среда, 03. јун 2015.

Kako da napravim robot-a?

Robot je elektro-mehanička jedinica koja je u stanju da autonomno, po nekom programu ili pod kontrolom čoveka izvodi neke zadatke. Naravno to ne znači da su kola, lampa ili mikser za šlag robot-i. Nego se više podrazumeva da je robot sposoban da reaguje na neki način sa okolinom donoseći autonomne odluke ili akcije u cilju postizanja određenih zadataka. Danas možete i sami kod kuće napraviti ili samo sklopiti malog robot-a ili uložiti ogromna materijalna sredstva i napraviti ono što svet još nije video. Delovi za robot-a se uglavnom kupuju preko Internet-a. Cene jednog robot-a mogu da se kreću od 100 do nekoliko hiljada dolara, u zavisnosti kakvog robot-a želite da napravite.


( Poppy, a 3D-printed humanoid robot )

Na Internetu postoje mnogobrojni robot hobisti, forum-i, web sajtovi ali i e-prodavnice koje prodaju i dostavljaju isključivo delove za robot-e. Po pitanju trgovine preko Interneta morate se prvo dobro raspitati i znati šta tačno i sa kog web sajta kupujete delove za robot-a; da ne biste bili prevareni. Dostava kupljenog artikla u Srbiju može ponekad i da potraje vremenski. Neke delove za nadogradnju možete pronaći i u igračkama na baterije i sa igračkama koje koriste daljinski upravljač. Postoje razne vrste robot-a, inteligentni, autonomni, humanoidni, androidi, industrijski ili robot-i sa ograničenim sekvencom, robot-i za zabavu, robot-i za takmičenja, robot-i za kućne i stručne poslove ili robot-i za bezbednost i nadzor. Najpoznatiji su Rumbarobot usisivač, Industrijska robotsk-a ruka koju možete videti u mnogim fabrikama posebno automobila, Lazlo robot sa uverljivim ljudskim licem, Asimo prvi robot diplomat, Robonaut NASA-in robot za opercije u svemiru ili Cog, humanoidni robot koji se razvija na MIT tehnološkom istraživačkom unverzitetu. 

Ali kako se roboti prave, šta je potrebno da se počne?


Prvi korak je da utvrdite šta želite da vaš robot radi, koja je njegova svrha? Robot-i mogu da se koriste u skoro svakoj situaciji da na neki način pomažu ljudima. Kolikim budžetom raspolažete i koju kreditnu karticu koristite, koliko ste spremni da uložite na vašeg robot-a? Takođe morate prostudirati mnoštvo web sajtova i sami istraživati kako da realizujete robot-a kakvog samo vi želite da pravite. Internet vam je glavni priručnik za robotiku ukoliko ne idete na mašinski i elektrotehnički fakultet. Srbija je inače poznata po robotici i studentima koji prave robot-e, čak i u osnovnim školama. Studentske robotske kreacije možete videti na mnogim sajmovima i takmičenjima.


( Robot Vemi i učenici OŠ "Veselin Masleša", Beograd 2015, pobednici prve "Lego lige" )

Prvi korak je da izaberete platformu za vašeg robot-a. To može biti točkaš, guseničar, avion, helikopter, balon, podmornica ili da koristi neku vrstu robotsk-i nogu.

Točkovi su najpopularniji metod pružanja mobilnosti na robot-u. Točkovi mogu biti bilo koje veličine dok stolni robot-i imaju tendenciju da imaju najmanje točkove. Prednost robota na točkovima je više izbora, jednostavan desing dok mu je najveća mana mala dodirna površina sa zemljom.

Bager robot-i ili guseničari imaju svoju prednost zato što im je ravnomerno raspoređena težina, u stalnom kontaktu su sa zemljom, mogu da se kreću i po raznolikom terenu ili recimo pesku. Mana im je što je kod gusenica povećana mehanička kompleksnost i može dolaziti do oštećenja površine robot-a prilikom okretanja u levu i desnu stranu.

Noge su odlične za robot-e koji moraju biti isključivo na neravnom terenu. Često se prave robot-i i sa 6 nogu. Mana im je veliki materijalni troškovi, povećana mehanička i elektronska kompleksnost, čak i kodiranje. Mogu da padnu usled gubitka ravnoteže.

Kod robot-a koji su pravljeni poput aviona i helikoptera, oni su odlični za nadzor, postoje već decenijama i postoji velika zajednica ljudi koji se isključivo bave ovom vrstom robotike. Mana kod ovih tip robot-a je kad se jednom sruše, možete izgubiti sve što ste uložili u njih.

Što se tiče robot-a koji plove ili rone prednost mu je lakši i jedinstven design. Mana mu je što ga lako možete izgubiti na mnogo načina i za velike dubine može zahtevati dodatna istraživanja i materijalna ulaganja.

Vi možete da kombinujete i da imate više raznih i hibridnih platformi za robot-a, posebno kada robot treba da zadovolji posebne potrebe kao npr. u medicini. To je u suštini multi-tasking. To može dovesti do povećanja praktičnosti i funkcionalnosti. Nedostaci su mu složeni delovi koji moraju biti prilagođeni u desing. To povećava složenost i cenu troškova.

( Bager platforma robota, koja može da primi različite hvataljke i senzore ) 

Sledeći korak je da izaberete mikrokontroler.

Šta je mikrokontroler?

