Simple Robot Design Robot sederhana Desain
Goal is to have the robot walking around without spending too much time on making it. Tujuan adalah memiliki robot berjalan sekitar tanpa menghabiskan waktu terlalu banyak membuatnya. To make choises easy, and prevent complications further along the building process, design constraints are defined. Untuk membuat pilihan yang mudah, dan mencegah komplikasi lebih lanjut sepanjang proses pembangunan, kendala desain didefinisikan. This has much impact on cost, complexity, and time to make the robot. Hal ini telah banyak dampak pada biaya, kompleksitas, dan waktu untuk membuat robot. Following constraints were defined for this robot: Berikut ini adalah kendala yang ditentukan untuk robot ini:- Simple robot design, using ordinary tools to make the robot Desain robot yang sederhana, menggunakan alat-alat biasa untuk membuat robot
- Inexpensive and simple robot parts Murah dan bagian robot sederhana
- Much room for experimenting with algorithms Banyak ruang untuk bereksperimen dengan algoritma
- Sensors for autonomous movement Sensor gerakan otonom
- Wireless operation by using a standard robot servo controller Wireless operasi dengan menggunakan kontroler robot servo standar
- Hexapod (6 legged) walking robot design (see Figure 1 ) Hexapod (6 kaki) berjalan robot desain (lihat Gambar 1)
Figure 1 : Simple robot design using inexpensive parts. Gambar 1: Wikipedia robot desain menggunakan bagian murah.
Robot Leg Design Kaki robot Desain
Hexapod Robot Design Hexapod Robot Desain
So how does a simple 6 legged robot walk? Jadi bagaimana sebuah robot berkaki 6 sederhana berjalan? After investigation, it was found that 6 legged robots like the Extreme Hexapod ( http://www.lynxmotion.com ), with only 3 servos driving the robot, can move the robot not only forwards and backwards, but also can make the robot turn. Setelah diselidiki, ditemukan bahwa 6 robot berkaki seperti Hexapod Extreme ( http://www.lynxmotion.com ), dengan hanya 3 servos robot mengemudi, dapat bergerak robot tidak hanya maju dan mundur, tetapi juga bisa membuat robot giliran. The robot is also stable with always at least three three legs standing on the ground. Robot ini juga stabil dengan selalu setidaknya tiga tiga kaki berdiri di atas tanah. Because of the simplicity of this hexapod design, this concept was chosen. Karena kesederhanaan desain hexapod, konsep ini dipilih.Improved Hexapod Design Peningkatan Hexapod Desain
After a careful study of a movie of the Extreme Hexapod robot walking in a straight line, it was found that the legs are slipping (rear legs the most), giving the impression of not being in control of the movement. Setelah studi cermat film dari robot Hexapod Extreme berjalan dalam garis lurus, ditemukan bahwa kaki tergelincir (kaki belakang yang paling), memberikan kesan tidak mengendalikan gerakan. After some further investigation, the cause of this is the rotation center of the front and rear legs not coinciding with pivot point of the opposite middle leg. Setelah beberapa penyelidikan lebih lanjut, penyebab dari hal ini adalah pusat rotasi dari depan dan kaki belakang tidak bertepatan dengan titik poros tengah kaki yang berlawanan. The robot design described here does not have this shortcoming. Desain robot yang dijelaskan di sini tidak memiliki kelemahan ini.This robot complies to the rule of the pivot point (hence the name), see figure 2 below. Robot ini sesuai dengan aturan dari titik pivot (maka nama), lihat gambar 2 di bawah ini. This is the first revision of the robot. Ini adalah revisi pertama dari robot. Here you can see the robot standing on its right middle leg, and left front- and back leg. Di sini Anda dapat melihat robot berdiri pada kaki kanan tengah, dan kiri depan dan belakang kaki. The right front- and back leg are lifted upwards, as well as the middle left leg. Bagian depan kanan dan belakang kaki yang diangkat ke atas, serta kaki kiri tengah. When the right servo is turning counterclockwise, robot will turn clockwise, and move forward. Ketika servo kanan berputar berlawanan, robot akan berbalik arah jarum jam, dan bergerak maju. Because the right servo is located above the point where the middle leg is standing on the ground, the distance between the left middle leg and the front- and back right leg will remain the same. Karena servo kanan adalah terletak di atas titik di mana kaki tengah berdiri di tanah, jarak antara kaki tengah kiri dan kaki depan dan belakang kanan akan tetap sama. This is the first robot with this design concept. Ini adalah robot pertama dengan konsep desain.
