Mechatronika, část 5 Příprava na stavbu robota

V našem seriálu se blížíme ke konci. V předchozích dílech jsme probrali čtyři základní stavební bloky, které začátečníkovi mohou dělat potíže, obzvláště když s nimi dosud nijak nepracoval – možnosti programování, motory, senzory a komunikaci. K realizaci robotického projektu tedy chybí vlastně pouze dořešit napájení, složit vše dohromady a robota zprovoznit. Zcela první věc jsme ale dosud nezmínili – pokud robota nestavíte podle už zadaného plánu nebo pro zcela konkrétní účel, musíte si úplně nejdříve vybrat, co vlastně má robot dělat. I kdybyste ho stavěli jen proto, abyste se něco naučili nebo abyste si pohráli, je konkrétní cíl docela důležitý, protože vám při stavbě bude pomáhat v dalším směrování a rozhodování o koncepčních záležitostech, ale pomůže i při řešení drobností. Je zřejmé, že cíl „postavím univerzálního robota, který bude umět všechno“ není zrovna reálný a těžko takového robota budete realizovat. Ale i když se na začátku rozhodnete, že robot dejme tomu má jezdit po bytě nebo i jen po stole (což je pro první robotický projekt docela vhodná úloha), i tehdy bude dobré se zamyslet nad některými podrobnostmi předem – například jestli chceme, aby se sám vyhýbal překážkám (a jak velké (malé) překážky také bude schopen detekovat, např. skříň ano, krabičku od sirek nemusí), jestli chceme, aby jezdil pár minut anebo celý den v kuse (podle toho musíme zvolit zdroj napájení), jestli bude jezdit zcela samostatně (třeba sledovat čáru) anebo jestli bude nějak řízený na dálku třeba z počítače nebo mobilu, jestli bude nějak manipulovat s objekty, jestli (a jak) bude komunikovat s lidmi, a tak dále.

V tomto dílu bychom vás tedy chtěli vyzvat, abyste si nějaký takový projekt vybrali a rozmysleli, jak byste jednotlivé části dělali. Nejdřív i jen tak „nasucho“ v hlavě, ale postupně si přinejmenším bodově sepište základní rozhodnutí. Jedno z prvních bude, co ke stavbě robota použít: můžete robota postavit z toho, co najdete doma, můžete si pořídit nějakou stavebnici a můžete si vytvořit vlastní návrh a pořizovat díly robota právě podle něj. První projekt zvolte jednoduchý, postupně ho pak můžete rozšiřovat. Na takový jednoduchý projekt pak stačí i málo materiálu a spoustu z toho můžete realizovat právě z věcí, co najdete kolem sebe – jeden z krásných začátečnických projektů jsme například viděli postavený na „šasi“ z kartonového obalu na vejce, další byl vyroben z kousku tenkého prkénka z bedýnky od zeleniny a jiný byl přestavbou dětského autíčka na samostatně jezdícího robota. Řada robotů má také díly vytištěné na 3D tiskárně; pokud máte k nějaké přístup, stavba robota je skvělá příležitost na praktické seznámení s touto technologií výroby. Na druhou stranu, pokud si na vlastní tvorbu mechaniky opravdu netroufáte, na trhu je nepřeberné množství stavebnic, které můžete pro stavbu robota použít. Některé jsou zcela konkrétní a jednoúčelové a ať děláte, co děláte, pozměnit to pro jiný účel nejde, jiné jsou naprosto volné a ze stavebních kamenů můžete postavit ponorku, koně i raketoplán.

Kromě částí, kterým jsme se věnovali v předchozích dílech a kde jsme naznačili různá možná řešení, ze kterých si můžete vybrat ty prvky, které vám budou vyhovovat, bude ještě velmi důležité rozhodnutí také to, jak se vlastně robot má pohybovat. Roboty (a roboti) mohou plavat pod vodou nebo na vodě, mohou jezdit nebo chodit po souši – na silnici, po poušti nebo v terénu stejně jako doma po stole nebo venku lézt na strom nebo skálu. A také mohou samozřejmě i létat. Jako první robotický projekt bychom vám však doporučili udělat robota, který jezdí po rovné ploše po podlaze doma nebo po stole – při chybě nebude padat z výšky jako poškozený dron, neutopí se jako neúspěšný batyskaf a nerozbije se při pádu na záda kvůli nesprávnému zvedání nohou robotického pavouka. Pro pohyb na zemi je možné robota vybavit nohami, pásy nebo koly. Nohy jsou poměrně složité na konstrukci i ovládání a pro první robotický projekt se nehodí. Pásy jsou na konstrukci sice o něco jednodušší (a je možné samozřejmě použít i hotové), ale řízení pásového podvozku také není jednoduché (ani přesné), protože hůře zatáčí a má silnou tendenci k rovné jízdě – často stačí pohánět jen jeden z pásů a robot přesto jede rovně. Proto doporučujeme kolový podvozek a to se smykem řízenou konstrukcí (tzv. diferenční řízení), kdy je robot vybaven dvěma nezávisle poháněnými avšak nenatáčenými koly (na rozdíl třeba od automobilu s natáčecí přední nápravou). Mechanická konstrukce je pak jednoduchá: motory s koly jsou pevně uchyceny na podvozku a nemusíte řešit zatáčecí kola nebo nápravu, pro rovnou podložku také ani nemusíte řešit odpružení. Jízda rovně a zatáčení se u tohoto typu podvozku řídí podle rychlostí a směru otáčení těchto dvou kol: když budou stejné, robot pojede rovně, když různé, bude zatáčet na jednu nebo druhou stranu anebo se dokonce točit na místě, budou-li se kola točit stejně rychle ale v opačných směrech. Aby robot nepadal, je možné mu doplnit dvě další kola, která nebudou poháněná a při zatáčení se budou smýkat, nebo jej jednoduše na jednom místě podepřít a vytvořit tak něco jako tříkolku. Třetí bod dotyku se zemí může být otáčecí kolečko (jako například z kancelářské židle), kulička volně se protáčející v domku, anebo i jen pevný „klobouček“ z vhodného plastu, který bude po podložce klouzat.

Na fotografiích vidíte příklady jednoduchých robotů pro inspiraci. 

Kečupák – robot postavený na podvozku Boebot. Může manipulovat s plyšovým medvídkem. Plechovka nahoře slouží pro zatížení robota, aby mu na hladké podložce nepodkluzovala kola.

totemMicrobit – robot postavený ze stavebnice Totem a vlastní elektroniky. Řízeno micro:bitem

david.obdrzalek@mff.cuni.cz

www.robodoupe.cz | www.dps-az.cz/zajimavosti/mechatronika