[ჰექსაპოდი] პირველი ნაბიჯები

ჩვენმა ჰექსაპოდმა დროებითი ტანი რამდენჯერმე გამოიცვალა, თან ამავე დროს სხვადასხვა მოძრაობებს სწავლობდა

[ჰექსაპოდი] ობობა კაცუნასგან

ლაბში რობოტი კაცუნა გვყავდა, რომელის საკმაოდ მოქნილი იყო, სხვადასხვა პირუეტებს აკეთებდა, სალტოებს, ფეხბურთსაც თამაშობდა. თუმცა სადღაც დაიკარგა მისი დამტენი, და მისი ტვინი იმართება დახურული პროგრამული უზურნველყოფით.
გადავწყვითეთ კაცუნა დაგვეშალა და მისგან 6-ფეხიანი ობობა-რობოტი - ჰექსაპოდი აგვეწყო.

 

ტვინად გამოვიყენებთ არდუინო "მეგას" . სამგაზნომილებიან პრინტერზე დამზადდება დეკორატიული ფეხები და ტანის რაღაც ნაწილი.
ამ ეტაპზე ფეხები დავბეჭდეთ და მიმდინარეობს ალგორითმის შემუშავება, რომელიც უზრუნველყობს ობობის სიარულს ჯერ, ხოლო შემდგომ შესაძლებელი იქნება სხვადასხვა მოძრაობების დამატება, მაგალითან სირბილი, შეხტომა, დაწოლა, შეტევა და ასე შემდეგ.
აგრეთვე გვინდა, რომ სხვადასხვა გრძნობის ორგანოებიც დავუმატოთ (სენსორები) - სიახლოვის სენსორი, სინათლის სენსორი.

გადაღებული  გვაქვს ერთი ფეხის მოძრაობის პატარა ვიდეოც:

[სეგვეი] მექანიკური ნაწილები - საჭე

საჭე არის მეორე ყველაზე აუცილებელი ნაწილი ჩვენი სეგვეის.
ფორმის განსაზღვრა და მასალის შერჩევა მეტ-ნაკლება ადვილი იყო - ფორმით მივამსგავსეთ ნამდვილი სეგვეის საჭის ფორმას, ხოლო მასალად ავიღეთ  სქელკედლიანი ალუმინის მილი.
საჭის მექანიზმის მოფიქრება ცოტა რთული ამოცანა იყო. ნეიტრალურ მდგომარეობაში საჭეს ვერტიკალური მდგომარეობა უნდა ეჭიროს. მოხვევებისას - მცირედი ძალის დახმარებით შესაბამის მხარეს (მარჯვნივ, ან მარცხნივ) უნდა გადაიხაროს, ხოლო ძალის მოხსნისას, ისევ ვერტიკალურ მდგომარეობაში უნდა დაბრუნდეს. უნდა მოგვეფიქრებინა გარკვეული ზამბარისებრი მექანიზმი, რომელიც საჭეს ასეთ მოძრაობას შეაძლებინებდა.
ბოლო-ბოლო მოვიფიქრეთ, როგორ გაგვეკეთებინა, თუმცა ზამბარები ცოტა სუსტია, ამის გამო საჭე ზედმეტად "ქანქარებს" არ ყოფნის ზამბარების ძალა, რომ ვერტიკალურად მყარად გააჩეროს. უფრო ძლიერი ზამბარების დაყენების მერე, ეს პრობლემა სავარაუდოდ უნდა მოიხსნას.

[სეგვეი] მექანიკური ნაწილები - პლათფორმა

ჩვენი პროექტის ზოგი მექანიკური ნაწილი დავამზადეთ (და დავამზადებინეთ) პროფესიონალ ზეინკლებს, სპეციალურ ჩარხებზე და დანადგარებზე, ზოგი რამ კი ჩვენთითონ დავბეჭდეთ ჩვენს სამგანზომილებიან პრინტერზე

ძირითადი ნაწილი არის პლათფორმა, რომელზედაც მაგრდება ყველა სხვა დანარჩენი ნაწილი. ეს არის ორი ერთმანეთზე შეწებებული 5 მმ-იანი დურალუმინის ფირფიტა ზომებით 470х440მმ. პლათფორმის ნაზახი დავამზადეთ SolidWorks-ში, გადავიტანეთ DXF ფორმატში და  პროფესიონალურ წყალმჭრელზე გამოსაჭრელად შევუკვეთეთ ფირმა "ელიტა ბურჯს".

