Робот — насекомое, как сделать своими руками
Нередко на форумах встречаются вопросы о том, как сделать небольшого робота своими руками из подручных материалов. Кому-то хочется опробовать свои силы и умения в создании мини-роботов, а кто-то просто хочет удивить друзей или своего ребенка. На самом деле все довольно просто, нужно только проявить немного терпения и смекалки.
Предлагаем вашему вниманию следующее видео:
Для создания небольшого робота-насекомого на понадобится:
— садовый фонарь (солнечная батарея);
— два конденсатора;
— двигатель;
— транзистор ВД135;
— транзистор А733Р;
— светодиод;
— резистор;
— паяльник;
— медные провода;
— ножик;
— термоклей;
— скрепки.
Емкость каждого конденсатора по 2000 мкФ, рассчитанные на напряжение в 16В.
Двигатель можно использовать от старой зубной щетки, а также можно использовать двигатель от старого пленочного фотоаппарата.
Мощный транзистор (его допустимо заменить транзистором средней мощности), структуры n-p-n, в данном случае будет использовать ВД135.
Второй транзистор структуры p-n-p в данном случае будет использовать А733Р.
Моргающий светодиод, дающий вспышки через равные интервалы времени.
Резистор с номиналом 2 кОм.
После того как все необходимые радиоэлементы подготовлены – приступаем к работе.
Принцип работы:
Энергия от солнечной батареи накапливается на двух конденсаторах и, с определенной периодичностью, срабатывает светодиод, который подает питание через мощный ключевой транзистор на двигатель. При этом двигатель разряжает конденсатор и совершает некоторые вращательные движения.
Сборка:
В корпусе солнечной батареи, проделываем ножом два отверстия и вставляем в них конденсаторы – это будут глаза нашего насекомого. Фиксируем их при помощи термоклея.
Дальше при помощи паяльника и проводов собираем все радиоэлементы по схеме.
Все элементы фиксируются внутри корпуса солнечной батареи, на удлиненном проводе оставляем только двигатель и не закрепляем его.
На кончик оси двигателя наносится большая капля клея, можно даже несколько раз, чтобы образовать небольшой шарик на кончике.
Ноги нашего насекомого сделаем из обычных скрепок. Скрепку распрямляем, оставив не разогнутым только маленький кончик, и крепим к корпусу термоклеем. Всего у нас будет три ноги.
К одной из ног крепим наш моторчик, так чтобы робот опирался на сформированный на его конце шарик.
По желанию можно придать ногам необходимую форму, слегка согнуть или разогнуть.
Источник
Робот «Бабочка» — как сделать робота ловким
Еще пять лет назад у нас только местами знали конструктор Lego Mindstorms, а в этом году уже производится как минимум пять отечественных разработок для школьников на универсальных или своих платформах. Это конструкторы для юных робототехников Амперка, Роботрек, ScratchDuin o, ТРИК и новинка для робототехников из выпускных классов физматшкол и студентов политехнических университетов – Робот «Бабочка» из Петербурга.
Робот «Бабочка» на ММСО 2016. Фото Занимательная робототехника
Робот «Бабочка» не похож на насекомое. Он выглядит подозрительно просто — на столе в прозрачном пластиковом «аквариуме» под прицелом видеокамеры и лампы по направляющим в форме «восьмерки» вращается и не падает рыжий шарик. Контур, который его поддерживает, по форме напоминает крылья бабочки. Именно поэтому задача, которую 18 лет назад поставил один из ведущих робототехников мира, так и была названа — задачей про «Робота Бабочку». Но за этой простотой и скрыто решение многих практических задач по управлению неполноприводными системами в робототехнике – а неполноприводными бывают не только автомобили, но и другие механические системы. И это «грозит» решением амбициозных задач от создания безлюдных производств – роботизированных фабрик будущего – и посадки космических кораблей в режиме автопилотирования наподобие корабля Элона Маска.
Решить задачу про «Робота Бабочку» и продемонстрировать реальную установку до прошлого года не мог никто в мире, несмотря на то, что это пыталось сделать несколько ведущих групп ученых и инженеров из Италии, США, Норвегии и Швеции.