Figure 2 : Rotation of the left legs while standing on the right middle leg, without sliding of legs. Gambar 2: Rotasi kaki kiri sambil berdiri di tengah kaki kanan, tanpa geser kaki.
Mechanics Mekanika
To keep the design simple, servomotors are used both to drive the robot, and to act as hinges for the legs. Untuk menjaga desain sederhana, servomotors digunakan baik untuk drive robot, dan bertindak sebagai engsel untuk kaki. This is because no hinges were found after a short search on the Internet for small hinges which could attached easily to the legs. Hal ini karena tidak ada engsel yang ditemukan setelah pencarian singkat di Internet untuk engsel kecil yang bisa menempel dengan mudah ke kaki. ( http://www.graupner.com ) ( http://www.servocity.com ) ( http://www.graupner.com ) ( http://www.servocity.com )For the robot's framework supporting the servos, batteries and the controller, standard aluminum strips found at hardware stores can be used. Untuk kerangka robot mendukung servos, baterai dan controller, strip aluminium standar ditemukan di toko hardware yang dapat digunakan. They are strong enough, do not corrode, are easy to process (cutting using a handsaw, drilling using a drill), and easy to attach to each other using nuts and bolts, or even maybe glue. Mereka cukup kuat, tidak korosi, mudah untuk memproses (pemotongan menggunakan gergaji tangan seorang, pengeboran menggunakan bor), dan mudah melekat satu sama lain menggunakan mur dan baut, atau bahkan mungkin lem.
Best bet is using brass metal ( http://www.ksmetals.com ) found at hobby shops for the legs, and bending them in the desired shape, attach them directly to the servo wheels. taruhan terbaik adalah menggunakan logam kuningan ( http://www.ksmetals.com ) ditemukan di toko-toko hobi untuk kaki, dan lentur mereka dalam bentuk yang diinginkan, melampirkannya langsung ke roda servo.
Robot Design Risks Desain robot Risiko
All three servo motors are stressed extensively (see Calculations below): Ketiga motor servo stres ekstensif (lihat Perhitungan di bawah ini):- Motor torque for the middle legs is 50% of the stall torque, and maximum operating speed for the front and rear legs is not reached because of the mass moment of inertia of the robot. torsi Motor untuk kaki tengah adalah 50% dari torsi kios, dan kecepatan operasi maksimum untuk depan dan kaki belakang tidak tercapai karena saat massa inersia robot.
- The servos are used as hinges for the legs, supporting the complete weight of the robot. Para servos digunakan sebagai engsel untuk kaki, mendukung berat lengkap dari robot.
- Because it is not known how much the servos can stand before failure, and it is not known how long the robot will be in operation, the cheap servos are selected. Karena tidak diketahui berapa banyak servos bisa berdiri di depan kegagalan, dan tidak diketahui berapa lama robot akan beroperasi, servos murah yang dipilih. In case the servos break down too soon, more durable servos can still be used. Dalam hal servos memecah terlalu cepat, lebih tahan lama servos masih bisa digunakan.
- Unknown in the beginning was the way to manufacture the legs and attach them to the servos. Tidak diketahui pada awalnya adalah cara untuk memproduksi kaki dan melampirkannya ke servos. Finally aluminum sheet was used. Akhirnya lembaran aluminium digunakan.
Robot Components Robot Komponen
Robot Controller Robot Controller
OOPic stands for Object Oriented Programmable PIC. OOPic adalah singkatan dari Object Oriented Programmable PIC. This controller is available on several controller boards, like the OOPic-R this board has an RS232 serial port, and 16 I/O lines for servos, I2C network, etc. Programs are written in Visual Basic, C++ and Java, and are compiled and downloaded to the controller via an freely downloadable Microsoft Windows Integrated Development Environment (IDE). kontroler ini tersedia pada papan controller beberapa, seperti OOPic-R board ini memiliki port serial RS232, dan 16 I / baris O untuk servos, jaringan I2C, dll Program ditulis dalam Visual Basic, C + + dan Java, dan disusun dan di-download ke controller melalui Microsoft Windows dapat didownload bebas Integrated Development Environment (IDE).
