Персональная робототехника
Персональная робототехника описывает область технологи, которая сейчас только начинает зарождаться. Это возбуждающая и интересная псевдотехнология, когда люди создают машины, которые могут выполнять некоторую определенную задачу или последовательность задач.
Задачей научного совета Манитобы является содействие повышению интереса к науке и технике, "Игры роботов Манитобы" - это деятельность, которая поощряется посредством Персональной робототехники. Мы предполагаем ежегодно организовывать соревнования, которые позволят проектировщикам роботов всех возрастов и уровней навыков продемонстрировать своих роботов и посоревноваться за призы.
Наши соревнования тщательно подобраны или созданы членами группы планирования Научного совета Манитобы, чтобы быть визуально интересными и совместимыми с другими соревнованиями во всем мире.
Почему люди соревнуются:
Поскольку мы переступили порог 21 века, всем понятно, что роботодатели ищут умных, находчивых и конкурентно активных индивидуумов. Научный совет Манитобы предлагает для них интересные соревнования в виде ежегодных "Игр роботов".
Одной из главных причин, по которой люди участвуют в соревнованиях- это то, что вы даёте возможность своим инструкторам и потенциальным работодателям возможность показать, на что вы способны:
- вы интересуетесь наукой и техникой, и не только в плане получения работы, но и расширяете свои знания в свободное время;
- у вас хорошие способности к механике. Из не так легко продемонстрировать на обычных занятиях, но эти навыки являются очень важными для потенциальных работодателей;
- вы способны начать проект и завершить его. Вы все делаете сами (никто, даже ваш инструктор, не помогает и не "подталкивает" вас), что демонстрирует потенциальным работодателям, вашу способность сделать работу при минимальном контроле;
- вы будете вовлечены в растущее международное движение Игр роботов;
- вы можете учиться выбирать членов команды и работать в группе, для идентификации решения проблемы предпринимать исследования и ставить задачи;
Наиболее очевидная причина участвовать- потому что это просто весело!
Вначале соревнования роботов происходили в других провинциях и штатах, вызывали истерический смех зрителей. Участники будут ещё много лет вспоминать те соревнования.
С чего начать
Теперь давайте разберемся, как построить робота.
Сначала давайте посмотрим на ресурсы, к которым вы имеете доступ:
- это ваши преподаватели (инструкторы)! Многие преподаватели рады помочь студентам предпринять проекты создания роботов и владеют массой информации. Некоторые прогрессивные преподаватели даже дают кредит для того, чтобы робот был сделан хорошо;
- ваши товарищи студенты! Старая аксиома "одно голова хорошо, а две лучше" является истинной, но только если вы сможете собрать хорошую команду, способны четко поставить задачу каждому, для того, чтобы он принес наибольшую пользу группе;
- Индустриальные эксперты. Есть много людей, работающих в промышленности, которые могут ответить на ваши вопросы или спонсировать вашу команду информацией и материалами. Ваша команда должна активно ходатайствовать перед фирмами-производителями запчастей для игрушек, двигателей, механизмов, и любых полезных компьютерных компонентов, которые они могут вам пожертвовать;
- on-line эксперты. Интернет - невероятный источник информации и советов экспертов. В этом деле вам поможет ваш школьный библиотекарь;
Что вы можете использовать для постройки робота?
Есть два типичных способа построить робота. Во-первых вы можете построить его "с нуля", используя материалы и свою изобретательность. Во-вторых, его можно построить, сильно изменив существующую игрушку. Второй способ, хотя и вероятно более простой, может ограничить окончательную форму вашего робота. Давайте исследуем оба способа.
Строительные материалы.
Вот какие материалы вы можете использовать для строительства робота:
- LEGO. Не смейтесь! Конструкторы достаточно прочные, тяжелые и универсальные. Окончательную прочность можно увеличить, используя клей, например, Cyano-Acrylate a.k.a. Сумасшедший клей!
- Mechanno. Другой очень прочный и легкий материал, идеально подходящий для использования в качестве шасси.
- Металлы. Металл доступен в форме листа, профилей, трубок и его относительно легко можно резать и гнуть, но паять можно не все, а только медь, олово, сталь. Алюминий можно скреплять винтами, заклепками или шурупами. Если вы выбрали в качестве материала лист металла, попробуйте построить опытный образец робота из пустой металлической коробки и записать это на пленку. Когда вы определитесь с видом робота, используйте картон в качестве шаблона для порезки листа металла.
- части робота можно легко и просто можно соединять с помощью трубок. Есть мнение что красота- это хорошо, но уродливые роботы работают лучше. Победитель Игр роботов Сумо Западной Канады в Альберте 1993 года использовал трубочки и получил хороший результат.
- очень хорошо вырезать тонкие куски дерева и фанеру 3 мм толщиной.
- двигатели можно взять из неисправных видеомагнитофонов, принтеров, ксероксов, игрушек, а также после разборки автомобилей.
- источники энергии лучше всего брать высокой емкости (аккумуляторы). не используйте кислотно-щелочные батареи.
- колеса, пассики, шестеренки вы найдете там же, где и двигатели.
Изменение существующих конструкций
Если Вы хотите взять игрушку с ДУ в качестве платформы для вашего робота, то у вас уже есть хорошая рама с двигателями, управление и питание, и вы можете сэкономить значительное время при постройке робота. Если у вас сейчас есть машина RC, то вы можете разместить объявления в различных специализированных разделах газет вроде "продаю б/у товар"и искать недорогие RC автомобили. Магазины товаров для хобби в городе могут направлять Вас в местные RC клубы, у которых могут быть интересующие вас ресурсы.
Когда в первый раз вы начинаете планировать вашего робота, лучше не использовать правло <научного тыка>! Лучше изготовить раму, двигатель и просто подключить это к простому ручному контроллеру. В этой стадии, по крайней мере, у вас будет конкурентный робот. Слишком много участников соревнований в прошлом не сумели сделать робота, потому что они установили для себя слишком высокие цели и делали слишком сложные вещи.
Когда вы сделали простого робота, потратьте оставшееся время на усовершенствования и модификацию. На вас не давят окончательные сроки подготовки к соревнованиям, вы можете спокойно полировать и улучшать вашего робота, добавляя систему JELLO или разрабатывая боевую броню.
Подборка ресурсов.
Введение.
Мы собрали подборку материалов, чтобы помочь вам, начинающему инженеру- робототехнику, спроектировать и построить робота, который может участвовать в Играх Роботов Манитобы. Эта подборка не является исчерпывающей информацией о предмете но мы надеемся, что это поможет вам быстро найти информацию, в которой вы нуждаетесь.
Робототехника: краткая история.
Робот - это самоуправляющееся, программируемое электромеханическое устройство, устройство, используемое в промышленности и в научных исследованиях, чтобы выполнять задачу или ограниченный набор задач. Роботы- подкатегория автоматизированных устройств. Хотя не существует всеми признаваемых критериев, которые отличали бы их от других автоматизированных систем, роботы являются более универсальными и приспосабливаемыми, чем другие менее сложные устройства. Преимуществом роботов перед людьми является то, что они выполняют рутинную работу быстрее, дешевле и точнее. Они работают в условиях, опасных для человека, не только на заводах, но и в океанских глубинах и космосе.
Концепция существования роботов ведет к древним временам, когда в некоторых мифах рассказывалось об оживших механических существах. В 18 веке некоторые изготовители часов (в частности для средневековых церквей) прославились часами, в которых механические фигуры двигались и выполняли осмысленные действия. Сегодня термин <автоматизация> обычно применяется к механическим (или скорее электромеханическим) устройствам ручной работы, которые просто подражают движениям живых существ. Некоторые из <роботов>, используемых в рекламных целях и для развлечения - фактически просто автоматы, некоторые работают на радиоуправлении.
Сам термин <робот> произошел от чешского слова <робота>, которое означает <обязательный труд>. Он вначале был использован чешским романистом и драматургом Карелом Чапеком в 1921 году в пьесе (что означает <Универсальные роботы Россума>), в которой описывалось механическое устройство, напоминающее человека, но не владеющее человеческими чувствами, может выполнять только автоматические, механические действия. В пьесе, однако, роботы оказались гораздо более способными и в конечном счете победили и уничтожили своих создателей. Термин <андроид> сейчас зарезервирован за человекоподобными существами, в отличие от электромеханических роботов сделаны полностью из биологических материалов.Современные роботы могут подражать человеку или другим живым формам, за исключением ограниченной <цифровой ловкости>. Роботов разрабатывали для того, чтобы автоматизировать некоторые или все действия, которые требуются на производстве. Эти роботы появились в 18-м столетии в текстильной промышленности, когда в некоторых ткацких станках использовалось управление с помощью перфолент. Началась индустриальная революция, и все больше заводов стремилось автоматизировать повторяющиеся процессы сборочной линии. Настоящих роботов не могло быть до изобретения компьютера в 1940-х годах и прогрессивной миниатюризации компьютерных компонентов.