პლათფორმის ნახაზის შედგენამდე, პროტოტიპი ჩვენთითონ გამოვჭერით ხის ნაჭრისგან სადაც მივაზომეთ ძრავები და აკუმულატორები

[სეგვეი] ნაწილები

ეს არის ძირითადი ნაწილების სია, რომელიც გვჭირდება სეგვეის პროექტისთვის:

ძრავები

24 ვოლტი, 0.9 კილოვატი, 40 ამპერი, გამზადებული რედუქტორით (1:20).
ბმული: http://www.robotmarketplace.com/products/NPC-T64.html
ამ ძრავის შერჩევა იყო ყველაზე ოპტიმალური ვარიანტი, რადგან ყოველგვარი ზედმეტი ნაწილების გარეშე და ზედმეტი თავის ტკივილის გარეშე, პირდაპირ მიყენდებოდა.

ბორბლის სამაგრები

ეს სამაგრი ერთი მხრიდან და შიდა ოთხი ნახვრეტით მაგრდება ძრავზე და მეორე მხარეს, გარე 4 ნახვრეტით - ბორბალზე. დამზადებულია 0.5" სისქის დურალუმინისგან.

ბმული: http://www.robotmarketplace.com/products/NPC-PH448.html

ბორბლები

დიამეტრი 14", დისკის დიამეტრი 6"; საბურავი: მთლიანი რეზინა

ბმული: http://www.robotmarketplace.com/products/NPC-PT5306.html

ეს საბურავიც ჩვენი ძრავის და სამაგრის კომპლექტის ნაწილია და ამიტომაც მოხვდა ჩვენს სიაში.

ძრავის სიჩქარის კონტროლერები

60A, 6-30V
ბმული: http://www.robotmarketplace.com/products/IFI-V883.html
სიჩქარის კონტროლერები საჭიროა ძრავის სიჩქარის (და ტრიალის მიმართულების) სამართავად. მართვა უზრუნველყოფს მიკროკონტროლერიდან მიწოდებული PWM სიგნალი.

მიკროკონტროლერი

32 ბიტიანი STM32F103RB პროცესორი, სიხშირე72Mhz, 39 ციფრული შესასვლელ-გამოსასვლელი და 16 ანალოგური შესასვლელით, არდუინო თავსებადი პროგრამირების გარემოთი.
ბმული: http://www.robotshop.com/world/leaflabs-maple-32-bit-arduino-compatible-microcontroller-1.html
მიკროკონტროლერი არის ჩვენი სეგვეის "ტვინი". მასზეა მიერთებული ყველა სენსორი და ძრავის კონტროლერები და მასში ჩაშენებული პროგრამული უზრუნველყოფა (რომელიც ჩვენ უნდა დავწეროთ) უზრუნველყოფს ბალანსირებას და მოძრაობას.

სენსორები:

აქსელერომეტრი

ბმული: http://www.robotshop.com/world/dimension-engineering-de-accm3d.html

აქსელერომეტრს ვიყენებთ ორს: ერთს - სეგვეის წინ და უკან გადახრის კუთხის გასაზომად, რომ შემდგომ პროგრამულმა უზრუვნელყოფამ გამოითვალოს საით და რა აჩქარებით დაატრიალოს ძრავები; და მეორე - საჭის გადახრის კუთხის გასაზომად, რომ პროგრამულმა უზრუნველყოფამ მოახდინოს რეაგირება საჭის გადახრაზე და ძრავებს მისცეს მოხვევისთვის საჭირო სიჩქარეები.

გიროსკოპი

ბმული: http://www.robotshop.com/world/sfe-gyro-breakout-board-adxrs614-1.html

გიროსკოპი საჭიროა ინერციის დასაფიქსირებლად, რომ წინ და უკან ქანქარი არ დაიწყოს სეგვეიმ.

სიახლოვის სენსორი

ბმული: http://www.robotshop.com/dfrobot-adjustable-infrared-sensor-switch-2.html

ორი ესეთი სენსორი განლაგებული იქნება სეგვეის  პლათფორმის ზედა მხარეს, ცენტრში, მიმართული აქეთ-იქით, ფეხების დგომის მხარეს და დააფიქსირებს, დგას თუ არა ვინმე სეგვეიზე. ეს საჭიროა იმისათვის, რომ როდესაც სეგვეიზე არავინ არ დგას, თვითნებურად არ იაროს, რომც დააძალონ.

