Konstrukce - verze 1
Předem bych rád poděkoval panu Jiřímu Sittovi za velkou pomoc ohledně konstrukcí většiny částí mechanické konstrukce.
Toto je verze, na které se dál nepokračuje, ale některé části mohou být použity ve verzi 2. Stejně jako nápady, které se ukázaly jako dobré.
Většinu údajů najdete v bakalářských pracech (myslím, že jich je tam mnohem víc, ale tady jsou ty nejdůležitější).
Základní údaje:
- Hmotnost: 50 - 60 kg (odhadovaná)
- Délka: 1 200 mm
- Šířka: 900 mm s koly, bez kol 660 mm (pouze teoretická nejdou jednoduše odstranit hřídele)
- Výška: 330 mm s koly (bez antény), 220 mm bez kol (bez antény)
- Rozvor náprav: 800 mm (Vzdálenost os přední a zadní nápravy.)
- Rozchod náprav: 840 mm (Vzdálenost středů otisků pneumatik jedné nápravy.)
- Průměr kol: 300 mm
- Maximální rychlost: 2 m/s (7,2 km/h)
- Poloměr otáčení: přibližně 2 m
- Maximální stoupavost: přibližně 15 stupňů
- Pohon: 2x Graupner SPEED 900BB (2x 80 W) na zadních kolech, 1x motor ze stěračů od škodovky pro řízení nápravy
- Zdroj energie: 2x WP26-12 od KUNG LONG - 12 V, 26 Ah
- Předpokládaná doba provozu: přibližně 1 hodina (nikdy nebyl dostatek času vybít baterky)
- Vestavěný PC: Atlon 64 x2 3800+ (35W), 1GB DDR2
- Uložiště: 2x USB Flash disky (rychlý 2GB, pomalý 4GB)
- Operační systém: Linux (distribuci neznam... to vi jen Tom :) )
Hlavní nedostatky
Její hlavní nedostatky byly přílišná velikost, vysoká váha, nedořešená konstrukce. Realizace v chodbě privátu Tomáše Skočdopole. Váha přílišně zatěžovala motory. Velikost znemožňovala pohodlnou manipulaci (přeprava autem dost nepohodlná - do Fabie se nevešel a v Octavii Sedan pouze se sklopenými zadnímy sedačkami. Další nevýhoda byla přílišná šířka - neprošel dveřmi (musel se otáčet na výšku). Použitá podkladová část ze svařovaného jeklu 20x20 byla opravdu předymenzovaná (vážila 11 kg) - bezproblému unesla váhu přes 90 kg, zkoušeno Tomášem (Mohla by být použita pro motokáru :-D).
Všechy tyto důvody vedly k sestrojení druhé verze, na které jsme se snažily aspoň některých nedostatků zbavit (postupem času snad všech).
Konstrukce podvozku - Michal Sitta, Ivo Maceček, Martin Skácel, Tomáš Skočdopole
Hlavní podkladová část podvozku je tvořena ze železných jeklů 20 x 20 mm. Toto řešení je příliš těžké. Jeho hmotnost je přes 11 kg. V části, kde jsou umístěny převodovky je pod konstrukcí 2 mm silný plech, který je přivařený. Na tuto podkladovou část je přidělán sklolaminát s tloušťkou 2 mm, do kterého se dají zdělat závity.
Na tuto podkladovou část bylo přiděláno vše potřebné. Problém byl, když jsme se snažili vytvořit kryt autíčka. Museli jsme improvizovaně sestrojit držáky bočních a vrchních panelů. Ty byly vytvořeny z hliníkových L profiů, které byly vzájemně sešroubované.
Vlastní krycí panely byly z 3 mm (boční části) a 5 mm (horní část) bílého plastu. Celá tato konstukce se vyznačovala malou stabilitou nádstavby a celou řadou konstrukčních chyb, ale bylo to poprvé co jsme něco takového dělali :-D.
Mechanická koncepce - Michal Sitta
Jde o podvozek s Ackermanovým řízením. Přesněji o Dvě zadní kola samostatně hnaná. Diferenciál je realizovaný elektoronický. Přední náprava je ovládána přes hřeben motorem ze škodovky.