According to GMU Applied Robotics club, the first choice controller is however Acroname's Brainstem controller. Menurut UGM Robotika klub Terapan, controller pilihan pertama Namun batang otak Acroname's controller. It has 4 servo-, 5 analog-, 5 digital inputs, an I2C bus and RS232 Serial interface. Ia memiliki 4 servo-, 5 analog-, 5 input digital, bus I2C dan interface Serial RS232. It's size is 2.5 x 2.5". The servos connect directly to the controller pins, and are independant of the servo brand used. The RS232 interface requires a small, relatively cheap convertor board which has the standard 9 pin sub-d connector. Programs are written in Ansi C, and 11 1k programs can be stored, from which 4 can run concurrently. An interesting feature is the reflex architecture, which allows to respond based on sensor inputs. Programs are compiled and downloaded to the controller via Acroname's Console program, which is free downloadable at the manufacturer's site. ukuran Itu adalah 2,5 x 2,5 "The servos terhubung langsung ke pin controller, dan tidak bergantung dari merek servo yang digunakan.. Antarmuka RS232 membutuhkan papan, konverter kecil relatif murah yang memiliki 9 pin standar sub-konektor d. Program ditulis dalam Ansi C, dan 11 1k program dapat disimpan, dari mana 4 dapat berjalan bersamaan. Sebuah fitur menarik adalah arsitektur refleks, yang memungkinkan untuk merespon berdasarkan masukan sensor. Program dikompilasi dan di-download ke controller melalui program Console Acroname's, yang didownload gratis di situs produsen.
Also mentioned here, is the "attractive" GumStick ( http://www.gumstix.com ) 109$, Intel XScale PXA255 200MHz, 64MB SDRAM, 4 MB Strataflash, 80 x 20 x 6.3mm. Juga disebutkan di sini, adalah "menarik" GumStick ( http://www.gumstix.com ) 109 $, Intel XScale PXA255 200MHz, 64MB SDRAM, 4 MB Strataflash, 80 x 20 x 6.3mm. In a later stage of the project this embedded platform running Linux can be added to the robot to give much more room for experimenting with algorithms. Dalam tahap selanjutnya dari proyek ini platform tertanam menjalankan Linux dapat ditambahkan ke robot untuk memberikan lebih banyak ruang untuk bereksperimen dengan algoritma.
Robot Servo Motors Robot Servo Motors
RC servos can be categorized by their size, gear material and bearing types. RC servos dapat dikategorikan ukuran, bahan roda gigi dan jenis bantalan. Servo sizes are standardized, and are available in sub-micro, micro, mini, standard, and ¼ scale. Servo adalah ukuran standar, dan tersedia dalam sub-mikro, mini mikro,, standar, dan skala ¼. For this robot, compared to the size of the Brainstem controller, and price, the standard size servo was chosen, which is 40 x 20 x 36.5mm. Untuk robot ini, dibandingkan dengan ukuran controller batang otak, dan harga, servo ukuran standar dipilih, yaitu 40 x 20 x 36.5mm.Wear and strength are determined by the gear type. Pakailah dan kekuatan yang ditentukan oleh jenis gigi. There are four gear types used in servos. Ada empat jenis peralatan yang digunakan dalam servos. Nylon Gears are used most because of price, little or no wear, and weight. Nylon Gears digunakan kebanyakan karena harga, pakai sedikit atau tidak ada, dan berat. Karbonite gears are gigi Karbonite adalah
stronger (for instance, a nylon gear shaft bends easier than a karbonite one), and have better wear resistance. kuat (misalnya, batang gigi nilon membungkuk mudah dari satu karbonite), dan memiliki ketahanan aus yang lebih baik. Metal gears are even stronger, but wear much faster. Metal gear bahkan lebih kuat, tapi pakai lebih cepat. Top end servos are equipped with titanium gears, which are strongest, and have virtually no wear at all. akhir servos Top dilengkapi dengan roda gigi titanium, yang terkuat, dan hampir tidak memakai sama sekali. Strength is important in this hexapod design, since the legs are directly attached to the servos. Kekuatan sangat penting dalam desain ini hexapod, karena kaki langsung menempel pada servos. Bearings used in servos are usually made of a plastic or metal shaft/bush combination. Bearing yang digunakan dalam servos biasanya terbuat dari plastik atau logam poros / kombinasi semak. For heavy-duty applications, ball bearings are used. Untuk aplikasi berat, bantalan bola digunakan. The servo used in this robot has plastic bearings, which still perform well, although a little play can be observed after 2 hours of operation. Servo yang digunakan pada robot ini memiliki bantalan plastik, yang masih berperforma baik, meskipun sedikit bermain dapat diamati setelah 2 jam operasi. This can either be caused by the nylon gears (and shaft), or the nylon bearings. Ini bisa disebabkan oleh gigi nilon (dan poros), atau bantalan nilon.