ძაბვის სენსორი

ბმული: http://www.robotshop.com/phidgets-precision-volt-sensor.html

ჩვენს სეგვეის თითოეულ ძრავზე ცალცალკე აკუმულატორები აქვთ. მოძრაობისას ძრავებს სხვადასხვა სიჩქარით უხდებათ ბრუნვა (მაგალითად მოხვევისას), შესაბამისად არათანაბრად ხდება თითოეული აკუმულატორის მოხმარება/ხარჯვა, რაც გარკვეულ ხანში გვაძლევს განსხვავებულ ძაბვებს. ძაბვის სენსორები ზომავენ თითოეული აკუმულატორის ძაბვას და პროგრამული უზრუნველყოფა აბალანსებს ძრავების სიჩქარეებს, ერთმანეთთან შესაბამისი რომ იყოს. კიდევ ერთი ესეთი სენსორი, კი აკონტროლებს მესამე, აკუმულატორს, რომელიც კვებავს მიკროკონტროლერს და სენსორებს და მისი კრიტიკულად განთვირთვის შემთხვევაში ჩართავს განგაშს

კვება:


აკუმულატორები

ძრავებისთვის გამოვიყენებთ 8-მიმდევრობითი X 4-პარალელური a123 ფირმის LiFePo4 26650 ელემენტების ორ პაკეტს

ბმული: http://www.osnpower.com/productID/product_detail-9005972_26650.html

მიკროკონტროლერისთვის - 3-მიმდევრობითი X 2-პარალელური LiFePo4 26650 ელემენტების პაკეტს

ბმული: http://hobbyking.com/hobbyking/store/uh_viewItem.asp?idProduct=10310

გარდა ამ ძირითადი ელექტრული ნაწილებისა, საჭიროა წვრილმანები, როგორებიცაა: ჩამრთველები, სადენები, ვოლტაჟის რეგულატორები და ა.შ.

3.3V+5.0Vძაბვის რეგულატორი

ბმული: http://www.cutedigi.com/product_info.php?cPath=289&products_id=4263

აქსელერომეტრებს სჭირდებათ 3.3 ვოლტი, გიროსკოპს და ძრავის კონტროლერების PWM მართვას -  5 ვოლტი. ეს რეგულატორი ამ კომპონენტებისთვის უზრუნველყოფს გამართულ და "სუფთა" ძაბვას.

მექანიკური ნაწილები შემდეგ პოსტში.....

[სეგვეი] დაწყება

სეგვეის აწყობის იდეა ისე, უბრალოდ არ გაჩნდა. ორიგინალი, კომერციული პერსონალური ტრასპორტერი ძალიან ეფექტური და სახალისო და მოსახერხებელი "მანქანაა", რომლის დანახვაზეც ყველას უჩნდება სურვილი, რომ გასინჯოს. გასინჯვის მერე - რომ ჰყავდეს. ვისაც ამის საშუალება აქვს, და საჭიროება, ჰყავს კიდეც. ვისაც არა  -  კმაყოფილდებიან ყურებით, და ზოგჯერ სადმე, ცოტა ხნით დაქირავებით.

ჰოდა ჩვენც გადავწყვიტეთ, რომ ჩვენი გვქონოდა და თან ჩვენთითონ აგვეწყო.
ვინაიდან თითონ მოწყობილობა (თუ მანქანა) ერთი შეხედვით მარტივად შეგვიძლია "დავშალოთ" ყველასათვის ცნობილ შემადგენელ ნაწილებად, მისი მსგავსი მანქანის აწყობაც შესაძლებელი იქნება. როგორც კი გუგლში შეეცდები მოძებნო "DIY Segway" (DIY - Do It Yourself - ამ აბრევიატურით ბევრი რამის მოძებნა შეიძლება, რაც შენით შეგიძლია გააკეთო) ამოყრის ბევრ მსგავს პროექტს. ყველაზე თვალშისაცემი და  გამართული (ასევე მათი აღწერები) მასაჩუსეთსის ტექნოლოგიური უნივერსიტეტის და თრევორ ბლექველის პროექტებია, რომლის შესწავლისას მივიღეთ წარმოდგენა, თუ რა ნაწილებით და როგორ შეიძლებოდა აგვეწყო ჩვენი "სეგვეი".
თუმცა თავდაპირველად, იმის დადგენაში, თუ როგორ მუშაობენ ესეთი მანქანები, ყველაზე ძალიან დაგვეხმარებოდა ნამდვილი "სეგვეის" ნახვა. ამისათვის 3 საათით "სუპერსეგვეი ჯორჯია"-დან (რომელთაც ქართული ვებსაიტი არ აქვთ - www.supersegway.ge) ვიქირავეთ ნამდვილი სეგვეი. 3 საათის განმავლობაში, შეიძლება ითქვას, რომ კარგა გვარიანად "ვაწვალეთ". დაშლით არ დაგვიშლია, მაგრამ დავაკვირდით როგორ იქცევა მოძრაობისას, ვნახეთ რა ფორმის, რა ზომის და რა წონისაა, რამაც თავდაპირველი იდეები გაგვიჩინა იმაზე, თუ რა ფორმის და ზომის უნდა იყოს ჩვენი "სეგვეი".