Použité motory - Graupner SPEED 900BB - Michal Sitta, Martin Skácel
Tabulka Technických parametrů motorů
| Otáčky na prázdno | 6500 ot/min |
| Proud na prázdno | 1.1 A |
| Účinnost | 71 % |
| Proud při nejvyšší účinnosti | 8.0 A |
| Proud do zkratu | 54 A |
| Jmenovité napětí | 12 V |
| Použitelný pro napětí | 6 - 40 V |
| Délka pouzdra | 95 mm |
| Průměr pouzdra | 51,5 mm |
| Hmotnost | 645 g |
Jedná se o stejnosměrné motory se stálým výkonem 80W. Výrobce uvádí, že nejsou určené pro nepřetržitý provoz, ale nepíše max. délku provozu a délky přestávek. Jako každý stejnosměrný motor jsou přetížit. Této možnosti bylo využito při provozu (motory se zahřívaly odhadem na 40 - 60 stupňů Celsia). Toto je další závažná nevýhoda řešení!
Použité převodovky - Motorgear XC30/1:15 - Michal Sitta
Tabulka Technických parametrů převodovek
| Převodový poměř | 1:15 |
| Přenesený výkon | 370 W |
| Přenesený moment | 15 Nm |
| Radiální zatížení výstupní hřídele | 800 N |
| Axiální zatížení výstupní hřídele | 160 N |
| Radiální zatížení vstupní hřídele | 100 N |
| Axiální zatížení vstupní hřídele | 20 N |
| Průměr vstupní hřídele | 9 mm |
| Průměr výstupní hřídele | 14 mm |
| Hmotnost | 1,4 kg |
| Množství maziva | 0,03 l |
Jedná se o pod tlakem odlívané hliníkové šnekové převodovky. Jejich hlavní nevýhoda je jejich naddymenzovanost (velká váha), ale boužel Michal Sitta menší a levnější nesehnal (byli jsme omezení cenou). Další problém je docela malá účinnost přenášeného výkonu (ta se pohybuje kolem 93%).
Při prvotním zkoušení byl problém s touto převodovkou autíčko rozjet (původní maximální rychlost měla být přes 4 m/s), tak byl sestrojen dodatečný převod s klínovým řemenem, který má převod 1:2,5. Tím se nám omezila rychlost, ale dvojnásobně jsme zvýšily výstupní moment motorů. Ten je nyní dostatečný. Tento problém vzniknul z neznalost výstupního momentu motorů, tento údaj není nikde uveden. Dalším převodovým stuněm jsme zjednodusili spojení motoru s převodovkou.
Další problém byly domečky s kluznými ložisky pro výstupní hřídel převodovky, která byla připojená na zadní kolo. Nepovedla se nám dostatečná souosost hřídele s domečkem a proto se zde ztrácel velký výkon, dále se to projevovalo na nerovnoměrném otáčení kol při stém výkonu (použitý regulátor na otáčky tento vliv z velké části omezil).
Použité kola - Michal Sitta
Tabulka pro kola
| Průměr kola: | 300 mm |
| Šířka kola: | 90 mm |
| Průměr náboje: | 20 mm |
| Šířka náboje: | 47/75 mm |
| Uložení: | válečkové ložisko |
| Zatížení kol: | 150 kg |
| Maximální rychlost: | 12 km/h |
| Hmotnost: | 2 kg |
| Poznámka: | bez dušová kola |
Tyto kola byly zvoleny z důvodu velmi nízké ceny. Jejich hlavní nevýhoda tkví v tom, že se jedná o bezdušová kola a tedy při defektu je obtížnější oprava (to se nám zatím nepovedlo). Další necností těchto kol je vnitřní náboj, který má velkou vůly (přední kola trošku "vyglají"). U zadních byl náboj vyděján a přivařen člen pro pevné spojení, aby byl přenášen moment od motorů. Při ježdění se osvětčily.
Natáčení předních kol - Michal Sitta
Přední kola jsou natáčena v úhlu od - 40 do + 40 stupňů pomocí motoru ze staré škodovky. Motor je spojen s původní šnekovou převodovkou, která je samosvěrná (i bez napájení udržuje konstantní natočení kol). Výstup z převodovky je pomocí ozubeného hřebene převeden na translační pohyb. Na koncích hřebenu jsou připevněny táhla pro čepy řízení a také mikrospínače pro informaci o konci dráhy hřebene (maximálního zatočení), které nebyly nikdy připojeny (nebyl čas, i když by se nám to párkrát hodilo).
Koncepce elektroniky - Michal Sitta
Pro napájení byly použity dva nezávislé okruky s vlastním 12 V akumulátorem. Pro oddělení výkonové části (motory) a řídící části (snímače, řídící jednočipy). Okruhy jsou kompletně galvanicky oddělené, spojení v PWM mostu je realizováno optickou vazbou. Toto řešení výrazně snižuje rušení, které způsobují použité stejnosměrné komutátorové motory.
