Beleg II

Beleg II

Byla doba zkoušek, doba kdy začínala jezdit Lilly, první to náš robot na ARMu. A i z jiných důvodů, bylo načase postavit nového sledovače, který vyhraje.

Idea druhého Belega, regulární druhé verze, nikoliv školní, vznikla už dávno. V době, kdy jsem zkoušel pár věcí se Stellarisy od Texas Instrument, které mě okouzlily (a byly zdarma jako vzorky). Vize se dost odvíjela od první varinaty, a třeba i s integrovaným H-můstkem. Vypadalo to na motory od Pololu – micro metal gear. Jenže pak jsem se konečně dostal k STMkům trochu víc a postavil Steva 2M s Faulhabery 1717. Jeden pár mi ještě zůstal k dispozici, tak to bylo jasné. Robot musel být dokonalý, naprosto nový, lehký, rychlý, precizní.

První úvahy, náčrty i pokusy o výkresy zachycovaly verzi se čtyřmi koly, stejně jako mívají dnešní myši do bludiště. K vidění v té době taky bylo mnoho výpočtů týkajících se těžiště, vzdálenosti kol, pozice motorů, převodů, mostku v Bratislavě na Istrobotu,… A vše spadalo do kategorie tajné, nikdo o tom neměl vědět.

Při tvorbě DPS také vzniklo více variant. První s ATmegou a externím paralelním AD převodníkem. Další pak s STMkem, jehož AD převodník dosahuje téměř shodných rychlostí, a dojde k ušetření spousty místa a navíc získání vyššího výkonu a více periferií. No a do toho 4 a 2 kolové varianty, vše doroutováno.

Ještě před samotným popisem jednotlivých částí je potřeba doplnit další detaily. První soutěžní pokusy se konaly v Polsku. Beleg II byl sice ve vrchní části, ale projev nebyl ideální. Konstrukčně byl koncipován tak, ať má senzor blízko osy kol, kvůli extrémně technickým tratím. Jenže to nevyhovovalo na jiných tratích a tak robot docela prudce točil třeba na pravých úhlech a smykoval. Další příležitostí byla Bratislava. Do té doby jsem se snažil poladit regulátory a zlepšit chování. A taky zvýšit přilnavost. To se nakonec projevilo na získání prvního místa v kategorii L2, především díky nasazení čerstvých gum v posledním kole. Přilnavost byla zásadní. Do Prahy ale už jela verze II.b – celý plošňák jsem udělal znovu. Jen s jedinou změnou – otvory na mechanickou část jsou protažené a umožňují jakousi modulárnost, tedy především posunout senzor oproti kolům dozadu. A chování? Daleko lepší, a k tomu první místo na Robotickém dni. Během těchto úprav se mi také povedlo přetaktovat STMko z max. 24 MHz na 48 MHz, kupodivu žije, ale vše jsme nakonec upravil, to přetaktování byla náhoda. No a nyní dostal Beleg II ještě přídavné nástavce pro lehké oddálení kol a jejich posun dozadu oproti senzoru o další centimetry. Na méně technických tratích nebo při poloměru zatáčky 10 cm se chová úžasně a i se starými a kluzkými pneumatikami dosahuje výslekdů, jakých ještě nikdy předtím.

Mechanika
Po vzoru myší je celý robot v základu postaven na jedné desce plošných spojů, ke které je připevněna pouze konstrukce s motory a koly. Ta je vyrobena na 3D tiskárně, co nejmenší, nejlehčí. K ní se přichytávají motory Faulhaber 1717. řevod na kola je cca. 1:3,6. Samotná kola mi vyráběl Pepa Vandělík, tedy osubené kolo s velkou přírubou. Na ni se nasazuje plastový disk z 3D tiskárny a na něj pak pneumatika.

Senzory
Primární zaměření je sledovač. Z tohoto důvodu jedy hlavním senzorem je senzor na určení pozice čáry. Oproti klasickým QRDčkům jsem zvolil variantu s Fuzeeho – na střídačku smd fototranzistory a infraledky. Vše doplněno vhodně o odpory tak, aby byl co nejrychlejší náběh fototranzistoru při zapnutí ledek a zároveň aby se potlačila citlivost na okolní světlo. Jeden stabilní a přesný převod (šlo by to rychleji s nižším rozlišením a horčími parametry) trvá 2,16 us a celková doba potřebná pro přečtení všech hodnot pro výpočet pozice čáry je 85,5 us, s tím že určuju hodnotu na 14 pozicích, s rozlišením 12 bitů. U ATmeg s QRDčky trvá jeden převod ADC 104 us a vyčtení všeho potřebného 8,45 ms při čtení ze 7 čidel. A to především kvůli špatnému nastavení pracovního bodu QRDček, na Lilly to šlo už daleko rychleji. A takový bonus k závěrečnému posouzení – u starého Belega zabírá 7 QRDček 48 mm šířku, rozlišení 10 bitů, u Belega II se snímaných 14 pozic nachází na 53 mm a rozlišení je 12 bitů. Takže? O několik řádů lepší senzor.
Jelikož robot používá kvalitní motory, má i qvadraturní enkodéry s 512 tiky na otočku motoru. Jejich využití napomáhá zlepšení chování robota.
Dále je Beleg II vybaven dvěma senzory na překážku stejného typu jako dělám na myších. Chování skvělé a rychlé. Varianta II.b je nemá zatím osazeny, jelikož nebyly zapotřebí.
Poslední je odporový dělič pro snímání stavu baterie, již nedílná součást všech robotů

Baterie
Tady bylo podstatné nakrmit všechny součásti a minimalizovat zvednutí hmotnosti. Takže robot je napájen dvojicí li-pol článků s kapacitou 130 mAh, což mu vydrží i na několik minut ježdění na čáře.

Mikrokontrolér a h-můstek
Srdcem, nebo spíš mozkem Belega II se stal ARMový mikrokontrolér STM32F100C6 (Cortex M3). Taktovaný na 24 MHz, rychlý ADC, spousta timerů s PWM výstupy, periferie na zpracování enkodérů,… Co víc si přát.
Motory jsou buzeny opět vlastním h-můstkem. Pro ušetření místa byly ale IRF tranzistory nahrazeny ZXMC3A17DN8TA, které v jednom pouzdru obsahují totéž, co IRFka ve dvou.

Program
Jak jinak než obvykle je základem PD regulátor pro sledování čáry. Ten však spolupracuje se dvěma dalšími PI regulátory pro řízení otáček kol. Výsledné chování je daleko dynamičtější, rychleji reaguje a potřebuje také lepší pneumatiky. Perioda všech regulátorů je 1 ms – velmi rychlé.
Robota je zároveň možné také ovládat z počítače přes Bluetooth rozhraní, vyčítat hodnoty, ladit konstanty,…
Na Belegovi II byl testován také návrh regulátorů pro motory přes Matlab, poměrně úspěšně. Dále záznam trati pomocí různých údajů, jakožto základ pro případné mapování.

Úspěchy

dalo by se říct, že Beleg II s časem zraje. První zklamání z Polska bylo postupně přeměněno na radost z vítězství v kategorii L2 na Istrobotu a poté celkové vítězství na Robotickém dni 2014. Věřím, že přijdou ještě další úspěšné soutěže.

1. místo Istrobot 2014 – Linefollower L2, Bratislava
1. místo Robotický den 2014, Linefollower, Praha

Fotky:
Beleg II
Beleg II.b

Videa:

Robotic Tournament 2014, Polsko


Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *