Проект: Технологии «Endurance Robots&Lasers».
Статья №1. “Зарождение проекта. Часть 1.1. Как я собирал робота телеприсутствия на колесной базе.”
К 2015г членам нашей будущей команды удалось заработать достаточно денег, чтобы рисковать своим временем в долгосрочной перспективе (определили горизонт планирования 1 год). И мы решили организовать стартап. Заниматься куплей-продажей? Нееееет, технологичный стартап! А именно, разработка роботов и твердотельных лазеров мощностью порядка 1-10 Вт.
Идея присутствия в нужное время в интересном месте за тысячи километров мне сразу понравилась и нравится до сих пор! Все мы любим онлайн-трансляции. А благодаря роботу я к тому же сам управляю направлением своего взгляда, своим местонахождением. Поэтому в 2015 году когда мы начали проект Endurance Robots, я взялся за разработку робота телеприсутствия на колесах. Колесная база позволит передвигаться по помещению или на улице, а телеприсутствие обеспечит актуальность происходящей вокруг ситуации. Конечная цель: полная виртуальная реальность, робот, управляемый человеком с помощью очков Oculus rift! Огонь!))
Для начала я погуглил и изучил имеющиеся на международном рынке предложения: PadBot (Китай), BotEyes (Россия), Double Robotics (США), Webot (Россия), OrigiBot (США), Oculus (Канада), Anybot (США), RBOT Synergy (Россия), и составил таблицу сравнительных характеристик роботов. Роботы отличались по своему функционалу: умение брать предметы манипулятором (банку пива из холодильника:), преодолевать высокие препятствия, автономно заряжаться и др. Естественно, ценник плавал и находился в диапазоне от $1000 до $10000. Впоследствии я понял, что недорогие устройства до $5000 являются роботизированными платформами, управляемыми человеком-оператором, но никак не автономными роботами, способными самостоятельно принимать решения в меняющейся обстановке: приближение препятствия, проезд по маршруту из пункта А в пункт В, распознавание речевых команд. Наша команда Endurance Robots решила войти на рынок платформ эконом класса до $2000. Исходя из таблицы сравнительных характеристик я определил характеристики устройства, которые нужно достичь в первую очередь, а именно: время автономной работы (от 8 часов, целый рабочий день), преодоление препятствий (высотой до 3,5 сантиметров, порог входной двери), надежная передача команд управления через сеть Интернет, качественная видео- и аудиосвязь. Один участник проекта настаивал сделать корпус робота из женского манекена и установить планшет между грудей. Мы даже купили б/у торс без рук, ног и головы за $2 (полноценный новый манекен стоит ~$100), но из-за ограниченного бюджета эта идея в итоге умерла.
В ходе тестирования спроса стало однозначно понятно, что люди ищут не просто планшет на колесах, но, скорее, роботизированную платформу, которая способна выполнять интеллектуальные задачи человека: распознавать объекты и речь (open source технология OpenCV), грамотно ответить на вопросы (ИИ), преодолеть маршрут до предмета, захватить предмет и перевести в место назначения. То есть колесная база – это не главное, но нужное дополнение к тому, что мы предлагаем. Стратегически колесная база остается главным форм фактором (form factor). По аналогии ноутбук -> планшет. Т.е. новая форма – это новый продукт.
Задача на первом этапе — разработать колесную базу: недорогую (не дороже $200 для мелкосерийного производства), эффективную (которая бы надежно двигалась, имела бы модульность и возможность быстрого ремонта), простую (на подобии того, что телефон поставил, приложение скачал и система работает), надежную (software, hardware), которую в дальнейшем можно будет усовершенствовать. Оператор должен быть способен подавать сигналы на электромоторы и сервоприводы через сеть интернет.
Итак, БАЗОВЫЕ ПРИНЦИПЫ конструкции.
— Универсальность платформы а-ля «вездеход» не преследуется. Модель окружающей среды = внутри помещения. Поверхность ровная, (ламинат, плитка, дерево, бетон, линолеум), препятствия до 1 см.
— Приоритет в следующей последовательности: привлекательность, эргономичность и простота, мобильность.
— Создание прототипа, смоделированного под промышленное производство.
— Надежность в ежедневной эксплуатации (1 год)
— Заменяемость или дополняемость (поставить второй динамик или вторую камеру есть куда).