Кто более ловкий – человек или робот?
Как оказалось, у роботов есть проблемы с точностью движений. Вы наверняка видели, как смешно падают шагающие роботы, которые в прошлом году на DARPA Robotics Challenge пытались открывать двери, подойдя к ним на своих двоих. Оказывается, проблема в том, что у этих роботов нет нужной чувствительности. То есть глаза есть, руки с пальцами есть, ходить могут, значит, у них есть зрение, осязание и чувство равновесия. Но человеку в точности они проигрывают. На видео очевидно, что даже если такой робот смог повернуть дверную ручку, удержаться на ногах ему крайне тяжело. У человека слегка дрожат руки, движения неточные, но он открывает двери и не падает.
Человек может перекатывать по телу гирю – вспомните знаменитых силачей – или прозрачный шар диаметром 10-15 сантиметров, не роняя его, но не подбрасывая. Это называется «контактным жонглированием».
Но человек уже не может жонглировать маленьким шариком для пинг-понга – не хватает точности движений, тут нужна точность движений не в миллиметр-два, а в десятые доли миллиметра. Выходит, нашему роботу «Бабочка» нужно было научиться двигаться точнее, чем даже человеку. Реально ли это? Оказалось, что да.
Робот «Бабочка». Фото автора
Есть ли решение?
Ученые из Петербурга, которые давно работают с промышленной робототехникой, примерно пять лет назад впервые подобрались к решению этой задачи, когда они разработали новые математические методы. Эти методы позволяют сделать движения роботов гораздо точнее, чем даже у человека. Новая «математика» учитывает обратную связь от «органов чувств» робота – от компьютерного зрения через видеокамеры или компьютерного «осязания» через специальные датчики давления.
Как же обучить жонглированию робота? Робот «Бабочка» за счет видеокамеры следит за положением шарика и уточняет 170 раз в секунду при помощи уникальных алгоритмов скорость вращения электромотора. Человек же видит 25 кадров в секунду и двигает рукой за пару десятых секунды. Поэтому робот и получается «выше на голову» человека – он точнее в десять раз.
А ведь та самая «математика», которая работает внутри «Робота Бабочка», годится и для управления движением промышленных роботов, у которых точность движений сейчас как у человека. У современного промышленного робота в среднем погрешность движений 0,5-2 миллиметра, а нужно – в десять раз точнее! Не правда ли, похоже на проигрыш человека в точности движений при «жонглировании» шариком?
Для чего же это нужно старшеклассникам?
Сейчас есть проблема в востребованности умений и навыков, которые прививаются в кружках робототехники. В старших классах, в основном, собирают из конструкторов ходящих и ездящих роботов, начинают работать с готовыми беспилотниками и с автоматически движущимися подлодками. Но нужны ли эти умения в университетах и на промышленных предприятиях России? Оказывается, нужны немного другие.
Так вот, в России прямо сейчас очень не хватает специалистов, способных не собирать конструкторы, а работать с реальными компонентами реальных роботов. 600 специалистов по специальности «робототехника» выпускается в России, а сразу 300 специалистов в будущем году понадобится Объединенной Авиастроительной Корпорации, разработчику SuperJet КБ «Сухого», как заявил их представитель на ММСО… Где взять остальных на отличные зарплаты и перспективные проекты? Растить на задачах реальной промышленности.
То есть юным робототехникам, чтобы получить работу будущего через 5-7 лет, нужно уже сейчас программировать скорее, не конструктор или робот-пылесос, а ходить в кружок при промышленном предприятии. И учиться там – работать, к примеру, с большими робототехническими «руками»-манипуляторами или с медицинскими роботами, на лабораторном оборудовании.
