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 2
Roboti komponentide juhtimiseks kasutatakse elektrit. Elektroonika Elektroonika jaguneb Passiivelemendid Pooljuhid Aktiivelemendid 3
Takisti (Oom) Voolu piirav element Võib olla ka muutuva takistusega Fototakisti, termotakisti Potentsiomeeter Kondensaator Mahtuvuslik element (nagu pisike aku) Kasutatakse toite silumiseks Passiivelemendid 4
Pooljuhid juhivad nagu nimi ütleb voolu vaid ühes suunas Diood Lihtne element, juhib voolu vaid ühes suunas Sobib nt tagurpidi pinge kaitseks Valgusdiood Muundab elektrienergia valgusenergiaks Kasutatakse indikaatoritena Pooljuhid 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 6
Kogum aktiiv- ja passiivkomponentidest ühes korpuses mingi kindla ülesande lahendamiseks Kiibid Programmeeritavad kiibid Loogikakiibid Võimenduskiibid Mäluelemendid = 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 8
Valgusdioodi töövoolu on vaja piirata, et kaitsta seda läbi põlemise eest LED takisti arvutamine R = U r / I f = (U in - U f ) / I f R on takisti takistus. U r on pingelang takistil. U in on toitepinge. U f on LED-i päripinge. I f on LED-i voolutugevus. 9
Patareid Lihtsad, odavad vooluallikad 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 Toiteallikad 10
Pliiakud Odavad ja lihtsad akud Kasutatakse peamiselt autodes ja UPSides Nikkelakud Enamlevinud akud koduelektroonikas (NiMH, NiCd) Suhteliselt hea mahtuvusega ning hinnaga Ohutud Liitiumakud Väga hea energiatihedusega Võimaldab väga suuri voolusid Ohtlikud väärkohtlemisel Akud 11
Küsimusi? 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. Robot on mehaaniline intelligentne seade, mis on võimeline iseseisvalt või välise abiga (inimese poolt) ülesandeid lahendama. Robootika 13
Esimene põlvkond Lihtsad Anduriteta Teine põlvkond Keskkonda tajuvad robotid Keeruline tarkvara Kolmas põlvkond Analüüsi- ja õppevõimega Roboti põlvkonnad 14
Seade, mis muundab mingi füüsikalise suuruse elektrisignaaliks. Ümbritseva keskkonna tajumiseks Mida rohkem andureid, seda täpsemini oskab robot oma käitumist planeerida Jagunevad Analoogandurid Andurid Digitaalandurid 15
Lihtsalt kasutatavad andurid, 2 olekut: On või Ei ole Lülitid, Koodrid, diskreetoptika Digitaalandurid 16
Selleks, et analoogandureid kasutada, on vaja analoogsignaal digisignaaliks muundada Tüüpilised andurid Kaugusandurid Keskkonna andurid Analoogandurid 17
Andurid, millesse on sisse ehitatud mõõteloogika Juhitavad üle andmesiini UART, SPI, TWI, USB, PWM Targad andurid 18
Analoogandur, mis tagastab kauguse väärtuse pingena Lihtne kasutada Suhteliselt odav Täpne Sharp kaugusandur 19
Ultraheli kaugusandur Lai nägemisväli Odav Suhteliselt täpne Ei sõltu materjali värvist HC-SR04 20
Elektrienergia muundamine mehaaniliseks liikumiseks Olulised parameetrid: Voolu eripära ja tarve, mõõtmed, kinnitus, juhtimise keerukus, pöörlemiskiirus (rpm), pöördemoment Jagunevad: Alalisvoolumootor Vahelduvvoolu mootor Servo mootor Samm-mootor Mootorid 21
Töötab alalisvoolul Kiirus lihtsasti reguleeritav pingega Suur pöörlemiskiirus Alalisvoolu mootor Kasutamiseks vaja lisada reduktor Kaotad kiiruses, võidad jõus 22
Kiiruse reguleerimine pingega PWM Mootorite juhtimine Suuna muutmine toite ümber lülitamisega H-sild 23
RC Servo e tark mootor Positsiooni andur Pulsi laius määrab seadesuuruse e positsiooni RC servo signaal 24
Roomik Raske maastik Aeglane, ebatäpne, keeruline 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 Liikumine 25
Kahe rattalise roboti liikumine Liikumine Kolmas tugipunkt 2 rattaline robot püsti ei püsi 26
Kere ülesanne: Roboti komponentide mehaaniline ühendamine Roboti vormi andmine Disain Kere 27
Robotiehitaja klassikalised materjalid: Pleksiklaas 1200kg/m3 Kerge, lihtne töödelda, habras Alumiinumleht 2700kg/m3 (teras 7800kg/m3) Trükkplaat 1500kg/m3 tugev Vineer 700 kg/m3 tugev lihtsalt töödeldav HDF plaat Kerge Lihtsalt töödeldav Konstruktsioon
Mitte nii klassikalised: Teras ja teised metallid Rasked, keeruline töödelda Süsinikfiiber Väga kerge, kallis, keeruline Erinevad komposiidid eritingimused Puit Paisub / kõverdub niiskusega 3D prinditud plastik Kallis seade Peab oskama arvutis CAD tarkvara Kuidas neid kokku ühendada? Konstruktsioon 29
Poltliited Alumiiniumile sobib hästi ja ka enamus plastidele. Lihtne koostada, lahtivõetav. Liited Neetliited Sobib paljudele materjalidele, erinevalt poltliitest ei ole lahtivõetav.
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 Konstruktsioon (Näide 1) Joodis
Poltliide Tappühendus Konstruktsioon (Näide 2) Joodis
Konstruktsioon (Näide 3) Korrused Pleksiklaas Plastik Distantspuks Alumiinium plaat
Anda robotile võime teha midagi kasulikku, 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
Funktsionaalsus (Näide)
Manipulaator on roboti komponent, mis on mõeldud mingi keha liigutamiseks roboti poolt Kahe näpuga Täisfunktsionaalne käsi Tööriist Manipulaator 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 38
Rain Ellermaa Kaupo Raid e-mail: rain.ellermaa@robotiklubi.ee tel. +372 53408660