— Универсальность крепежей.
— Прямолинейное движение, а не зигзагами.
— Шум и вибрация менее 10 ДцБ.
— Разборность и легкость конструкции для переноса из одного здания в другое.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ конструкции.
— Максимальная скорость до 3 км/ч.
— Высота расположения верхнего края экрана ~1.5 м. (желательно, с возможностью изменения с 1.2 м до 1.8 м).
— Сколько кг на высоте 180 см? Планшет+кредл+два сервопривода. Будет ли устойчива трехколесная конструкция с выбранными АКБ вдоль бортов при наезде на препятствие 3.5 см одним колесом или двумя колесами?
И тут повалился миллион вопросов… Какого размера колеса? Из какого материала?
Какого типа: омни, гладкие, с глубоким протектором?
Сколько колес: три или четыре? Как насадить на вал?
На вал редуктора или мотора?
Какой мотор выбрать: коллекторный, бесколлекторный, шаговый? Из какого материала изготовить раму? В итоге я сделал первый прототип из легкодоступных материалов, продающихся в любом строительном магазине: 3 колеса (два ведущих и одно поворотное), рама из тонкого алюминиевого П-образного профиля, саморезы и болты, 2 шаговых мотора.
Главное, этот прототип выполнял свое предназначение: служить нашему схемотехнику Андрею для тестирования электроники вдоль и поперек.
В этой статье я описал самое начало нашего длинного пути. Изделия и фотографии любительские. Но в следующих частях я покажу более профессиональный подход:
Схема расположения элементов механики и электроники, на которую мы ориентировались:
Продолжение статьи здесь: «Продолжение. Часть 1.2. Как я собирал робота телеприсутствия на колесной базе.» Технологии Endurance Robots&Lasers
Статья №1. “Зарождение проекта. Часть 1.1. Как я собирал робота телеприсутствия на колесной базе.”
К 2015г членам нашей будущей команды удалось заработать достаточно денег, чтобы рисковать своим временем в долгосрочной перспективе (определили горизонт планирования 1 год). И мы решили организовать стартап. Заниматься куплей-продажей? Нееееет, технологичный стартап! А именно, разработка роботов и твердотельных лазеров мощностью порядка 1-10 Вт.
Идея присутствия в нужное время в интересном месте за тысячи километров мне сразу понравилась и нравится до сих пор! Все мы любим онлайн-трансляции. А благодаря роботу я к тому же сам управляю направлением своего взгляда, своим местонахождением. Поэтому в 2015 году когда мы начали проект Endurance Robots, я взялся за разработку робота телеприсутствия на колесах. Колесная база позволит передвигаться по помещению или на улице, а телеприсутствие обеспечит актуальность происходящей вокруг ситуации. Конечная цель: полная виртуальная реальность, робот, управляемый человеком с помощью очков Oculus rift! Огонь!))
Для начала я погуглил и изучил имеющиеся на международном рынке предложения: PadBot (Китай), BotEyes (Россия), Double Robotics (США), Webot (Россия), OrigiBot (США), Oculus (Канада), Anybot (США), RBOT Synergy (Россия), и составил таблицу сравнительных характеристик роботов. Роботы отличались по своему функционалу: умение брать предметы манипулятором (банку пива из холодильника:), преодолевать высокие препятствия, автономно заряжаться и др. Естественно, ценник плавал и находился в диапазоне от $1000 до $10000. Впоследствии я понял, что недорогие устройства до $5000 являются роботизированными платформами, управляемыми человеком-оператором, но никак не автономными роботами, способными самостоятельно принимать решения в меняющейся обстановке: приближение препятствия, проезд по маршруту из пункта А в пункт В, распознавание речевых команд. Наша команда Endurance Robots решила войти на рынок платформ эконом класса до $2000. Исходя из таблицы сравнительных характеристик я определил характеристики устройства, которые нужно достичь в первую очередь, а именно: время автономной работы (от 8 часов, целый рабочий день), преодоление препятствий (высотой до 3,5 сантиметров, порог входной двери), надежная передача команд управления через сеть Интернет, качественная видео- и аудиосвязь. Один участник проекта настаивал сделать корпус робота из женского манекена и установить планшет между грудей. Мы даже купили б/у торс без рук, ног и головы за $2 (полноценный новый манекен стоит ~$100), но из-за ограниченного бюджета эта идея в итоге умерла.