Робот «Бабочка». Фото автора
Тренироваться, к примеру, с «Роботом Бабочкой», внутри которого стоит высокоточный двигатель – такой же, как стоит внутри робота-хирурга Da Vinci. Этот двигатель способен делать до 5 тысяч оборотов в минуту! Технологии компьютерного зрения, которые придется использовать на предприятии, с «Бабочкой» освоить можно поэтапно, а потом перенести эти умения на робототехнические «руки» на предприятии. Специально для этого у «Робота Бабочка» есть целый цикл лабораторных работ в 3 частях – «Компьютерное зрение», «Технологии автоматического управления движением» и «Робототехника».
Куда идти учиться
Пока «Робот Бабочка» в России – редкость, т.к. он собирается под заказ. По одному экземпляру находится в Томском и в Санкт-Петербургском Политехнических Университетах, еще 3 будут собраны в мае в лаборатории Robotikum по заказам иностранного и российских университетов.
Эта история – совершенно свежая, т.к. только в конце осени 2015-го лабораторная установка была испытана в Петербургском Политехе, получив заключение профильной кафедры «Механика и процессы управления» об оригинальности, наглядности, безопасности в использовании. И уже в феврале 2016-го ТПУ закупил «Робота Бабочку» для включения в учебный процесс направления «Мехатроника и робототехника» с нового учебного года. В СПбПУ это направление «Прикладная механика», в авиационных и классических университетах – «Системы управления движением».
Старшеклассникам-робототехникам ведь предстоит становиться студентами. Там им нужно учиться решать задачи промышленности на компонентах реальных промышленных роботов, и «Робот Бабочка» поможет в этом, оказавшись в ведущих робототехнических лабораториях университетов России – например, университетов-участников программы 5-в-100, крайне заинтересованных в сотрудничестве с промышленными предприятиями, лидерами своих отраслей. И в будущие годы выпуск робототехников в России будет уже измеряться тысячами в год.
Робот «Бабочка» в Томском политехническом университете. Фото автора
Об авторе:
Виталий Янко — коммерческий директор Robotikum. Магистр физики, выпускник СПбГУ, закончил академическую карьеру с 12 научными публикациями. 10 лет назад пришел в ИТ-индустрию в качестве директора по маркетингу и продажам высокотехнологичных продуктов на мировых рынках. В 2015 году присоединился к команде Robotikum. Один из ведущих тематической Facebook-группы по задачам современной промышленной робототехники «Слава роботам!».
Источник
Робот «Бабочка»: как научить машину чувствовать
Минувшим летом отечественный робот «Бабочка» был признан одним из лучших роботов года — на конференции ICRA-2015 в американском Сиэтле он занял второе место в конкурсе проектов. Позже создатели «Бабочки», малое инновационное предприятие «Образовательная робототехника», созданное при участии Университета ИТМО, получили мини-грант Фонда Сколково на развитие своего детища, и теперь компания планирует распространять робота как установку для обучения студентов. О том, как подготовить хорошего специалиста по робототехнике, зачем роботам обратная связь и как она поможет оптимизировать производство, генеральный директор «Образовательной робототехники» Роман Усатов-Ширяев рассказывает в интервью нашему порталу.
Университет ИТМО. Роман Усатов-Ширяев
Для чего нужен робот «Бабочка»?
Есть интересная точка зрения, которую высказал гендиректор РВК Игорь Агамирзян на промышленном инновационном форуме в Екатеринбурге. Бессмысленно рассуждать, будут ли нас в будущем окружать роботы или нет – это произойдет. Так или иначе робототехника будет везде, компиляция «харда» и «софта» тем или иным образом будет упрощать нашу жизнь.
Этих роботов должен кто-то создавать, и хороший специалист в области робототехники должен приобрести очень много компетенций. Безусловно, без математики никуда, но кроме этого, он должен уметь подбирать комплектующие, интегрировать их, делать так, чтобы созданное устройство работало по заданному сценарию. Поэтому важно, чтобы образование в сфере робототехники проходило не только в виде лекций, но и лабораторных работ. Некоторые вещи можно почувствовать только руками, например, настройке различных коэффициентов можно научиться только при непосредственном контакте с роботом.