Blokové schéma rozvodu napětí - Michal Sitta
Na schématu není naznačen vypínač pro výkonovou část stejně jako zapojení stop tlačítka. Elektronická část se vypínala přímo odpojením akumulátoru (jeden z nedostatků).
Blokové elektronické části - Michal Sitta
Na schématu je uveden i externí senzorový subsystém, který nebyl nikdy připojen, ale byl realizován a odzkoušen. Další část, která nebyla realizována jsou taktilní snímače, kamera (nikdo zatím nenapsal ani jednoduchý algoritmus na rozpoznávání obrazu) a GPS (bylo zprovozněno jen nebylo zatím potřeba).
Rozložení součástí - Michal Sitta, Ivo Maceček
Při rozložení byla snaha o co největší vzdálenost motorů od elektroniky a o souměrnost těžkých předmětů hlavně akumulátorů (pro optimální rozložení těžiště).
Napájecí subsystém - Michal Sitta
Byl tvořen jednoduchým stabilizátorem 5V/1,5A s obvodem 7805. Tento obvod se nám osvětčil (před ním byl používán DC-DC měnič, ale z neznámých důvodů se občas spálil řídící IO MC34063). Proto z důvodu spolehlivosti bylo použito toto jednoduché a velice spolehlivé zapojení.
Pro použitou základní desku byl koupen levný DC-DC měnič (picoPSU-120-WI-25), který měl vstupní napětí 12-25 V (vhodné pro akumulátory) a výstupní konektor byl přímo pro ATX desku. Jedinou jeho nevýhodu jsme našli, že není schopen napájet zároveň desku a DVD mechaniku (pro instalaci OS). Tento problém byl vyřečen instalací OS pomocí sítě (mohlo být na chvíli použito klasického ATX zdroje). Při provozu se tento měnič choval dokonale stabilně. Jen pro zajimavost měnič pracoval i při vstupním napětí 11 V.
Interní senzorový subsystém - Michal Sitta
Interní senzorový subsystém se skládal z odporových nímačů natoční. Přesneji se jednalo o dva lineární drátové potenciometry s vysokou linearitou a odporem 1k, které byly přímo přichyceny na čepy předních kol. Jejich výstupní napětí bylo v řídícím jednočipu převedeno na úhel natočení při ruční testovací fázi přímo v programu jednočipu napevno. Tento způsob se nám osvětčil. Byl spolehlivý, ale měl malou rozlišovací schopnost (danou použitím jen 8-bitového převodníku a také využitím jen polovičního rozsahu převodníku).
Další vnitřní seznor byly použity optické snímače otáček. Jedná se o ručně vyráběné snímače s cenou 10 Kč za jeden (když započítám elektroniku na upravení zákmitů, tak 20 Kč). Jsou tvořeny jednou optickou závorou a kolečka fóliového vytištěného na laserové tiskárně. Senzor nerozeznává směr otáčení, ale pouze otáčky. Jeho rozlišitelnost byla 90 impulzů za otáčku (později 180). Směr se určoval podle nastaveného směru. Tento způsob se nám vzhledem k cene mnohonásobně vyplatil. Jde o velice jednoduché řešení a dává nám dostatek údajů. Další možností bylo koupit optické snímače otáček s cenou 2 000 Kč za kus. Měly by jsme 500 impulzů za otáčku (pro nás zbytečné) a informaci o směru (ukázala se jako nadbytečná, sloužila by jen jako kontrola).
Externí senzorový subsystém - Martin Skácel
Jako externí snímače měly být použity ultrazvukové snímače (SRF08), které by byly rozmístěny na přední části autíčka (3 ks jeden přímo dopředu a dalši dva do boku, aby bylo možné rozpoznat překážku při zatáčení) a v zadní části (2 ks přímo dozadu). Jejich dosah dle manuálu měl být kolem 3 m. Ale podle měření se jejich dosah pohyboval kolem 1 m. Dále měl být použit magnetometr (CMPS03) pro zjištění odklonu od severu. Tento model je jen dvou osý a proto vzniký chyba při vychýlení autíčka z roviny! Jako poslední externí snímač měl být implementován tří osý akcelerometr (ACC7260), který by přesně moh určit náklon autíčka, jeho zrychlení, popřípadě vypočítat aktuální ryhclost. I když tento dopočet je za využití integrace, kterou se s časem zvýší chyba natolik, že tato hodnota je nepoužitelná. Všechny části byly odzkoušeny, ale z časových důvodů a také z malé spolehlicosti řídícího obvodu nebyly nikdy implementovány.
Externí senzorový subsystém GPS - Ivo Maceček
Jako zdroj pozice byl používán klasický GPS příjímač s přesností do 5 m. Byl navržen řídící program, který získával souřadnice. Byly pokusy použití diferenčního zapojení dvojice obyčejných GPS. Jedna jako stacionární položená na známých souřadnicích, která by sloužila jako korekční pro pohyblivou GPS na autíčku. Provedená měření ukázala, že ani toto zapojení nemá dostatečnou přesnost (téměř se nezlepšila). Snímač s přesností přes 2 m je pro naše účely nepoužitelný, nehledě na to, že signál byl dobrý jen pod čistou oblohou. V okolí budov nebo pod stromy byl velice nestabilní a často vypadával úplně. Z tohoto důvodu nebyl vlastní příjmač nikdy využit. (Bližší informace v bakalářské práci Ivo Macečka)
Rozpoznávání obrazu pomocí kamery - Tomáš Skočdopole
Na téhle části se nikdy nezačalo pracovat. V počátečních fázích byl problém vůbec rozchodit kvalitní kameru. Tento problém byl způsoben nepodporováním OS Linux s dodaným Graberem. Tento problém se po delší době povedl vyřešit za použití obyčejné televizní karty. Boužel to tím skončilo.
Hlavní řídící program - Tomáš Skočdopole
V poslední fázi byl sestrojen program, který byl ovládám přes Joystick připojený přes USB přímo na autíčko. Za pomocí tlačítek se volil jeden z módů, které byly zprovozněny. A to ruční řízení, které pracovalo kvalitně. Další mód spočíval v zapamatování projeté dráhy pomocí ukládání vysílanách zpráv. Dalším módem bylo projetí uložené dráhy. S tímto módem byly problémy toho stylu, že se autíčko po chvíli úplně zbláznilo. Jediné co pomohlo bylo restartování řídícího jednočipu ATmega 32. Další nevýhodou byla nutnost nadřízeného počítače, který se vlastně o vše staral. Integrovaný PC, který by to vše spolehlivě zvládl byl využit jen na posílání zpráv pomoci Wi-fi. (poznámka: Nechápu, jak přes Wi-fi dokázal zajistit real-timeovou odezvu zničenou komunikací pomocí wi-fi. Celkově bych k tomuto problému přistupoval jinak, ale mám na starosti jiné věci.)
Formát zprávy - Michal Sitta, Ivo Maceček
Obrázek ukazuje námi používaný formát zpráv. Jde o bytovoě orientované zprávy bez potvrzení. O rozlišení zprávy se stará 1byte, druhý je znamínkový a další 3 byty jsou libovolné čísla od 0 do 9. Jde o velice jednoduchý formát. Osvědčil se nám. Za celou dobu chodu jsme si nevšimly špatně prijaté zprávy, ale Tomášovi se nelíbí a udělá vlastní.
Účast na fakultní robotické soutěži - rozloučení s verzí 1
Soutěž byla pořádána fakultou elektrotechnickou VUT, přesněji ústavem automatizace. Jejím cílem bylo projet trasu podle zadaných GPS souřadnic. Na testování jsme měli půl hodiny po té co jsme dostali přesné informace o trati. V té době nebyl na autíčku připojen GPS snímač, protože s jeho přesností, která se pohybovala kolem 5 m nebyl prakticky využitelný. Dále nebyl připojen ani externí senzorový subsystém. Kamera také nebyla připojena z důvodu neexistence programu pro rozpoznávání trasy. Proto bylo zvoleno jediné možné řešení a to jízda podle naučené trasy. Program byl ovšem napsán tím způsobem, že instalovaný počítač sloužil pouze jako příjmač Wi-fi signálu, a o ovládání se starala operátorská stanice, která prováděla všechny operace. Toto řešení zealizoval Tomáš Skočdopole. Při soutězi se projevilo, že naprogramovaný obslužný program neplní svoji funkci a způsobem komunikace s rídícím jednočipem AT mega 32 jej úplně zhroutil a znemožnil jeho další funkci. Boužel na tuto závadu jsme přišli až další den. Projevovala se nesmyslným chovámim při natáčení kol. Proto jsme uvažovaly tím způsobem, že se porouchalo něco na snímačích natočení. Boužel stačilo resetovat řídící atmel a vše fungovalo jako před tím dokud sme se znovu nepokusili jet podle naučené tratě. Z toho jsme usoudili, že program je napsán špatně. I přes tyto problémy jsme zkončili na druhém místě ze tří účastníků.