В ходе тестирования спроса стало однозначно понятно, что люди ищут не просто планшет на колесах, но, скорее, роботизированную платформу, которая способна выполнять интеллектуальные задачи человека: распознавать объекты и речь (open source технология OpenCV), грамотно ответить на вопросы (ИИ), преодолеть маршрут до предмета, захватить предмет и перевести в место назначения. То есть колесная база – это не главное, но нужное дополнение к тому, что мы предлагаем. Стратегически колесная база остается главным форм фактором (form factor). По аналогии ноутбук -> планшет. Т.е. новая форма – это новый продукт.
Задача на первом этапе — разработать колесную базу: недорогую (не дороже $200 для мелкосерийного производства), эффективную (которая бы надежно двигалась, имела бы модульность и возможность быстрого ремонта), простую (на подобии того, что телефон поставил, приложение скачал и система работает), надежную (software, hardware), которую в дальнейшем можно будет усовершенствовать. Оператор должен быть способен подавать сигналы на электромоторы и сервоприводы через сеть интернет.
Итак, БАЗОВЫЕ ПРИНЦИПЫ конструкции.
— Универсальность платформы а-ля «вездеход» не преследуется. Модель окружающей среды = внутри помещения. Поверхность ровная, (ламинат, плитка, дерево, бетон, линолеум), препятствия до 1 см.
— Приоритет в следующей последовательности: привлекательность, эргономичность и простота, мобильность.
— Создание прототипа, смоделированного под промышленное производство.
— Надежность в ежедневной эксплуатации (1 год)
— Заменяемость или дополняемость (поставить второй динамик или вторую камеру есть куда).
— Универсальность крепежей.
— Прямолинейное движение, а не зигзагами.
— Шум и вибрация менее 10 ДцБ.
— Разборность и легкость конструкции для переноса из одного здания в другое.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ конструкции.
— Максимальная скорость до 3 км/ч.
— Высота расположения верхнего края экрана ~1.5 м. (желательно, с возможностью изменения с 1.2 м до 1.8 м).
— Сколько кг на высоте 180 см? Планшет+кредл+два сервопривода. Будет ли устойчива трехколесная конструкция с выбранными АКБ вдоль бортов при наезде на препятствие 3.5 см одним колесом или двумя колесами?
И тут повалился миллион вопросов… Какого размера колеса? Из какого материала?
Какого типа: омни, гладкие, с глубоким протектором?
Сколько колес: три или четыре? Как насадить на вал?
На вал редуктора или мотора?
Какой мотор выбрать: коллекторный, бесколлекторный, шаговый? Из какого материала изготовить раму? В итоге я сделал первый прототип из легкодоступных материалов, продающихся в любом строительном магазине: 3 колеса (два ведущих и одно поворотное), рама из тонкого алюминиевого П-образного профиля, саморезы и болты, 2 шаговых мотора.
Главное, этот прототип выполнял свое предназначение: служить нашему схемотехнику Андрею для тестирования электроники вдоль и поперек.
В этой статье я описал самое начало нашего длинного пути. Изделия и фотографии любительские. Но в следующих частях я покажу более профессиональный подход:
Схема расположения элементов механики и электроники, на которую мы ориентировались:
Продолжение статьи здесь: «Продолжение. Часть 1.2. Как я собирал робота телеприсутствия на колесной базе.» Технологии Endurance Robots&Lasers
Поделиться с друзьями
igruh
VaalKIA
Ну кто же так работает с профилем… направляющий надо было брать, а не стоечный :-)
mmMike
Поскольку делал нечто подобное http://www.youtube.com/watch?v=iq8M-esM4QQ&sns=em
то могу поделится опытом.
Ну и самое главное, если хотите, что бы платформа прожила подольше — нужны шарикоподшипники. Что на ось шаговых двигателей, что в дешевые китайские мотор-редукторы. Не рассчитаны они на осевую нагрузку. Хотя я игрался со своей платформой не очень долго (ну может быть часов 15-20 максимум движения в сумме), но люфт колес увеличился существенно. Еще чуть и редукторы клинить начнет.
super-guest
> «Шаговый двигатель + колесо — не самое удачное решение. Аккумуляторов не напасетесь.»
А какое решение удачное? что посоветуете?
