RoboClub - Проект дня

Where AI meet the real world

Этот сайт посвящен роботам - как достаточно известным и интересным коллективным проектам, так и практическим конструкциям наших коллег. Из-за большого объема имеющейся информации, в первое время будут представлены только общие описания конструкций. Если вам потребуется более детальная информация по какой-либо модели, либо вы захотите связаться с ее автором, пожалуйста, оставьте свой запрос здесь !

Робот, подготовленный командой школы № 345 города Москвы в номинации “Лестница” занял первое место в Международных состязаниях Роботов-2004, которые состоялись 15 февраля 2004 года.

По условиям состязаний Робот должен подняться по специальной трассе в виде лестницы. Лестница состоит из 5 ступенек, высота ступеней составляет 3 см. Время гонки измеряется с момента пересечения передней частью робота линии на первой ступеньке до остановки робота на черной линии последней ступеньки, а также Робот, максимальная ширина которого 30 см, длина 30 см и высота 11 см должен оставаться на последней ступеньке минимум 5 секунд, при этом все его части должны полностью располагаться на ступеньке.

Основные характеристики Робота-гонщика по лестнице.

Конечно, хочется, чтобы Робот-гонщик ездил как можно быстрее. Говоря более точно – как можно быстрее проходил заданную трассу. Но трассы, как известно, бывают разные, и в зависимости от характера трассы на первый план выступает та или иная характеристика Робота-гонщика. Очень часто эти характеристики тесно связаны, причем связаны так, что улучшая одну, неизбежно приходится ухудшать другую. А нужно создать робота-гонщика по всем статьям для данной трассы оптимального.

Скорость при движении по прямой зависит от массы факторов. Один из основных факторов – соотношение мощность/масса чем она больше – тем потенциально модель быстроходнее. Как мы можем на нее влиять? Пути два: во-первых, стараться максимально облегчить машинку (на чтобы она при этом не разваливалась!), во-вторых – стараться использовать для движения машины вперед два или даже четыре мотора.

Мощность моторов надо использовать правильно. То есть подобрать такое соотношение параметров редуктора и диаметра колес (для данной общей массы), чтобы получить максимальную скорость. Иначе может получиться так, что машина очень быстро вращает своими колесами на весу, но на поверхности стронуться с места не может – слишком "высокая передача". Или наоборот – ползет уверенно, но медленно.

От диаметра свободных колес скорость практически не зависит, вернее, на ровной поверхности выигрывают маленькие, более легкие и жесткие колеса, а на ступенчатой трассе –большие.

Необходимо снижать трение. Для этого нужно стараться использовать как можно меньше шестеренок, поскольку их КПД, как у всякого механизма, меньше 100 процентов, и на каждой из них теряется сколько-то энергии. А также нужно следить, чтобы все зазоры и люфты были оптимальными, оси вращались свободно.

До тех пор, пока мы запускаем своих роботов на паркете или линолеуме, о проходимости нет нужды специально заботиться, и ей можно жертвовать в пользу скорости. Но если хочется проехать по неровному покрытию, или взобраться на ступеньку, приходится думать о проходимости. Перечислим основные факторы, от которых она зависит. Размер колес. Считается, что колесо может преодолеть ступеньку, не превышающую примерно 1/10 его диаметра.

Клиренс.Это расстояние от "брюха" машины до пола. Чем он меньше – тем больше вероятность, что машина зацепится днищем за ступеньку. Крутящий момент на колесах. Если он мал, машина не заедет на ступеньку лестницы. То есть редуктор для повышенной проходимости нужен другой, нежели для движения по ровной дороге.

- Количество ведущих колес.Схема "все ведущие" в основном полезна. Устойчивость. Определяет, на какой угол машина может отклониться от вертикали без риска перевернуться или упасть на бок. Это важно для скоростных машин – они могут опрокинуться на повороте, когда на них действует центробежная сила. Чтобы повысить устойчивость, надо либо увеличивать базу (расстояние между колесами), либо понижать центр тяжести. Вероятность того, что на трассе с машиной не произойдет поломка. Как добиться повышения надежности? Нужно строить машины с запасом прочности, из минимального числа деталей, правильно их соединяя, с минимальным числом регулируемых узлов.

Поняв, какие характеристики нам нужны, выл выбран вариант конструкции. Для этого рассмотрим основные колесные схемы и принципы компоновки машинок.

Как вы понимаете, у машин бывают ведущие и неведущие колеса. Ведущие – те, к которым передается усилие (точнее, вращательный момент) от моторчика. У настоящей машины, как известно, обычно один мотор, 2-4 ведущих колеса и рулевая тяга. Но для Лего удобнее делать иначе. Проще сделать четыре ведущих колеса, каждое из которых буден крутиться от своего мотора. Вперед машина поедет, если включить все моторы. Общий конструкторский принцип: чем меньше деталей, тем лучше. Если можно заменить две детали одной (сохранив прочность) – это было сделано. Каждое ведущее колесо работает от своего мотора. Естественно, ведущие колеса должны находиться на разных осях!

Проще всего собрать из балок и пластин прямоугольный плоский каркас-платформу. Размеры его должны быть таковы, чтобы поместились моторы и RCX избранной компоновки. Балки можно соединять непосредственно либо же с помощью штифтов (штифтами, пожалуй, прочнее.) Перекрытие балок не должно быть слишком маленьким (наверное, можно рекомендовать от половины до трети длины меньшей балки, в зависимости от нагрузок и способа крепления)

Центр тяжести желательно располагать как можно ниже, чтобы при прохождении трассы-лестницы модель не могла опрокинуться. На практике это значит, что как можно ниже надо помещать RCX. А это значит – хорошо бы не класть его сверху на моторы. При этом RCX желательно встраивать так, чтобы для замены батареек не пришлось разбирать всю машину. Отсюда два основных варианта: либо RCX между моторами, либо впереди них. Как соединить колеса с моторами? В данной модели использована возможность, при которой все четыре колеса были насажены прямо на ось мотора: и компактно, и КПД без шестеренок выше. Однако так моторы часто отваливаются от основания. Моторы Лего крепятся к основанию довольно непрочно, поэтому пришдось усиливать их крепление всеми возможными средствами и снижать выламывающие мотор нагрузки. Если RCX помещаем перед моторами, это еще приемлемо. Если между – уже скорее нет.

Если не сажаем колесо на ось мотора, придется передавать вращение с одной оси на другую. Обычно это делается с помощью шестеренок, хотя можно воспользоваться ременной либо цепной передачей.

Обычно хочется, чтобы оси колес и шестерен вращались в одной и той же балке – это гарантирует их надежное зацепление. Но ось мотора коротка, необходимо ее удлинять, и за счет низкого размещения моторов при таком варианте уменьшается клиренс, усложняется каркас.

Пожалуй, самый распространенный вариант: непосредственно на ось мотора насаживаем шестеренку, вторую – на ось (полуось) колеса. Ось колеса вставляем в одно из последних отверстий крайней из балок, образующих каркас. Моторы ставим на платформу каркаса. Так легче всего добиться компактности, простоты и нужного передаточного числа. Но мотор на каркасе нужно дополнительно укрепить.

Моторы можно расположить также так, чтобы их ось была направлена вдоль машины, а не поперек. Но это влечет использование корончатых шестерен либо червячной передачи, что понижает КПД , хотя в отдельных случаях оправдано. Модель готова.

Испытания Робота-гонщика проводились на специально подготовленной к соревнованиям площадке отрабатывая варианты конструкции и улучшая его характиристики

Когда все нормально, оснастили конструкцию датчиками, программой… Но об этом – в следующий раз.