Одним из первых роботов был Шатки, разработанных в Стэнфордском НИИ в конце 1960-х. Он мог складывать блоки один на один, используя телекамеру в качестве визуального датчика, обработка же данных велась в небольшом компьютере.
После этого инженеры пытались приспособить роботоподобные устройства для выполнения полезных задач. В середине 1970-х <Дженерал Моторс> финансировал программу, в ходе которой исследователь МТИ Виктора Шеинманн разработал управляемую двигателями <Руку>, управляемый (программируемый) сборочный манипулятор, или сокращенно ПУМА (PUMA). С Пумы началась эра роботов.
Современные компьютеры оборудованы небольшими микропроцессорами, получают данные об окружающей среде при помощи различных сенсоров. Используя принцип обратной связи, роботы могут в некоторой степени изменять свои действия в ответ на изменения окружающей среды. Расширилось коммерческое применение роботов с увеличением автоматизации заводов и они давно оказывают существенную помощь во многих лабораторных исследованиях. Япония находится на переднем крае робототехнических технологий. Неизвестно, когда андроиды из научной фантастики станут действительностью, потому что воспроизведение даже таких по-видимому простых действий, как ходьба на двух ногах оказалось чрезвычайно трудной задачей. Вопрос <интеллекта> андроидов также нужно оставить на будущее, как и весь искусственный интеллект. Тем временем, будет расширяться область применения роботов; наборы для конструирования домашних роботов, доступные сегодня, могут в будущем расширяться.
Простые Машины и другие Физические Концепции
Эффективная машина, в которой используются механические части, строится с такой целью:
Гарантировать точное количество силы, которое даст нужное количество движения, переместит в нужную точку и только на нужной скорости.
Механические машины существуют для преобразования одной формы движения в другую. Последовательное (назад/вперед) во вращательное или наоборот, или регулирования отношений типа расстояния/силы ( шкивы и рычаги) или скорость/ кручение (колеса).
Сохранение Энергии
Вы можете получить из машины столько энергии, сколько вкладываем- не больше и не меньше.
Поскольку двигатель или мускулы обеспечивают силу для машины, они дают ей энергию; больше силы или больше движения дают больше энергии. Движение- особая форма энергии, называемая кинетической энергией. Её получают, преобразовывая другие формы энергии, вроде энергетического потенциала, накопленного в пружине, энергию высокой температуры, в бензиновом двигателе, электрическую энергию в электрическом двигателе, химической энергии в мускулах или батареях.
Закон сохранения энергии управляет всеми действиями. Пружины могут хранить энергию, трение преобразует энергию в температуру, но когда все рассчитано, энергия не появляется и не исчезает.
Что означает для вас строить робота?
В идеале вся энергия, которую дает батарея, может быть преобразована в ощущения, расчеты и перемещения, но энергия и движение передаются с некоторыми потерями из-за низкого КПД и трения. Поэтому для минимизации этих потерь внимательно определить ваши задачи и исследовать большинство альтернативных вариантов.
Разумно выбирать механизмы, выбрав наименьшее количество движущихся частей.
Свести трение к минимуму и использовать смазку.
Нагрев неизбежен, однако убедитесь в том, что робот двигается так быстро, как это возможно.
Проверьте эти физические идеи в интернете и библиотеке.
Возможно, вы будете использовать большинство из этих идей в вашем роботе, поэтому освежите вашу память, и используйте их в ваших интересах: рубанок, рычаги 1-го, 2-го 3-го класса, вычисление механических свойств в простых машинах (механизмах), винты, колеса и оси, ремни (пассики), смазка, и т.д.
Оригинал: www.scmb.mb.ca/pages/robotics.html
