Занятие 20. Двухмоторная тележка

Это самая распространенная разновидность роботов. Тележка может быть с тремя точками опоры, две из которых - ведущие колеса, а третья - волокуша, или свободно вращающееся колесико.

Процесс построения одной из наиболее простых тележек.

Шаг 1. Для крепления моторов, которые будут располагаться по обе стороны от NXT, берем две изогнутые балки:

Шаг 2. В зависимости от расположения балок центр тяжести тележки может быть смещен:

Шаг3. Дополнительные крепления для придания устойчивости:

Все готово для установки контроллера:

Шаг 4. Колеса устанавливаются на 6-модульные оси, втулки предохраняют от нежелательного трения о корпус.

Шаг 5. Конструкция для крепления третьего колеса:

Шаг 6. Элементы подвижного колеса. Длины осей - 3 и 5 модулей. Колесо должно вращаться свободно.

Тележка готова.

Знакомство со средой Robolab 2.9

Палитра функций включает в себя различные типы команд:

Простейшие алгоритмы.
Квадрат. По умолчанию считаем, что левый мотор подключен к порту В, правый - к порту С. Проверьте подключение.


Повторяй 4 раза:

• моторы B, C вперед;
• жди N/100 секунды;
• мотор С назад (B продолжает двигаться вперед);
• жди N/100 секунды.

Стоп моторы.

Занятие 19. Шагающий робот

Требования к конструкции:

• механизм должен стоять на поверхности, упираясь только на четыре конечности, каждая из которых не может совершать вращительное движение вокруг одного из центра;
• движение конечностей должно быть возвратно-поступательным;
• в конструкции робота запрещено использование колес, соприкасающихся с поверхностью земли;
• конечности робота приводятся в движение одним мотором с помощью механической передачи;
• мотор присоединен к источнику питания;
• центр тяжести робота должен быть смещен вперед по ходу движения.

Процесс сборки

Шаг 1. Единственный привод обеспечит прямолинейное движение робота:

Шаг 2. 15-ти модульные балки крепятся к мотору и к угловым балкам из дополнительного набора:

Шаг 3.NXT крепится к угловым балкам:

Шаг 4. Ведущие оси будут разной длины: 5 и 6-ти модульные. Они вставляются в мотор с двух сторон так, чтобы из соответствующих балок выступали части осей длиной ровно 1 модуль.

Шаг 5. На ведущие оси насаживаются 24-зубые шестерни.

Шаг 6. Остальные штифты крепятся на бежевые штифты-полуоси. Синие для этой цели не подойдут, поскольку создают очень большое  трение.

Шаг 7. Выравнивание крайних шестеренок. Все 4 основные шестерни (24 зуба) должны быть расположены так, чтобы пары отверстий на них были строго параллельны друг другц. Расположение 40-зубых центральных шестерней не играет роли.

Другой способы выравнивания:

Шаг 8.Часть из восьми гладких штифтов вставляется а 24-зубые шестеренки симметрично относительно центра большой шестерни. И ровно наоборот с другой стороны: то есть если справа от NXТ они были ближе к центру, то слева должны быть дальше от центра.

 Со второй строны штифты вставлены противоположно относительно первой:

Шаг 9.  Преобразование вращательного движения в поступательное совершается с помощью системы двух коленец (балок), скрепленных гладкими штифтами.

Шаг 10. Установка конечностей. Ноги робота должны быть одинаковыми, но их длину можно менять.

Шаг 11. Все коленца одинаковы. Остается их правильно присоединить. балки к шестеренкам следует крепить по принципу: диагонально-противоположные конечности движутся одинаково, а соседние отличаются от них на пол-оборота. При этом следует использовать гладкие штифты.

С другой стороны конечности встают в противофазе.

Шаг 12. Для запуска шагающего робота потребуется такая же простая программа, как и для запуска тележки. Однако следует обратить внимание, что в предложенной конструкции мотор должен вращаться не вперед, а назад. Если запустить его вперед, робот будет пританцовывать на месте, почти не перемещаясь.

Итак, робот пошел. Теперь вам предоставляется свобода творчества. Варьируя длину конечностей, размер "плеча" и "колена", смещение центра тяжести, можно получить самые неожиданные эффекты в "походке" робота. Можно нацепить "башмачки".

Занятие 18. Тележка с изменением передаточного отношения

Первая задача на сегодня - на основе тележки сделать гоночный автомобиль. Для увеличения скорости достаточно увеличить передаточное отношение.

Попробуйте поэкспериментировать.  Можно заметить, что при достаточно высоком передаточном числе тележка просто не тронется с места: ее придется самим разгонять и подталкивать.

Вторая задача - робот-тягач. Теперь наша тележка должна ехать не спеша, но двигать максимально возможный груз. Что следует поменять? Верно - опять передаточное отношение.

Чем медленнее будет двигаться тележка, тем больший груз она сможет вывести. Но и здесь есть ограничения. Когда груз лежит в кузове, он  придавливает тележку к земле, сцепление колес с поверхностью увеличивается и все работает. Но если груз расположен вне тележки, то ситуация резко меняется. Колеса будут прокручиваться так, словно тележка уперлась в стену. В такой ситуации надо искать золотую середину между передаточным отношением, массой тележки  и площадью поверхности колес.

Еще одна подсказка. Для того чтобы увеличить площадь сцепления ведущих колес, нужно строить полноприводный автомобиль.