Фото: 3.bp.blogspot.com
На простых задачах учиться этому бессмысленно. Конструкторы Lego хороши только для того, чтобы вызвать у ребенка интерес к инженерным специальностям. Что бы вы ни пытались из него собрать, результаты предсказуемы, все стандартизировано. А студентам нужен вызов, и чтобы подготовить хорошего специалиста, нужно качественное оборудование. Мы планируем поставлять нашего робота «Бабочка» в российские и зарубежные вузы, чтобы студенты учились робототехнике с его помощью. Здесь есть элемент «челленджа»: казалось бы, купил установку, собрал и все работает; но не тут-то было, нужно еще заставить все это работать так, как надо, а это и есть лабораторная работа.
В чем преимущества робота «Бабочка» как обучающей установки?
Теоретически в качестве лабораторного оборудования можно использовать промышленные манипуляторы, чтобы студенты учились их программировать, а манипуляторы выполняли какую-то технологическую задачу. В промышленности востребовано именно это: завод покупает не робота, а решение, чтобы автоматизировать какой-то процесс, изготовить конкретную деталь.
Промышленный робот KUKA. Фото: dic.academic.ru
Но промышленное оборудование тяжелое и опасное, в случае неправильной эксплуатации оно может нанести вред человеку. На производстве роботы работают в специальной защитной зоне, в которой человека нет вообще. Их программируют и запирают в помещении, и если туда проникает человек, конвейер автоматически останавливается. К тому же промышленные роботы достаточно дорогие, они могут стоить сотни тысяч евро. Поэтому мы ставим перед собой задачу создать безопасный лабораторный комплекс, на котором специалисты могли бы оттачивать свое мастерство – подбирали компоненты, создавали математическую модель того, как установка должна двигаться, реализовывали эту модель, запускали аппарат и видели, что робот функционирует так, как им это нужно.
До нас не была решена задача о том, как манипулировать объектом при неудерживающем контакте. Допустим, мы берем шарик и начинаем катать его по руке. Мы его не держим – он свободно перемещается по поверхности руки под действием силы тяжести, но мы им манипулируем – шарик не успевает упасть потому, что мы успеваем его вовремя подхватить. Наш робот делает именно это (видео с работой установки можно посмотреть здесь — прим.ред.)
Для обучения робототехнике часто используют Arduino, там из одной платы можно собрать море разных устройств. А у вашего робота есть только контур, который вращает шарик – что здесь можно придумать интересного и нового?
Arduino – это хороший конструктор, с его помощью можно сделать отличную поливалку для цветов. И те, кто разрабатывает устройства на его основе, обычно с энтузиазмом говорят, что с помощью одной платы можно сделать что угодно. Но, например, сделайте на ее основе вторую ногу, которая будет «знать», как держать равновесие стоящего человека.
Arduino. Фото: arduino.ua
Вы, наверное, видели робота-собаку от Boston Dynamics, который не падает, когда его пинают? Впечатляет? Наш робот «Бабочка», по сути, – та же самая собака. Мы показывали его на выставках, и люди хотели поэкспериментировать, сможет ли робот стабилизировать движение. Дули на шарик, самые смелые пытались приподнять конструкцию, но робот продолжал работать нормально. Он подстраивается под ситуацию: шарик находится в таких условиях, что он постоянно падает, а робот его постоянно подхватывает. Еще мы обычно возим с собой имитатор установки – профиль тот же самый, но человеку нужно крутить ручку самому. Обычно это никому не удается, некоторые думают, что это невозможно. Но один ребенок был очень настойчивым, где-то через 40 минут ему удалось совершить один оборот (в конце августа популяризатор робототехники Брайан Дуглас собрал механический аналог робота «Бабочка», видео смотрите здесь – прим. ред.) Сделать такую штуку с Arduino вы вряд ли сможете, оборудование определяет класс задач, которые вы можете выполнять.
Университет ИТМО. Робот «Бабочка».