RC Servos in general have an operating power range between 4.8 and 6V, which is supplied by the red (+) and black or brown (ground) wires. RC Servos secara umum memiliki rentang daya yang beroperasi antara 4,8 dan 6V, yang disediakan oleh merah (+) dan hitam atau coklat (tanah) kabel. The servo set point is given with a third wire, which is yellow, orange or white, depending on the servo brand. Set point servo diberikan dengan kawat ketiga, yang kuning, oranye atau putih, tergantung pada merek servo. The signal is a pulse width modulated (PWM) signal with a frequency of 50Hz and amplitude of 3 - 5V. sinyal adalah lebar pulsa modulated (PWM) sinyal dengan frekuensi 50Hz dan amplitudo 3 - 5V. A pulse width of 1.5ms will send the servo to its neutral position. Sebuah lebar pulsa dari 1.5ms akan mengirimkan servo ke posisi netral.
For the robot, the Hitec HS322HD has been chosen. Untuk robot, yang HS322HD Hitec telah dipilih. It's slighty more expensive than the cheap 10$ servo and has karbonite gears. Ini slighty lebih mahal daripada 10 servo murah $ dan memiliki gigi karbonite. The robot performs well with these gears, although the stiffness of the legs could be improved by using stronger gear servos for this robot design. Robot melakukan dengan baik dengan roda gigi tersebut, meskipun kekakuan kaki dapat diperbaiki dengan menggunakan alat servos kuat untuk desain robot. The servo weighs 43 gram, draws a current of 500mA when loaded, and has a stall torque of 0.3Nm. Servo berat 43 gram, menarik arus 500mA saat dimuat, dan memiliki torsi warung dari 0.3Nm. See www.hitecrcd.com for more specifications, or the links page for different brand servos. Lihat www.hitecrcd.com untuk spesifikasi lebih lanjut, atau halaman link untuk servos merek yang berbeda.