Mikrokontroler vam je mozak ili kontrolni centar vašeg robot-a. U njemu se vrše sva izračunavanja, donošenje odluka i komunikacija. Iako mikrokontroler može izgledati previše ograničen, mnogi složeni postupci se mogu postići pametnim postavljanjem HIGH (1/ON) ili LOW (0/OFF) programerskim instrukcijama. Mikrokontroler se takođe može upotrebljavati za pokretanje drugih elektronskih uređaja poput pogona kad je povezan sa motornim kontrolerim-a, uređaje za skladištenja poput SD kartica, WiFi, Bluetooth itd. Za razliku od mikroprocesora u računarima, mikrokontroleri ne zahtevaju eksterne memorije i uređaje za skladištenje da rade. 

Inače mikrokontroler može emitovati samo malu količinu energije preko svojih pinova i svako preopterećenje može izazvati fizičku štetu na kontroleru. Posebno ugrađen hardwaremikrokontroleru znači da ovi uređaji mogu učiniti više nego što je to slučaj sa digital I/O. Mnogi podržavaju najpopularnije komunikacione protokole, kao što je UART (a.k.a. serial ili RS232), SPI i I2C. To je u prevodu izuzetno korisno kada komunicirate sa drugim uređajima kao što su računari, napredni senzori ili drugim mikrokontrolerima. Analogno digitalni konvertori ADC se koristi za prevođenje analogne naponske signale na digitalni broj proporcionalan veličini napona. Neki mikrokontroleri integrišu regulator napona što omogućava da su senzorima i drugim alatima eksterni izvor napajanja regulisan. Danas se mikrokontroleri mogu programirati i u višim programskim jezicima.

Izabrati pravi mikrokontroler nije jednostavna stvar. Na tržištu uglavnom postoje Arduino, BasicATOM, BasicX, POB Technology, Pololu, Parallax i drugi. Dobro obratite pažnju u zavisnosti od mikrokontrolera takođe zavisi koji će te programski jezik koristiti za programiranje robot-a.


 ( Arduino Duemilanove mikrokontroler, čija je osnova C programski jezik. )

Pored mikrokontrolera potreban vam je i motorni kontroler.

Šta je motorni kontroler i zašto mi je potreban?

Montorni kontroler je elektronski uređaj u obliku gole ploče bez kućišta, koji deluje kao srednji uređaj između mikrokontrolera i napajanja ili baterije motora. Mikrokontroler odlučuje brzinu i pravac motora ali ne može da ga vozi direktno zbog svoje ograničene snage. Motorni kontroler ima snagu da pruži potrebnu snagu ali ne može odlučiti koliko brzo motor treba da se kreće. Zato mikrokontroler i motorni kontroler uvek rade zajedno. Postoji nekoliko vrsta motornih kontrolora.

  • Brushed DC motor controllers: koristi sa brušenim DC, DC reduktora motora i mnogo linearnih pogona.
  • Brushless DC motor controllers: koristi sa brušenim DC motorima.
  • Servo Motor Controllers
  • Stepper Motor Controllers koji se koristi sa unipolarnim ili bipolarnim Stepper motor-a u zavisnosti od njihove vrste. 
  • i drugi.


( Pololu Low Voltage Dual Serial Motor Controller 5A 1.5V-6V )

Sledeći korak je da se upitate kako želite da upravljate roboto-m. Da li će robot biti vezan nekim kablom na daljinski upravljač, da li će te ga kontrolisati preko Wireless, Bluetooth, WiFi, radio frekvencijom ili preko GPRS mobilnog telefona. Ništa od toga ne morate koristiti već možete preko mikrokontrolera u vašem robot-u koristiti programiranje da reaguje na ulaz i izlaz senzora.

Šta su senzori, kakvi trebaju za mog robota?

Za razliku od ljudi robot-i koriste senzore i nisu ograničeni samo na vid, zvuk, dodir, miris i ukus kao ljudi. Robot može da vidi uz pomoć kamera ali ne može da shvati šta gleda. Potrebno je mnogo programiranja da bi robot razumeo šta svaki piksel na njegovoj slici predstavlja. Senzori mu takođe pomažu da on utvrdi kolika je udaljenost nekog objekta ali ga ne mogu zaustaviti da naleti na objekat. Za miris i ukus on mora da analizira hemijski sastav. Takođe da li je neko dodirnuo robot-a ili je on nekog dodirnuo potrebno je mnogo senzora i programiranja da bi robot znao bar delimično šta se dešava. Na delovima gde nema senzor ne može znati ni da ga je neko dodirnuo.

Postoje mnogo vrsta senzora, mnogo zavisi od toga kakvi senzori trebaju vašem robot-u. Imate kontakt senzore, taster kontakt prekidač senzore, senzore pritiska, senzore rastojanja, ultrazvučni merači razdaljine senzori, infracrveni senzori, laser senzori, enkoderi senzori, potenciometar senzori, stretch i bend senzori, stereo sistem za kamere, senzori za pozicioniranje, zatvoreni ili soba navigacija senzori, GPS senzori, senzori za rotaciju, žiroskop senzori i mnogi drugi. Jedan robot koristi mnogo vrsta senzora, neki nisu previše skupi dok su drugi preskupi. Od vrsta i broja vaših senzora zavisi kakve sposobnosti će imati vaš robot.



( Senzori za robot-a )

To su u suštini osnovne stvari koji su vam potrebne da bi ste napravili robot-a, ostalo je samo vaša mašta, nadogradnja i programiranje. Za pravljenje i programiranje robot-a potrebna vam je i mala radionica i poseban alat. Prilikom kupovine bilo kojeg dela za vašeg robot-a morate se dobro posavetovati i sa prodavačem i dokumentacijom. Potrebno je mnogo učenja, testiranja i eksperimentisanja, truda i vremena da bi ste se bavili robotikom, ali vam ne treba mnogo da bi ste počeli. Srećno!