Желательно: для улицы и для помещения.
mmMike
Улица бывает разная… Асфальт для диаметра колеса в 12-15 см особо от ламината впомещении не отличается.
Я экспериментировал с платформой общим весом где то 5 кг (манипулятор + кислотный аккумулятор — основной вес).
В траве, рыхлой земле, песке выбранные мной мотор редукторы со штатным питанием 12V откровенно не тянут.
А так… Если брать бюджетный вариант, то коллекторный мотор-редуктор на каждое колесо с ШИМ управлением и реверсом. В принципе L298N с радиатором вполне справляется. В 100% включении (постоянно включено) греется в пределах 50 градусов (бесконтактный термометр).
Рекомендовал бы исходя из собственного опыта:
1. Внимательно отнестись к выбору мотор редуктора по мощности (фактически размеру) и оборотом исходя из желаемой скорости платформы. Мне пришлось отложить купленные движки (как на фото) и заказать другие — помощней и на меньшую скорость. Я подобрал так что бы максимальная скорость была в районе 3-4 км/час (неспешная прогулка).
2. ШИМ для коллекторного двигателя без обратной связи по току/оборотам работает плохо. Т.е. даже в режиме прямого управления (человеком) будут рывки (трудно контролировать скорость управляя только скважностью ШИМ). Возможно, для бюджетного варианта сойдет. Хотя очень раздражает. Трудно даже в режиме прямого управления точно подогнать платформу на выбранное место.
3. Сейчас бы я выбрал колеса другого типа. Более узкие и жесткие (монолит резина). По песку ездить все равно не предполагается, а потери энергии на полное отсутствие наката велики и сказываются на автнономности.
4. Аккумулятор гелевый-кислотный хоть и весьма бюджетный выбор и работает как балласт (центр тяжести внизу), но составляет весьма существенную часть веса (50-60%). Хотя гораздо бюджетнее и проще в заряде чем Li. Даже не знаю что лучше.
super-guest
Спасибо, интересно было бы полноценную статью о правильном выборе таких базовых элементов почитать. А то ведь если в начале сделать неверный выбор, то потом придётся почти всё переделывать…
mironsv
Продолжение статьи здесь: https://geektimes.ru/post/277708/#first_unread
«Продолжение. Часть 1.2. Как я собирал робота телеприсутствия на колесной базе.» Технологии Endurance Robots&Lasers
mmMike
Я достаточно давно этим занимался. И в первую очередь хотел сделать автономного робота. От того и всякие навороты типа ультразвукового сканера помещений, гироскопа, акселерометра, IR датчика приближения на бампере и пр.
В результате оказалось (+ манипулятор+ камера), что теле присутствие интересней.
Но, разочаровался в степени автономности с гелевым аккумулятором (свинцовый).
Время в режиме "наблюдения" — 3 часа максимум. Пробег 50-90 метров максимум (по траве и песку — 50м, помещение — 90м). А если манипулятор на сервоприводах задействовать, так вообще слезы… 30 минут активной жизни.
Ну и что это за автономность? Можно, конечно, поставить более емкие аккумуляторы (не кислотные). Но в рамках разумной цены (компромисс жабы и желания) можно получить автономность увеличенную ну раза в 2 максимум. А это то же ни о чем.
На "правильную" выставку, что бы обойти все стенды и поговорить нужно минимум 8 часов. И живое человеческое общение не заменит. Не вербальные сигналы — это большая часть информации (которую камера не передает).
А статья… Смысл в статье? Ничего принципиального нового в таких конструкциях нет. Все банально и банальней некуда.
SHVV
Можете ещё глянуть мой вариант колёсного узла. Радиальная нагрузка на вал редуктора у него полностью отстутствует, так как приходится на подшипники колес. А уже они рассчитаны на тележки по 200 кг.
Costic
Мне кажется, что сначала надо попробовать собрать машинку (колёсную) платформу с телеуправлением. Вы заявляете об автономности и о передвижении в помещениях и по улицам. Вас ждёт множество сюрпризов от нашей «безбарьерной среды». Не удивлюсь, если вы колёсную платформу смените на механического жирафа, как в Boston Dynamics.
Ну, и последний совет, датчики ультразвуковые плохо препятствия обнаруживают, они только стенки плоские видят, а столбик или ножку стула не заметят.