Занятие 16-17. Тележки

Требования, предъявляемые к этому механизму:

• четыре колеса, плотно сцепленные с поверхностью земли, попарно соединены осями, колеса должны вращаться;
• отсутствие других частей конструкции, соприкасающихся с  поверхностью;
• наличие электомотора, приводящего в движение передние и/или задние колеса;
• наличие источника питания для электромотора и программы управления им;
• по команде оператора тележка должна двигаться вперед или назад и транспортировать груз.

Одномоторная тележка

Первая тележка не должна уметь поворачивать, поэтому ограничимся одним мотором с передним приводом. Первая 12-модульная ось будет ведущей.

Обе оси закрепляются на отдельную балку:

Колеса крепятся так, чтобы не было трения с балками:

 Тележка поедет под управлением через второй мотор:

Вращая управляющий мотор, добьемся движения тележки:

Такая тележка не может справиться даже с таким простым препятствием:

Полноприводная тележка

Наиболее эффективное расположение шестеренок для полноприводной тележки:

Три из пяти шестеренок паразитные, но польза от них есть. Передаточное отношение будет 1:1. Нечетное количество паразитных шестеренок позволяет сохранить направление. Малая шестерня в центре не занимает пространство для преодоления бугристых препятствий.

При таком расположении колес возникает трение с соседними шестеренками.

Если колеса насажены слишком глубоко, может возникнуть трение с соседними шестеренками, которые вращаются в противоположную строну. Этого можно избежать: заменить каждую 12-модульную ось двумя 8-модульными, состыковав их в оранжевом моторном цилиндре, или просто удлинив оси специальными втулками.

Итак, прототип "вездеходика" с ручным управлением готов.

Тележка с автономным управлением

Разместим на корпусе тележки блок NXT. Переднее крепление для NXT на базе одномоторной тележки.

Трехмодульные штифты скрепляют сразу три детали:

Для заднего крепления придется отсоединить боковые балки:

С добавленными уголками боковые балки встают на место:

Набор штифтов, мини-осей и фиксаторов для заднего крепления NXT:

Можно сказать, создали новую деталь:

 Закрепили на угловые балки:

Установка шестеренок и колес уже знакома по предыдущей модели, поэтому повторять не станем.
Остается прикрепить контролер. Для этого требуется еще одна доработка конструкции: необходимо поднять крепление на один модуль, чтобы оставить пространство для аккумулятора. Заодно можно добавить угловые балки для последующей установки бампера.

 Угловые балки можно использовать для установки бампера:

Готовая тележка (автор Юра Парадовский):

Занятие 15. Волчок

Каждый из нас с детства знаком с замечательной игрушкой - юлой. Несколько движений  - и юла около минуты держит вертикальное положение. С волчком еще проще. Стержень, закрепленный на нем диск, быстрое круговое движение пальцами, и с волчком происходит то же самое, что и с юлой, только без какого-либо механизма. Но так или иначе через некоторое время волчок падает, исчерпав заложенный в нем ресурс.
Ваша задача создать механизм, который многократно увеличит начальную скорость вращения волчка. Вторая задача - максимально продлить время вращения волчка.
Требования к волчку и механизму:

• волчок должен иметь ось вращения и достаточно тяжелый диск, маховик, который сохранит инерцию вращения;
• центр тяжести волчка должен быть расположен достаточно низко, но не слишком, чтобы края диска не цеплялись  за поверхность стола (или пола);
• на оси вращения волчка необходимо установить шестерню для начального сцепления с механизмом;
• на механизме должны присутствовать две детали: для удержания одной рукой и придания вращения другой;
• в момент раскручивания волчок должен иметь плотное соприкосновение с механизмом;
• сразу после раскручивания волчок должен свободно отделяться от механизма.

Ниже предложена схема сборки волчка и запускающего механизма из учебного пособия Филиппова С.А. "Робототехника для детей и родителей".
Построение волчка

Маховик волчка может быть любым колесом, не обязательно зубчатым. Волчок с более тяжелым маховиком вращается дольше.

Простейший механизм для запуска с передаточным отношением 1:3. В качестве ведущей выбрана 8-модульная ось.

При запуске необходимо быстро повернуть ведущую ось на механизме и сразу поднять его, чтобы волчок вращался свободно.

Задание. Самостоятельно постройте механизм запуска 1:5.

Переходим к двухступенчатой передаче. Схема двухступенчатой передачи 1:9. Следует заменить первую ось на более короткую (например, 4-модульную), а вместо втулки поставить малую 8-зубчатую шестеренку.

Теперь соберите передачу 1:15 по данному рисунку:

Третья ступень передачи может быть построена с помощью 40-зубой шестерни.Передаточное отношение в этом случае будет 1:45. Соответственно и усилие для раскручивания потребуется в 45 раз больше. Поэтому на ведущею ось следует поставить рычаг (ручку) или дополнительное колесико, которое облегчит задачу запускающему.

Когда при запуске слышен характерный треск зубчиков шестеренок, который возникает на холостом прокручивании, стоит побеспокоиться. Если ваши роботы будут трещать, зубчатые колеса быстро выйдут из строя. Это происходит из-за непрочного крепления осей в балках: они с легкостью отклоняются на несколько миллиметров. От этого можно защититься, добавив дополнительные балки и удлинив тем самым отверстие, в котором расположена ось.

Наша защита действует, но при чрезмерных перегрузках сдает и она. Подумайте, как еще можно укрепить механизм дополнительными балками, например над шестеренками.
Проводим соревнования, чей волчок  будет крутиться дольше.