Power Daya
Batteries: 4x2200mAh NimH AA, 10g, $3.5 each Baterai: 4x2200mAh NiMH AA, 10g, $ 3,5 masing-masingRobot Calculations Perhitungan Robot
After a selection is made which electronic components will probably be used in the robot design, the design is verified by calculating the total mass of the electronics, and an estimate is done for the total mass of the robot. Setelah pemilihan dibuat yang komponen elektronik mungkin akan digunakan dalam desain robot, desain diverifikasi dengan menghitung total massa elektronik, dan estimasi dilakukan untuk massa total robot. The mass in turn will reveal if the chosen servo is capable of lifting the robot (the middle legs of this hexapod are connected to the servo which tilts the robot to the right or left side, see Figure 2 ). Massa pada gilirannya akan mengungkapkan jika servo dipilih adalah mampu mengangkat robot (kaki tengah hexapod ini terhubung ke servo robot yang miring ke kanan atau ke kiri, lihat Gambar 2).Robot Weight Robot Berat
One of the most important aspects of the design is de mass of the robot. Salah satu aspek yang paling penting dari desain adalah de massa robot. It determines the required force to lift the robot, and subsequenty the servos to be used. Ini menentukan gaya yang dibutuhkan untuk mengangkat robot, dan subsequenty yang servos yang akan digunakan. The speed is also dependant of the mass. Kecepatan juga tergantung dari massa. In general for a hexapod, the heavier the robot is, the slower it will be, and shorter battery life will be. Secara umum untuk hexapod, maka lebih berat robot ini, semakin lambat akan, dan daya tahan baterai akan lebih pendek. This robot is a relatively small robot and has three servo's, from which one servo is used to tilt the robot. Robot ini adalah robot relatif kecil dan memiliki tiga servo, dari yang satu servo digunakan untuk memiringkan robot. More complex hexapod designs with more than three servo's for controlling the legs probably have shorter battery life since more than one servo have to lift the robot. desain hexapod lebih kompleks dengan lebih dari tiga servo untuk mengendalikan kaki mungkin memiliki daya tahan baterai lebih pendek sejak lebih dari satu servo harus mengangkat robot.First, let's calculate the total mass of the electronic components: Pertama, mari kita menghitung massa total komponen elektronik:
M Electronics = M Brainstem + 3 x M servo + 4 x M AA Batteries = 0.09 + 3 x 0.043 + 4 x 0.010 = 0.178kg M Elektronik = M batang otak + 3 x M servo + 4 x M Baterai AA = 0,09 + 3 x 0,043 + 4 x 0,010 = 0.178kg
Total mass of the robot is assumed to be twice as much as the mass of the electronics: Jumlah massa robot diasumsikan dua kali lipat massa elektronik:
M Total = 2 x M Electronics = 2 x 0.178kg = 0.356kg M Total = 2 x M Elektronik = 2 x = 0.356kg 0.178kg
Servo Torque for Lifting the Robot Servo Torsi untuk Mengangkat Robot
For this calculation, it is assumed the middle legs are a "Brainstem's width" apart. Untuk perhitungan ini, diasumsikan kaki tengah adalah "lebar batang otak itu" terpisah. The middle leg, when doing nothing else than lifting the robot, has to lift half the weight of the robot. Kaki tengah, ketika melakukan hal lain selain mengangkat robot, harus angkat berat setengah robot. This has to be, since the robot is in equilibrium when it's not moving. Hal ini mungkin terjadi, karena robot berada dalam ekuilibrium ketika itu tidak bergerak. This means there is no acceleration in any direction (both translation and rotation). Ini berarti tidak ada percepatan dalam arah (baik translasi dan rotasi). There is no acceleration in vertical direction (say the robot is falling) because the gravitational force mxg (pointing downwards) is equal and oppisite to the total force exerted on the legs via the gound (pointing upwards). Tidak ada percepatan dalam arah vertikal (misalnya robot yang jatuh) karena mxg gaya gravitasi (menunjuk ke bawah) sama dan oppisite dengan gaya total yang bekerja pada kaki melalui (menunjuk ke atas) gound. The same applies to rotation. Hal yang sama berlaku untuk rotasi. Since the robot is not tumbling over in this equilibrium state, the total momentum of the forces on the centre of gravity of the robot is zero. Karena robot ini tidak jatuh di atas dalam keadaan setimbang, momentum total gaya pada pusat gravitasi robot adalah nol. So the momentum caused by the force exerted on the middle leg, is the same as the total momentum exerted on the opposite front and back leg. Jadi momentum yang disebabkan oleh gaya yang bekerja pada kaki tengah, adalah sama dengan momentum total diberikan pada bagian depan dan kaki belakang yang berlawanan. So this is the reason the middle leg lifts half the weight of the robot. Jadi, ini adalah alasan kaki lift tengah setengah berat robot. Required torque to lift the robot for the middle leg would then be: torsi Diperlukan untuk mengangkat robot untuk kaki tengah kemudian akan:T = L Brainstem x ½ x M total xg = 0.064 x ½ x 0.356 x 10 = 0.14Nm T = L batang otak x ½ x M xg total = 0.064 x ½ x 0,356 x 10 = 0.14Nm
This is about half the stall torque of the servo. Ini adalah sekitar setengah dari torsi kios dari servo. Conclusion: the chosen servo is capable of tilting the robot with the assumed mass of the robot. Kesimpulan: servo dipilih mampu memiringkan robot dengan massa diasumsikan robot.
