного управления...

Существует, вообще говоря, два широкоиспользуемых и повсеместно признанных способа дистанционного управления автономными и полуавтономными устройствами:

1. Управление с помощью инфракрасных сигналов пульта ДУ (то же самое, что переключение каналов телевизора)
2. Управление по радио

Первый способ, в отношении управления роботом, реализуется с помощью простенькой схемки, которую даже я, не любитель паяльника, сумел спаять за полчаса - и программы WinLIRC, являющейся по сути Windows-драйвером для такой модели управления (подробности - на моем сайте, в разделе Датчики робота).

Управление по радио - широкоиспользуемая практика, модель такого управления вы можете выдрать из любой радиоуправляемой игрушки, или же найти в каком-либо журнале для радиолюбителей.

В последнее время получают все большее распространение и другие способы беспроводного управления. Конечно же, речь идет о технологиях Bluetooth и Wi-Fi, которые в настоящее время используются практически повсеместно в компьютерах, КПК, коммуникаторах, мобильных телефонах...

Модель управления роботом при использовании технологий Wi-Fi и Bluetooth в основном такая: непосредственно на роботе закрепляются мобильный телефон или КПК, которые, через определенную самопайную схему, могут отсылать роботу управляющие сигналы, и забирать показания датчиков. Основная «мозговая» деятельность - осуществляется на основном, стационарном, компьютере (иногда - даже с помощью распределенной сети серверов). Такой подход позволяет порой в несколько раз уменьшить вес робота и потребляемую им мощность.

Кстати, известен случай, когда на одной из мировых презентаций робота, тот в один прекрасный момент замер на месте - на несколько минут. Это случилось как раз из-за перегрузок Wi-Fi сети здания, где проходила презентация.

Еще один способ управления роботом - визуальный. В простейшем варианте - робот просто движется на свет. Кстати, вариацией этого способа можно считать задачу движения по линии. Но, конечно, такое визуальное управление не слишком функционально и не слишком интерактивно. Более сложные варианты включают в себя использование веб-камеры, закрепляемой на роботе, и анализ изображения, приходящего с камеры. Например, именно таким способом роботов учат распознавать человеческую мимику. Для реализации управления с помощью веб-камеры удобно использовать программное обеспечение RoboRealm, о котором я уже упоминал ранее.

Управление звуком - достаточно стандартная функция, для ее реализации можно использовать обычную ОС Windows Vista.

Кстати, в настоящее время существуют также сенсоры, реализующие искусственное обоняние (читайте статью НАСА - на английском - о применении искусственного обоняния в космосе), давно созданы материалы, позволяющие реализовать чувствительную кожу (даже клавиатура для моего старенького Palm m505 сделана из однородного материала, чувствительного к прикосновениям), ну и вкус роботы также могут чувствовать...

В заключение: дистанционное управление требуется практически для любого робота, сколь бы автономным он не был. Поэтому, при проектировании собственного робота, подойдите к этому вопросу серьезно, выберите наиболее доступный вариант, и ориентируйтесь на него - чтобы потом не пришлось все начинать сначала...

Использование Wii Remote при конструировании роботов

Компания Nintendo, начиная с сентября 2007 года, продала более 13 миллионов игровых консолей Wii Game. Пульт управления этой консолью - Wii Remote - имеет функцию обратной связи, которая реализуется с помощью инфракрасной камеры с разрешением 1024x768, и с встроенной возможностью отслеживания перемещения до 4х точек при частоте замеров равной 100 Гц.

Иными словами, в очень широкое обращение выпущен очень интересный «девайс», т.е. устройство, которое может весьма приг