Введение для начинающего роботостроителя

Введение

В этой статье мы рассмотрим два альтернативных течения в любительском роботостроении, которые существуют, помимо обычных роботов: B.E.A.M. роботы и роботы на основе NiTinoll'а, которые представляют особый интерес в силу своей простоты. Кроме роботов этих течений, существует еще множество нестандартных конструкций. Вот уж где полет фантазии! Как только не изгаляются народные умельцы, проектируя своего красавца. Одни создают колесных роботов с манипуляторами и без, другие стараются подражать природе, создавая роботов-пауков, жуков и прочих милых зверюшек, а третьи умудряются придумать совсем уж нестандартные решения, как, например, это сделал Дэвид Андерсон, создав в рамках своего хобби балансирующего робота (см. ниже), который ездит на двух колесах (и даже не падает;), абсолютно на том же принципе гироскопичности, что и небезызвестный чудо-самокат Seagway, который с самого начала рекламировался как революционное изобретение, по своему значению сравнимое с интернетом. Вот и верь после этого рекламе, если Д. Андерсон повторил это изобретение в своей домашней мастерской с самого нуля. А по размеру это чудо, которое, кстати, называется NBot, размером с литровую банку.

B.E.A.M. роботы

Отдельное направление составляют так называемые B.E.A.M. роботы. B.E.A.M - это сокращение от английских слов Biology, Electronics, Aesthetics and Mechanics (Биология, Электроника, Эстетика, Механика).

Биология - мир вокруг нас после миллиардов лет эволюции служит прекрасным источником идей, особенно когда в нашем распоряжении современные материалы, двигатели, электроника.

Электроника - позволяет добиться сложного поведения простыми средствами; сама схема тоже должна быть простой и понятной.

Эстетика - конструкция должна быть "красивой", причем не только с точки зрения дизайна, но и по своим конструктивным решениям.

Механика - "хитрая" конструкция может значительно упростить другие системы робота (например, уменьшить число двигателей или датчиков).

BEAM-роботы представляют сейчас целую школу в робототехнике. Концепция BEAM-роботов была предложена Марком Тилденом (Mark W. Tilden) и состоит в том, что реакция на внешние факторы должна обеспечиваться на первом этапе самой машиной, без участия какого-либо "мозга", как это происходило и в живой природе, на пути от простейших к человеку. По этому же пути должно идти совершенствование и создание более сложных систем, своего рода "робогенетика" через "робобиологию".

При создании BEAM-роботов следуют некоторым правилам: минимум электроники (что предотвращает лавинообразное усложнение конструкции, а также удешевляет ее); повторное использование компонентов от неисправной и устаревшей аппаратуры (фактически все, что нужно для создания робота, может быть найдено среди "спасенного имущества"); питание от солнечных батарей, насколько возможно (что, с одной стороны, предполагает экономичность робота, а, с другой, делает его экологичным и действительно автономным).

На практике BEAM-роботы - это и простейшая конструкция с примитивными "рефлексами" (состоящая, как правило, из солнечного элемента, конденсатора, мотора и двух транзисторов), и большой восьминогий шагающий "паук", построенный на тех же принципах.

Роботы на основе NiTinoll'а

Недостатки, присущие остальным роботам (громоздкость, необходимость в мощных двигателях), обошли стороной устройства на базе нитинола. Нитинол - это специальный сплав, обладающий "эффектом памяти" и состоящий из никеля и титана. Применяется в виде проволоки. То есть вместо двигателей можно установить эту проволоку, что экономит место, позволяя создавать совсем миниатюрных робонасекомых. Выпускается она различного диаметра, соответственно, для различной нагрузки. Во время прохождения электрического тока проволока из нитинола нагревается и укорачивается, возвращая материалу его "нерастянутое" состояние. Затем требуется противодействие (например, музыкальная струна), чтобы вернуть нитинолу его первоначальную форму. При растяжении проволоки на 3-5% нитиноловая мышца будет очень надежной и отработает десятки миллионов циклов сокращения/растяжения.