"ბრეინ რინგ"-ის სისტემა

ეს არის პატარა პროექტი, რომელიც 2 დღეში გააკეთეს სტუდენტებმა. იხილეთ ჩვენი უნივერსიტეტის მიერ მომზადებული სიუჟეტი:

თვითბალანსირებადი პერსონალური ტრანსპორტერი (სეგვეის პროექტი)

ამ პროექტს მოკლედ დავარქვით "სეგვეის" პროექტი, რადგანაც ვაწყობთ სეგვეისნაირ პერსონალურ ტრანსპორტერს.
რას ნიშნავს თვითბალანსირებადი პერსონალური ტრანსპორტერი: ეს არის ერთი ადამიანის გადაადგილების საშუალება, რომელიც ელექტროძრავების საშუალებით დაგორავს ორ თვალზე (ბორბალზე) და თვითონ, ავტომატურად იკავებს წონასწორობას, რომ არ გადაყირავდეს. შედარებისთვის, ორთვლიან ველოსიპედსაც შეიძლება დავარქვათ პერსონალური ტრანსპორტერი, მხოლოდ, ბალანსირებას (წონასწორობის შენარჩუნებას) ადამიანი ახდენს.

ესეთი თვითბალანსირების მიღწევა საკმაოდ საინტერესო პროგრამული ამოცანაა და მისი გადაწყვეტისათვის ბევრი საინტერესო ექსპერიმენტული რობოტი, თუ გადაადგილების (საფრენიც) საშუალებებია შექმნილი მსოფლიოში, ენთუზიასტების და სტუდენტების მიერ. ყველაზე ცნობილი კომერციული პროდუქტი კი არის სეგვეი (Segway).
ბალანსირების ძირითადი პრინციპი შეიძლება ითქვას, რომ აღებულია ადამიანის მიერ წონასწორობის შენარჩუნების უნარიდან: მაგალითად, თუ კაცი დადგება ფეხებმიტყუპებული და უკნიდან (ან წინიდან) ვინმე მოულოდნელად ჰკრავს ხელს, ავტომატურად ადამიანი, საითაც ვარდება იქით გადადგავს ნაბიჯს, რომ არ დავარდეს. მეორე მაგალითი: ყველას უცდია გრძელი ჯოხის ხელის გულზე დადებული ვერტიკალურად გაჩერება. ამ დროს, საითაც იხრება ჯოხი, იქით მიგვაქვს ხელი (შესაბამისად ჯოხის ქვედა ბოლო), რომ ისევ ვერტიკალურ მდგომარეობაში მოვიყვანოთ. ანალოგიურად მოქმედებს სეგვეი: თუ იგი გადაიხრება თავისი ვერტიკალური (ან ბალანსირებული) მდგომარეობიდან, მაგალითად წინ, ამუშავდება ელექტროძრავები, და წინ დატრიალდებაა, ასეთნაირად "წინ უხვერდებს თავის ფეხს", და ისევ ვერტიკალურ მგრომარეობაში მოყავს, უკან გადახრისას, შესაბამისად უკან ტრიალებს. ადამიანისგან განსხვავებით, რომელსაც ყველა მიმართულებით შეუძლია შეინარჩუნოს წონასწორობა, სეგვეის მხოლოდ წინ და უკან სჭირდება ეს უნარი, რადგანაც მარცხნიდან და მარჯვნიდან თვითონ ბორბლები აგვარებს წონასწორობის საკითხს.
რაც შეეხება გადადგილებას, თუ სულ წინ იქნება გადახრილი ადამიანი, სეგვეის გონია, რომ წინ ვარდება და ბორბლებს სულ წინ ატრიალებს (ვირის და ჯოხზე ჩამოკიდებული სტაფილოს პრინციპი, როდესაც ვირი სულ ცდილობს რომ მისწვდეს სტაფილოს და ამისათვის წინ მიდის). იგივე პრინციპია უკან მოძრაობისას.

პირველი პოსტი მაქსის ლაბორატორის ბლოგში

ეს არის თბილისის თავისუფალი უნივერსიტეტის მათემატიკისა და კომპიუტერული მეცნიერებების სკოლის ლაბორატორიის ბლოგი.
მე - ლაბორატორიის ხელმძღვანელი და სკოლის სტუდენტები დავწერთ ლაბორატორიაში მიმდინარე პროექტების შესახებ ხოლმე.
ამჟამად გვაქვს ორი მიმდინარე პროექტი: "თვითბალანსირებადი პერსონალური ტრანსპორტერი" და " რობოტული ხელი", ასევე პატარა პროექტები - ჰექსაპოდი (ექვსფეხა რობოტი) და ბრეინრინგის საპასუხო სისტემა.