Robot Igahele Robootika ja elektroonika phited Programmeerimine Arduino
Robot Igaühele
• • Robootika ja elektroonika põhitõed Programmeerimine, Arduino Roboti disain ja ehituse algus Roboti ehitus ja jootmine Robotite programmeerimine Ülesande lahendamine Lõppvõistlus Sissejuhatus www. robotiklubi. ee/kursused/robot_igayhele/2014 30. 01. 2022 2
• Roboti komponentide juhtimiseks kasutatakse elektrit. Elektroonika • Elektroonika jaguneb – Passiivelemendid – Pooljuhid – Aktiivelemendid 30. 01. 2022 3
• Takisti (Oom) – Voolu piirav element – Võib olla ka muutuva takistusega Passiivelemendid • Fototakisti, termotakisti • Potentsiomeeter • Kondensaator – Mahtuvuslik element (nagu pisike aku) – Kasutatakse toite silumiseks 30. 01. 2022 4
• Pooljuhid juhivad nagu nimi ütleb voolu vaid ühes suunas • Diood Pooljuhid – Lihtne element, juhib voolu vaid ühes suunas – Sobib nt tagurpidi pinge kaitseks • Valgusdiood – Muundab elektrienergia valgusenergiaks – Kasutatakse indikaatoritena 30. 01. 2022 5
• Lülitatavad pooljuhid – – Transistor (NPN, PNP) Väljatransistor (N-Fet, P-Fet) Lülitatavad elemendid seadmete juhtimiseks Võimendavad elemendid (madala vooluga võimalik lülitada suure vooluga seadmeid) Aktiivkomponendid 30. 01. 2022 6
• Kogum aktiiv- ja passiivkomponentidest ühes korpuses mingi kindla ülesande lahendamiseks • • • Kiibid Programmeeritavad kiibid Loogikakiibid Võimenduskiibid Mäluelemendid … = 30. 01. 2022 7
• Ohmi seadust kasutatakse elektrijuhile rakendatud pinge ja juhti läbiva voolutugevuse vahelise sõltuvuse iseloomustamiseks. • Voolutugevus juhis on võrdeline juhi otstele rakendatud pingega ja pöördvõrdeline juhi takistusega. Oomi seadus I=U/R 30. 01. 2022 8
• Valgusdioodi töövoolu on vaja piirata, et kaitsta seda läbi põlemise eest LED takisti arvutamine R = Ur / If = (Uin - Uf) / If – – – R on takisti takistus. Ur on pingelang takistil. Uin on toitepinge. Uf on LED-i päripinge. If on LED-i voolutugevus. 30. 01. 2022 9
• Patareid – Lihtsad, odavad vooluallikad Toiteallikad • Akud – Taaslaetavad, väga palju erinevaid tehnoloogiaid • Kütused – Põlemis / keemilise reaktsiooniga saadav energia muundatakse elektrienergiaks • Adapterid – Vooluvõrgust saadav energia, mis alaldatakse vajalikuks pingeks kasutades trafot või toiteblokki 30. 01. 2022 10
• Pliiakud – Odavad ja lihtsad akud – Kasutatakse peamiselt autodes ja UPSides Akud • Nikkelakud – Enamlevinud akud koduelektroonikas (Ni. MH, Ni. Cd) – Suhteliselt hea mahtuvusega ning hinnaga – Ohutud • Liitiumakud – Väga hea energiatihedusega – Võimaldab väga suuri voolusid – Ohtlikud väärkohtlemisel 30. 01. 2022 11
Küsimusi? 30. 01. 2022 12
• Robootika ehk robotitehnika (robotics) on teaduse ja tehnika haru, mis käsitleb robotite disaini, ehitust, tootmist ja töötamist. Robootika on tihedalt seotud mehaanika, informaatika, elektroonika ja muude teadusharudega. Robootika • Robot on mehaaniline intelligentne seade, mis on võimeline iseseisvalt või välise abiga (inimese poolt) ülesandeid lahendama. 30. 01. 2022 13
• Esimene põlvkond – Lihtsad – Anduriteta Roboti põlvkonnad • Teine põlvkond – Keskkonda tajuvad robotid – Keeruline tarkvara • Kolmas põlvkond – Analüüsi- ja õppevõimega 30. 01. 2022 14
• Seade, mis muundab mingi füüsikalise suuruse elektrisignaaliks. • Ümbritseva keskkonna tajumiseks • Mida rohkem andureid, seda täpsemini oskab robot oma käitumist planeerida • Jagunevad Andurid – Analoogandurid – Digitaalandurid 30. 01. 2022 15
• Lihtsalt kasutatavad andurid, 2 olekut: „On“ või „Ei ole“ – Lülitid, Koodrid, diskreetoptika Digitaalandurid 30. 01. 2022 16
• Selleks, et analoogandureid kasutada, on vaja analoogsignaal digisignaaliks muundada • Tüüpilised andurid Analoogandurid – Kaugusandurid – Keskkonna andurid 30. 01. 2022 17
• Andurid, millesse on sisse ehitatud mõõteloogika • Juhitavad üle andmesiini Targad andurid – UART, SPI, TWI, USB, PWM 30. 01. 2022 18
• Analoogandur, mis tagastab kauguse väärtuse pingena – Lihtne kasutada – Suhteliselt odav – Täpne Sharp kaugusandur 30. 01. 2022 19
• Ultraheli kaugusandur – – Lai nägemisväli Odav Suhteliselt täpne Ei sõltu materjali värvist HC-SR 04 30. 01. 2022 20
• Elektrienergia muundamine mehaaniliseks liikumiseks • Olulised parameetrid: Mootorid – Voolu eripära ja tarve, mõõtmed, kinnitus, juhtimise keerukus, pöörlemiskiirus (rpm), pöördemoment • Jagunevad: – – Alalisvoolumootor Vahelduvvoolu mootor Servo mootor Samm-mootor 30. 01. 2022 21
• Töötab alalisvoolul • Kiirus lihtsasti reguleeritav pingega • Suur pöörlemiskiirus Alalisvoolu mootor • Kasutamiseks vaja lisada reduktor – Kaotad kiiruses, võidad jõus 30. 01. 2022 22
• Kiiruse reguleerimine pingega – PWM Mootorite juhtimine • Suuna muutmine toite ümber lülitamisega – H-sild 30. 01. 2022 23
• RC Servo e „tark mootor“ – Positsiooni andur – Pulsi laius määrab seadesuuruse e positsiooni RC servo signaal 30. 01. 2022 24
• Roomik – Raske maastik – Aeglane, ebatäpne, keeruline • Liikumine Ratas – Suhteliselt tasane pinnas – Kiired – Lihtne kasutada • Omniratas – Tasane pinnas – Võimaldab liikuda erinevates suundades – Kallis • Jalad – Keeruline kasutada – Hea läbimisvõime – Ideaalne inimese jaoks loodud keskkonnas (hooned) • Tiivikud – Väga hea läbimisvõime – Keeruline juhtida – Ohtlik 30. 01. 2022 25
• Kahe rattalise roboti liikumine Liikumine • Kolmas tugipunkt – 2 rattaline robot püsti ei püsi 30. 01. 2022 26
• Kere ülesanne: – Roboti komponentide mehaaniline ühendamine – Roboti vormi andmine – Disain Kere 30. 01. 2022 27
• Robotiehitaja klassikalised materjalid: – Pleksiklaas • 1200 kg/m 3 • Kerge, lihtne töödelda, habras – Alumiinumleht • 2700 kg/m 3 (teras 7800 kg/m 3) – Trükkplaat • 1500 kg/m 3 • tugev – Vineer • 700 kg/m 3 • tugev • lihtsalt töödeldav – HDF plaat • Kerge • Lihtsalt töödeldav Konstruktsioon
• Mitte nii klassikalised: – Teras ja teised metallid Konstruktsioon • Rasked, keeruline töödelda – Süsinikfiiber • Väga kerge, kallis, keeruline – Erinevad komposiidid • eritingimused – Puit • Paisub / kõverdub niiskusega – 3 D prinditud plastik • Kallis seade • Peab oskama arvutis CAD tarkvara • Kuidas neid kokku ühendada? 30. 01. 2022 29
• Poltliited – Alumiiniumile sobib hästi ja ka enamus plastidele. Lihtne koostada, lahtivõetav. • Neetliited – Sobib paljudele materjalidele, erinevalt poltliitest ei ole lahtivõetav. Liited
• Profiil-liited (sh tapid) – Sobib kõikide materjalide jaoks – lihtne ja lahtivõetav, kulub vähe. – Raske kinnitada palju suundi korraga, võib puruneda. • Keevis- ja joodisliited – Sobib metallidele, keerulisem teha – ei ole lahtivõetav – Annab hea tugevuse ja löögikindluse. • Liimliited (sh teip) – – Sobib kõikide materjalide jaoks enamasti lihtne kasutada kohati lahtivõetav(tulev) Vana ühendust saab enamasti uuesti liimida. Liited
Poltliide Tappühendus Joodis Konstruktsioon (Näide 1)
Konstruktsioon (Näide 2) Poltliide Tappühendus Joodis
Konstruktsioon (Näide 3) Korrused Pleksiklaas Plastik Distantspuks Alumiinium plaat
• Anda robotile võime teha midagi kasulikku, Funktsionaalsus lahendada ülesannet. • Näiteks liikuvad mehhanismid: rullik, löögimehhanism, sahk, erinevad manipulaatorid. • Või ka liikumatud: anumad, kastid, pinnad (kaarjas kuju palli hoidmiseks), jäik sahk, peegel. • Kaitsed (põrkerauad), paneelid, katted, camo.
Funktsionaalsus (Näide) Palliandur Rull Solenoid
• Manipulaator on roboti komponent, mis on mõeldud mingi keha liigutamiseks roboti poolt Manipulaator – Kahe „näpuga“ – Täisfunktsionaalne käsi – Tööriist 30. 01. 2022 37
• Panna paika roboti ülesanne ja keskkonnatingimused • Valida välja sensoorika ja vajalikud mehaanika komponendid (mootorid, aktuaatorid, aku) • Valida roboti kontroller ning elektroonikajuhtskeem • Vastavalt valitud komponentidele projekteerida roboti kere Roboti planeerimine 30. 01. 2022 38
Rain Ellermaa Kaupo Raid e-mail: rain. ellermaa@robotiklubi. ee tel. +372 53408660
- Slides: 39