Робот – это интеграция различных датчиков между собой, например, за координатами шарика следит камера. Обучение можно начать с того, чтобы попробовать эту камеру откалибровать. Потом мы составляем описание движения, которое нам нужно; мы предполагали, что в конечный набор войдет несколько поверхностей для манипуляции объектом, чтобы студенты могли составлять описание движения по поверхностям разной кривизны. Например, сначала «научили» робота катать шарик по кругу, потом – по эллипсу, после этого можно переходить к контуру-бабочке.
Почему такую установку до вас никто не создал?
Здесь ситуация похожа на ту, что была в анекдоте: почему Неуловимый Джо такой неуловимый? Потому что ловить его никто не хочет. Эта задача была поставлена в 1998 году, и несколько лабораторий пыталась ее решить, но они находили ответы только для частных случаев. Мы придумали новые аналитические методы, численные методы расчета траекторий движения, и показываем, что наши методы работают. А приложений этой технологии в промышленности очень много.
Например, когда вы даете промышленному роботу баллончик с краской, у него нет обратной связи, он не соприкасается с объектом воздействия – есть только струя краски, которую он пускает в нужном направлении. К точности его движений предъявляются определенные требования, и есть допуски, за которые оно не должно выходить. Робот – это сложная механическая конструкция, в ней много узлов, и небольшие изменения движения в каждом из них с нарастающим эффектом могут дать не ту траекторию движения, которая нужна. Программист дал роботу команду вырезать сверлом круг на листе металла, и если, грубо говоря, лист подан криво, робот может в итоге вырезать что угодно. Программист все сделал верно, и робот тоже «считает», что он вырезал круг, это просто ошибка, которая не обрабатывается внешним планировщиком движения. Наше ноу-хау заключается в том, что происходит слежение за изменением среды, и траектория подстраивается под нужное движение объекта.
То есть можно сказать, вы учите роботов «понимать», когда они делают что-то неправильно?
Это очень упрощенное видение. У каждого робота есть свои функциональные ограничения, некоторые движения он в принципе не может совершить, но некоторые может делать идеально. И мы можем посмотреть, что доверить этому роботу, выяснить, на что робот способен и какие операции он может выполнять. Если внедрить это повсеместно – можно будет оптимизировать и автоматизировать многие производственные процессы.
Кто может использовать вашу разработку?
Если говорить о «Бабочке» как о технологии – допустим, МЧС могут потребоваться установки, которые могут в отсутствие человека въехать в зараженную зону, определить, что источником загрязнения являются, например, емкости с какой-то жидкостью. Они должны будут поднять эти емкости и доставить их на место, при этом не пролив содержимое. Или, например, ведутся работы в зоне катастрофы, оттуда нужно вывезти раненых. Робот должен приехать, подобрать человека, погрузить в какую-то тележку и доставить к медикам. Те манипуляторы, которые есть у МЧС сейчас, доставят не живого человека, а труп – они просто передавят его. Но если мы говорим о манипулировании при неудерживающем контакте, робот подъедет, подберет и доставит объект куда нужно, не захватывая его. Эта же технология может использоваться в медицине – для создания систем, не настроенных на конкретного человека, для систем беспилотного управления автомобилем и так далее.
Пока что мы заняты тем, что разрабатываем лабораторный комплекс для студентов технических вузов. У нас уже есть предварительные заказы, потенциальные клиенты высказывали нам пожелания о том, что можно улучшить с точки зрения юзабилити. Например, в изначальной конструкции используется достаточно сложное устройство с дорогим программным обеспечением, которое мы решили заменить компьютером за $100 с открытым ПО. Мы учитываем рекомендации, и до конца года собираемся подготовить кастомизируемый продукт, который будет удовлетворять потребностям заказчика. Лабораторные работы на установке будут проводить студенты, поэтому необходимо, чтобы использование комплекса для них было простым и понятным, чтобы сама установка была «неубиваемой», и если с ней что-то случится, нужно, чтобы заменить испорченный узел было недорого. Кроме того, сейчас нам нужно полностью описать эти лабораторные работы и получить соответствующие патенты.
Беседовал Александр Пушкаш,
Редакция новостного портала Университета ИТМО
Источник