__MAIN_TEXT__

Page 14

Robotex 2010: Kuidas ehitada robotit Mikk Leini, Heiko Pikner, Katrin Haug Robotex toimub nüüdseks juba kümnendat korda, mis teeb sellest juba juubeliväärtusega ürituse. Tänavuse aasta võistluseks on planeeritud jalgpallivõistlus nii nagu ka eelmisel aastal. Seega kõik robotid, mis Robotexile tulevad, peavad olema programmeeritud vastavalt võistlusele. Üks tüüpiline robot on ratastega metallkonstruktsioon, mis sõidab ringi ja teeb seda, mis talle ette on öeldud. Roboti füüsilised osad on: veermik, toitesüsteem, elektroonika, täiturid ja andurid. Roboti ehitamine algab ülesande püstitamisest, mida robot peab tegema. Lihtsamaid roboteid on võimalik ilma erilise projekteerimiseta käsitööna valmis ehitada. Kui robot on keeruline ja enamik detaile valmib tööstuslikuna, siis tuleb kasutada roboti projekteerimiseks CAD (lühend ingliskeelsest fraasist computer aided design [arvutidisain]) süsteeme. Kõige sagedamini kasutatakse mehaanika projekteerimiseks SolidWorks või SolidEdge tarkvarapakette. Nendes annab kogu roboti ehituse erinevad variandid läbi proovida, hoides hiljem kokku aega ja raha, mis oleks kulunud mittevajalike detailide valmistamisele. Virtuaalsel teel luuakse kõik detailid ja nendest tehakse omakorda koost, kuni valmib kogu robot. Mudelite järgi valmistatakse ka reaalsed detailid. Lisavõimalusena on võimalik robotist fotorealistlik pilt arendada, ja ka disainialaseid katsetusi teha. Veermik Roboti veermikuks on enamasti ratastega ühendatud elektrimootorid, mis koos kerega moodustavad kõiki teisi osi kandva platvormi. Elektrimootoritest on lihtsaim kasutada harjadega alalisvoolumootoreid, mida on lihtne alalispingega juhtida, kuna harjad on kontaktis alati selle mähisega, mis paneb rootori magnetvälja suhtes pöörlema. Efektiivsem, kuid kallim on kasutada harjadeta alalisvoolumootoreid, mille mähiseid tuleb elektroonika abil õiges järjekorras kommuteerida. Tavalisel elektrimootoril üksinda pole piisavalt jõumomenti 14 DETSEMBER 2010 TALLINNA TEHNIKAÜLIKOOLI ÜLIÕPILASLEHT

ratta pöörlema panemiseks ning selle pöörlemiskiirus on liiga suur, seega kasutada tuleb reduktoreid, milles hammasülekanne vähendab pöörlemiskiirust ja annab jõumomenti. Soovitatav on elektrimootor soetada koos reduktoriga, sest siis ei pea hammasrattaid sobitama hakkama. Erinevaid elektrimootoreid leiab mitmetest Eesti elektroonikapooditest ja erinevatest spetsiaalsetest robootikapoodidest internetis. Mootorid asetatakse enamasti kõrvuti nii, et üks mootor või mootorite grupp veab ühe poole rattaid, teine teise poole omi. Sisuliselt on tegu linttraktori stiilis diferentsiaalse veoskeemiga. Selliselt saab robot keerata nii sõidu ajal kui kohapeal. Jalgpallirobotites kasutatakse suurema manööverdusvõime saamiseks omniwheel rattaid. Need moodustuvad ratta endaga ristisuunas pöörlevatest rullidest. See tähendab, et ratas saab veereda külgsuunas. Kui asetada kolm või neli sellist ratast kas 120 või 90 kraadise nurga alla, on võimalik robotiga sõita igas suunas ringi keeramata. Kaubanduses leiduvate omniwheel rataste miinuseks on väike rullide arv, mistõttu siledal pinnal veereb ratas konarlikult. Jalgadega robotitel kasutatakse liigendites servomootoreid. Nende iseärasuseks on võime hoida soovitud asendit. Servo koosneb tavalisest alalisvoolumootorist, mis läbi reduktori liigutab mootori võlli. Lisaks on veel mootori asendi tuvastamiseks potentsiomeeter ehk takisti, mille takistus muutub võlli pöörates, ja ka juhtelektroonika. Ühe servomootori hind jääb 300 krooni kanti. Kuna jala või manipulaatori kohta tuleb 3-4 servot, kujuneb roboti lõplik hind küllaltki kõrgeks. Toitesüsteem Aku on elektrivoolu allikas, mis paneb roboti tööle. Suuremates robotites, kus on ka raha oluline, võib kasutada pliiakusid, mis on üsna odavad ja lollikindlad. Kui oluliseks muutub kaal ja mõõtmed, võib kasutada NiMH ja LiIon akusid, kuid kõige efektiivsemad on LiPo (liitium-polümeer) akud. Need on mudelismis levinud akud, millel on metallkesta asemel pehme fooliumkate, seega on nad teistest oluliselt kergemad.

