среда, 22 марта 2017 г.

История разработки робота и эволюция конструкции. Часть 1.

Я знаю, что многие люди, также как и я, пытаются создать робота для себя. Возможно таким людям будет интересно учесть мои наработки и ошибки, чтобы их не повторять. В этой серии статей я расскажу, какие этапы я прошел, прежде чем пришел к теперешней конструкции робота для тенниса.

Введение.

Итак, в самом начале, когда я только решил сделать для себя простенькую пушку, я думал что у меня это займет немного времени. В интернете встречаются различные конструкции роботов. Я увидел конструкцию одного японского изобретателя, и решил ее повторить. В этой простой конструкции робота мне категорически не нравилось то, что для изменения вращения двигателей пушки нужно подходить к роботу и крутить ручку регулировки. На это нужно потратить время, потом собрать мячи, которые попадали на пол за время настройки робота, и только потом можно начинать тренироваться.
Поскольку я достаточно хорошо разбираюсь в электронике, и примерно также в программировании, я решил, что мне просто необходимо применить свои знания в этом деле. Нужно было сделать устройство, которое бы регулировалось например с помощью инфракрасного пульта управления (от телевизора или аудиосистемы). Идея созрела, а значит можно было приступать к ее реализации.

Моя первая простая конструкция с коллекторными двигателями.

В конструкции японца используются двигателя FA-130. Я купил пару двигателей FA-130, и это стало началом долгого пути. Забегая наперед, скажу - не стоит их покупать в безнадежных попытках сделать из них робота, это не принесет ожидаемого результата. В этой части я объясню почему это так. 

Но сначала зададим себе вопрос - что нужно чтобы робот стрелял мячами примерно в одно и то же место? Ответ такой: нужно чтобы выполнялись вот такие условия:
  1. Двигатели должны быть достаточно мощные, чтобы легко зацепить роликами мяч и бросить его вперед.
  2. Скорость вращения двигателя должна быть постоянной. Она не должна менять от выстрела к выстрелу, иначе каждый новый выстрел будет непредсказуемым (иногда конечно и такое поведение полезно, но далеко не всегда). Возвращаясь к пункту 1 - если двигатель слабый, то в момент захвата роликом мяча он приостанавливается, его обороты падают, и выстрел становится слабым и непредсказуемым (если вообще произойдет).
  3. Сама конструкция ствола должна быть точной. Ну тут все и так понятно - из кривого ствола мяч ровно не полетит.
Но все таки, наиболее важными являются именно первые 2 пункта, которые относятся к качеству двигателя. И как раз FA-130 не соответствует обоим этим требованиям. Это слабый двигатель, который предназначен для  детских игрушек и поделок. И вообще - дешевые коллекторные двигатели ненадежные, у них быстро стираются щетки и они выходят из строя. Более качественные двигатели более надежные, но они тяжелые и дорогие.
Тем не менее, опыты на FA-130 проводить можно, чем я и занялся. Коллекторным двигателем постоянного тока (а FA-130 именно таким и является) можно управлять с помощью ШИМ сигнала (не буду грузить тут теорией, кому нужно - информации в интернете на эту тему просто валом).
Что использовать в качестве роликов? Чаще всего рекомендуют взять колесо от какой то детской игрушки - главное чтобы оно было резиновым, его можно было закрепить на двигателе, и оно имело нужный диаметр. По странному стечению обстоятельств, у моего сына в то время пропали колеса на одном из его грузовиков, а у меня появились ролики. Но кажется он этого тогда не заметил...

Но двигатели с роликами, это ведь еще не все. Нужно ведь еще как то подавать мячи в ствол? Для этого в ведре с роликами обычно ставят еще один двигатель, на котором находится что-то, что перемешивает мячи в ведре и в нужный момент подталкивает их в ствол. Выглядит сам механизм например вот так:

Таким двигателем может служить либо двигатель постоянного тока с редуктором, либо шаговый двигатель. В моем случае я остановился на однополярном шаговом двигателе с редуктором из-за его малых размеров, низкой стоимости и тихой работы.

Итак, я хотел сделать программную регулировку вращения двигателей с помощью ИК пульта.  Немного поразмыслив, я создал вот такую плату:
 

Эта простая плата умела делать все, что требовалось: получать команды от ИК пульта, управлять шаговым двигателем с различной скоростью (а от этого зависит частота выстрелов), а также менять скорость и направление вращения двигателей с роликами (да-да, здесь есть реверс). Скорость вращения каждого двигателя с роликами показывалась на соответствующем светодиодном индикаторе.

Что из этого вышло.

А получилось следующее. Робот как бы и работал, но было несколько неприятных особенностей:
  • как я уже говорил, двигатели FA-130 очень слабые. Робот с ними стреляет, но слабо. Меня по крайней мере не устраивало.
  • Выяснилось, что для полной загрузки моего ведра также нужно более сильный шаговый двигатель (или двигатель с редуктором). Мой двигатель нормально вращал только пол-ведра мячей. В принципе это тоже неплохо, но для нормальной тренировки 20 -30 мячей маловато
  • Ролики из игрушечных колес работают, как бы это сказать... Плохо короче работают. Сильное биение на высоких скоростях, плохое качество резины, низкая надежность всей конструкции в целом... Не то.

Проанализировав результат, я понял, что если и делать что то дальше, то от двигателей постоянного тока следует отказаться, и переходить на бесколлекторные двигатели.
Эту плату вместе с ИК пультом я по цене деталей продал одному заинтересовавшемуся человеку, который подключил к ней другие двигатели, и соорудил на основе этой платы своего самодельного робота для тенниса. Кому интересно, на результат можно посмотреть вот здесь
Я же задумался о новой конструкции, о которой я напишу в следующей статье.

Комментариев нет:

Отправить комментарий