Собрать робота, заказав готовый конструктор на каком – нибудь сайте дело не хитрое. Соединил разъемы по инструкции, скрутил винты и гайки, минимум пайки, чудо устройство готово!
Однако мы не ищем легких путей, и для того чтобы пройти все круги ада, поняв, как же работает вся электроника, взаимодействие модулей, движение механики; что еще коварнее – рассчитать все это средствами ТАУ, идентификации, термеха, это верх мастерства. Почему? Да потому что при очередной неисправности Вы не забросите своего питомца на верхнюю полку, а как минимум попытаетесь разобраться, а максимум – исправите эту неисправность. Но, что еще интересней Вы сможете сделать апгрейд вашего киборга до действительно стоящего аппарата.
Итак приступим.
Идея: Построить роботизированное устройства типа «квадракоптер», не заказывая готовое устройство «из коробки», а поэтапно произвести сбор механики и электроники аппарата, для возможности дальнейшей модификации… ну и собственного интереса.
Заказ деталей в большом городе дело пустяковое, ищешь фирму, договариваешься, покупаешь, забираешь – тривиальная цепочка операций. Однако в небольших городах, в коем я прибываю, данные действия выливаются в немного бОльшие суммы, и довольно длительные сроки доставки.
Изготовление устройства начинается с корпуса
Размер, вес и конструкция рамы определит в дальнейшем не только характеристики устройства, но и его внешний вид. Нюансов огромное количество даже на этом этапе. Аэродинамика, жесткость, прочность, виброустойчивость, модульность – вот не хилый список параметров, которые нужно учесть, имея неглубокие знания во всех направлениях. Однако человека такая интересная «вещь» которая может все это скомбинировать и произвести подходящую композицию.
Решение: Обычно, рассматривая форумы, натыкаешься на тривиальные решения данной проблемы: палка (алюминиевая, редко карбоновая)– в качестве луча рамы. А что, вариант бодрый: аэродинамичность палки неоспорима, заменить всегда можно, прочность тоже дай бог. Но как было отмечено выше, простых решений мы неприемлем. Имея навыки работы в САПР КОМПАС, Solid, разработка чертежей корпуса не будет сложной проблемой. Тем более все производители используют совместимый формат для своих станков.
В качестве материала корпуса был выбран стеклотекстолит.
Легкий – удаляя лишний материал, можно добиться приемлемого веса.
Прочный – композиция продольных и поперечных волокон делает его прочнее многих пластмасс и даже металлов.
Выбор очевиден, и как еще один плюс – относительно недорогой материал, легко поддающийся обработке.
Выбор изготовителя лег на московскую фирму, несмотря на удаленность. Вариантов на самом деле много, но именно там мне сделали пару конструктивных замечаний по улучшению проекта, касаемо соединительных элементов, а не тупо засунули в станок и сделали как есть.
Пару недель томительных ожиданий были оправданы результатом работы.
Двигатели
Огромный выбор бесколлекторных двигателей дает хорошие возможности по подбору параметров. Выбор был сделан в пользу двигателей Pilotage DT2209/28 Delux
Для них же необходим электронное управляющее устройство – регулятор хода, управляемый ШИМ сигналом с платы управления с максимально допустимым током в 12А. Pilotage Stamina12A V2
По 4 штуки каждого, как показала практика недостаточно в силу форсмажорных обстоятельств. Длину проводов от аккумуляторной батареи нельзя наращивать. Однако, сделав это, я увеличил удобство подключения батареи, типа «провода все не в натяг, а свободно достают до любого положения». В результате чего регулятор выгорел в серый едкий дым, и частично оплавился.
С винтами относительно просто – чем длиннее тем больше тяга, однако теряется контроль. Компромисс между этими двумя параметрами определяет выбор. Так же необходимо помнить, что винты должны быть попарно встречнонаправленными, для компенсации момента вращения друг друга.
Дальше – интересней. Казалось бы подключил все 4 к контроллеру, генерирующему широтно – импульсный сигнал и готово, можно летать. Можно, но недолго, двигатели, в силу своих механических характеристик, вращаются хоть и с незначительным, но все же расхождением. Как следствие – нестабильность, выражающаяся в заваливания аппарата. Выход есть – акселерометры, корректируя скорости двигателей в зависимости от проекции кажущегося ускорения, можно добиться стабилизации, но это только в теории.
Собака кроется в том, что от двигателей по корпусу передается вибрация, и акселерометр, даже демпфированный виброустойчивыми прокладками ловит их все, в итоге получается сильно зашумленный сигнал.
Для сглаживания характеристики можно применять различные способы, например программный метод средних квадратов, или фильтр низких частот на выходе акселерометра. Однако для действительно качественной коррекции применяют гироскопы совместно с акселерометрами. Гироскопы не ловят шумы от вибрации, но имеют дрейф. Объединяя данные устройства при помощи программно реализованного комплементарного алгоритма, или фильтра Калмана, можно добиться точного определения углов крена и тангажа.
Систему пространственного ориентирования необходимо реализовать в виде отдельного модуля и микроконтроллером для программной реализации алгоритма. Благо Open Source проекты дают возможность доступа к разводке монтажных плат. Решением стала схема открытого проекта arduimu.
Поиск изготовителя длился не долго, Екатеринбургская компания вежливо (за фиксированную стоимость) согласилась изготовить платы высокого качества и даже с шелкографией, объяснив способы уменьшения стоимости уменьшением класса точности. Для этого пришлось переделать схему. Комплектующие из разных интернет магазинов с разными сроками. В результате давольно долгого ожидания, устройство получилось в разы дешевле оригинала.
Управление так же программное на совместимой плате.
Сбор телеметрии от датчиков происходит через I2C интефейс.
В процессе полетов основным расходным материалом являются винты, так что заказывать надо с запасом.
Сенсорные датчики, барометры, GPS модули, камеры, даже оружие – вот только малый список того, чем можно оборудовать робота, не говоря об постоянном обновлении программного обеспечения.
Автор: Dan_Vaganov