Роботы на основе этой проволоки стали очень популярны на Западе из-за своей сравнительной дешевизны и легкости в сборке. Началось с того, что была выпущена книга (James M. Conrad and Jonathan Mills), описывающая процесс сборки миниробота Stiquito, она имела в комплекте достаточное количество этой самой проволоки и прочих материалов. От читателя требовалось только купить книгу, вооружиться инструментами и - готово! Стикито - в какой-то степени особенный робот, так как он не имеет мотора, но ходит, потому что к его ногам прикреплен нитинол, так что робот передвигается совершенно бесшумно, как настоящее насекомое. Книга также включала описания конструкций других киберов, что вдохновило многих людей на конструирование своих собственных разработок. Например, в журнале LinuxFocus, который доступен в онлайне, опубликована статья Katja and Guido Socher, в которой подробно описывается весь процесс постройки робота на основе NiTinoll'а, который управляется на компьютере c OS Linux через параллельный порт. Статья доступна на русском языке по адресу www.linuxfocus.org/Russian/May2001/article205.shtml. К сожалению, нитинол можно купить только через интернет. Онлайн-магазины, торгующие нитинолом: www.memory-metalle.de, www.nitinol-europe.com, www.dynalloy.com.

И напоследок немного ссылок по теме, где вы сможете найти схемы, программы для роботов и просто интересную информацию о них:

www.roboclub.ru - отличный русскоязычный сайт, посвященный любительской робототехнике. Есть форум, где вы всегда можете задать вопрос робототехникам со стажем.

www.tappotec.com - сайт создателя робопаука NANO. Приведены также другие его проекты. Язык сайта, к сожалению, немецкий, но автор планирует добавить и английский.

projects.roboclub.ru/docs/ABORFinalReport.doc - ABOR: Autonomous Bottle Opener Robot. Автор: Clerc Jean-Philippe. University of Florida, Intelligent Machines Design Laboratory. Автономный робот - "открывальщик бутылок", выполняющий функции "помощника бармена". Робот курсирует взад-вперед по барной стойке и, обнаружив стоящую на ней бутылку пива, открывает ее и ставит перед клиентом. Документация.

www.geology.smu.edu/~dpa-www/myrobots.html - Дэвид Андерсон, его балансирующий робот, и не только.

www.computer.org/books/stiquito - здесь можно заказать книгу про робота Стикито с набором необходимых материалов.

www.linuxfocus.org/Russian/May2001/article205.shtml - построй своего Линукс-робота.

www.wa4dsy.net/robot - сайт создателя множества боевых (и не только) роботов, победивших на соревнованиях Southeastern Ant & Beetle Championship, DragonCon Robot Battles, The Capital Offense: an Ant and Beetle robotic combat event, Atlanta Hobby Robot Club Robot Rally. На сайте приводятся готовые схемы и софт роботов с детальным описанием.

www.robotics.com - большой сайт, посвященный робототехнике, где вы можете купить готовых роботов.

www.robotcafe.com - еще один сайт схожей тематики.

www.symbio.jst.go.jp/PINO - детальную информацию по концепции платформы гуманоидных роботов OpenPINO можно найти на этом сайте.

library.solarbotics.net/circuits/default.htm - описаны различные узлы робота.

Сергей БОНДАРЕНКО Aka WildCat,
tetravita@mail.ru

По материалам www.roboclub.ru

Примеры роботов

Solaroller. Solaroller - Классической пример простого BEAM-робота. Фактически, это иллюстрация использования солнечной батареи для питания конструкции. Вся "электроника" робота, помимо 3-вольтовой солнечной батареи, это конденсатор, резистор, два транзистора (можно использовать КТ315 и КТ361Г) и стабилитрон.

Типичный вариант "современного" BEAM-робота "серийного" производства был представлен в экспозиции Центра робототехники Кувейта (Kuwait Robotic Center) на выставке "ЭКСПО-Наука 2003" в Москве.

Конструкцию отличает популярная сейчас схема с практически полным отсутствием "ходовой части" (модель опирается непосредственно на валы миниатюрных двигателей, установленных под углом к корпусу), а также "классические" контактные датчики в виде "усов". Питание осуществляется от солнечной батареи. Прочая "электроника" размещена с нижней части корпуса.

nBot. Этот робот был удостоен звания Лучшего Робота Недели на сайте NASA за 19 мая 2003 года. Он способен ездить на двух колесах и, балансируя, не падать на том же принципе гироскопичности, что и нашумевший чудо-самокат Seagway. Механика робота была сделана в домашней мастерской автора Дэвида Андерсона. nBot использует HC11 контроллер, созданный для Массачусетского технологического института.