Nende mahtuvus jääb mõne ampertunni juurde, kuid nad suudavad lühiajaliselt välja anda sadu ampreid. LiPo akudega tuleb aga hoolikalt ringi käia, sest nad ei talu liigset tühjenemist. Ka on nende laadimiseks vaja spetsiaalset laadijat. LiPo akude hinnad õnneks langevad pidevalt ja eriti soodsalt saab neid mõnesaja krooniga eBay-st. Keerulisemates robotites kasutatakse peale elektri ka näiteks suruõhku. Ühe Robotexil kasutatatava võistlusroboti pallide löömine töötas suruõhu pealt. Robotil oli täidetav suruõhupaak, milles oli rõhk 8 baari ja sellest jätkus ligikaudu 25 löögiks. Süsteemi eeliseks on lihtsus ja ka asjaolu, et ei tekitata liigseid häireid. Elektroonika Elektroonika alla käivad kõik elektroonikakomponendid, mis tuleb kokku joota selleks, et elektrivool liiguks mootorite, täiturite ja andurite vahel soovitud viisil. Olulisim elektroonikakomponent lihtsama roboti peal on mikrokontroller, milles töötab robotit juhtiv programm. Mikrokontroller on umbes nagu arvuti, millel on hulk primitiivseid LPT ja COM pordi sarnaseid ühendusi. See nüüd ei tähenda, et mikrokontrollerid oleksid primitiivsed, sest neid leidub samuti USB, Ethernet ja muude liidestega, kuid lõpuks taandub kogu juhtimine ikkagi lihtsate loogika- ja analoogsignaalide peale. Isegi keerukamad robotid, mida juhib väike barebone PC, kasutavad USB-d vaid mikrokontrolleritele või muudele spetsiaalsetele mikroskeemidele käskude edastamiseks. Mikrokontrollereid saab elektroonikapoodidest hinnaga 50-300 krooni. Ainult mikrokontrollerist siiski ei piisa, neile on vaja veel lisakomponente nagu kvartsostsillaator, mis paneb mikrokontrolleri mõne kuni mõnekümne megahertsise taktsagedusega tööle. Lisaks on veel toiteahela komponendid nagu pingeregulaator, mis tagab, olenemata aku tühjenemisest, kindla pingega toitevoolu, ja kondensaatorid, mis siluvad kõikumisi. Elektroonika vormistatakse trükkplaatidena, mille disainimiseks kasutatakse enamasti vabavaralist CadSoft-i toodetud Eagle'it. Programm võimaldab

Profile for TTÜ Tudengiajakiri

2010 Detsember  

Tallinna Tehnikaülikooli Tudengiajakiri - Studioosus

2010 Detsember  

Tallinna Tehnikaülikooli Tudengiajakiri - Studioosus

Advertisement