Servo Torque for Walking Servo Torsi untuk Berjalan
The other two servos are used to move the legs of the robot back and forward. Dua lainnya servos digunakan untuk menggerakkan kaki robot belakang dan ke depan. According to the specifications of the intended servos, the operating speed at 4.8V is 60 / 0.19 = 315°/s. Menurut spesifikasi servos dimaksud, kecepatan beroperasi pada 4.8V adalah 60 / 0,19 = 315 ° / s. Assumed is that the legs will move +/- 15 degrees. Diasumsikan bahwa kaki akan bergerak + / - 15 derajat. The time to move a leg forwards or backwards would then be 0.05s. Waktu untuk menggerakkan kaki maju atau mundur maka akan 0.05s. This is however not the actual speed, since the specifications are based on a servo without any load. Namun ini bukan kecepatan yang sebenarnya, karena spesifikasi yang didasarkan pada servo tanpa beban apapun. Therefore, the mass of the robot has to be taken into account here. Oleh karena itu, massa robot harus diperhitungkan di sini.Like Newton's second law F = mxa (a force F is required to accelerate a mass with acceleration a) for linear movements, the same is applicable for rotations. Seperti F hukum kedua Newton = mxa (gaya F diperlukan untuk mempercepat massa dengan percepatan a) untuk gerakan linear, hal yang sama berlaku untuk rotasi. In this case, a momentum is required to give a body with a certain mass moment of inertia a specific angular acceleration. Dalam hal ini, momentum diperlukan untuk memberikan tubuh dengan momen inersia massa tertentu percepatan sudut tertentu. To calculate the mass moment of inertia, the weight is assumed to be distributed evenly with a radius of half a Brainstem's width plus half a servo width: Untuk menghitung momen inersia massa, berat diasumsikan akan didistribusikan merata dengan radius setengah lebar batang otak itu ditambah setengah lebar servo:
R = ½ x 0.032 + ½ x 0.040 = 36mm R = ½ x 0.032 + ½ x 0,040 = 36mm
Mass Moment of Inertia will then be: Massa Momen Inersia kemudian akan:
I = R 2 x M Total = 0.036 2 x 0.356 = 0.46 x 10 -3 kgm 2 I = R x Jumlah M 2 = 0.036 2 x 0,356 = 0,46 x 10 -3 kgm 2
Acceleration is calculated with the stall torque of the servo: Percepatan dihitung dengan torsi warung dari servo:
a = T Stall / I = 0.3 / 0.46 x 10 -3 = 650rad/s 2 = 37°/s 2 a = T Stall / I = 0,3 / 0,46 x 10 -3 = 650rad / s 2 = 37 ° / s 2
Time to reach operating speed: Waktu untuk mencapai kecepatan operasi:
T Operating = V Operating / a = 315 / 37 = 8s T Operasi = V Operasional / a = 315 / 37 = 8s
This means the servo will not reach it's maximum operating speed. Ini berarti servo tidak akan mencapai itu kecepatan operasi maksimum.
Robot Power Consumption Robot Konsumsi Daya
Total robot current consumption of one Brainstem and 3 servos: Jumlah robot konsumsi arus dari satu batang otak dan 3 servos:I Total = I Brainstem + 3 x I Servo = 0.050 + 3 x 0.15 = 0.5A Aku Jumlah = Saya batang otak + 3 x saya Servo = 0,050 + 3 x 0,15 = 0.5A
Battery Life depends on the battery capacity Q of the 4 AA batteries, and the total robot current consumption: Battery Life bergantung pada kapasitas baterai Q dari 4 baterai AA, dan konsumsi robot arus total:
T Battery = 4 x Q / I Total = 4 x 0.2200 / 0.5 = 1.76h = 1:45h Baterai T = 4 x Q / I Total = 4 x 0,2200 / 0,5 = 1.76h = 1:45 h
Tidak ada komentar:
Posting Komentar