Kroczący Katka, czworonożny robot w układzie ssaka

[deshipu]

Katka to czworonożny robot kroczący z nogami w układzie ssaka. Jest to efekt moich dość wczesnych eksperymentów z budowaniem czworonożnego kroczącego robota o jak najniższej cenie całkowitej.

Dzięki zastosowaniu ssaczej konfiguracji nóg możliwe było obliczenie kinematyki odwrotnej dla każdej z nóg pomimo tego, że mają one tylko po dwa serwomechanizmy -- po prostu współrzędne nóg ograniczone są do pionowej, dwuwymiarowej płaszczyzny. Pozwala to jednak na całkiem przyzwoitą kontrolę, a w szczególności, na przemieszczanie środka ciężkości i przesuwanie stóp w liniach prostych po ziemi, dzięki czemu możliwy jest statycznie stabilny chód bez poślizgów.

Niestety, są też ograniczenia. Stopy mogą się przesuwać po ziemi jedynie w przód i w tył, zatem niemożliwe jest porządne skręcanie. Owszem, możemy nogami po jednej stronie robota iść szybciej, a po drugiej wolniej albo nawet w przeciwnym kierunku, na zasadzie skręcania czołgu na gąsienicach, ale wiąże się to z dość dużymi poślizgami stóp i w związku z tym sporą nieprzewidywalnością. W sytuacji prawdopodobnie mogłoby pomóc dodatkowe serwo w pasie, pozwalające na skęt tułowia, ale to wymagałoby całkowitej przebudowy robota, więc nie próbowałem tego.

Robot jako mózg wykorzystuje Arduino Pro Mini, początkowo umieszczone na domowej roboty płytce z dodanym zasilaniem dla serw, później przełożone na płytkę drukowaną od mojego innego robota. Zasilanie zapewnia pojedyncze ogniwo LiPo z power banku USB, uzupełnione o dużo za duży kondensator elektrolityczny oraz moduł boost zwiększający napięcie do 5V. Elementy wykonawcze to cztery mikroserwa SG90, najtańsze jakie tylko istnieją. Odbiornik podczerwieni pozwala na zmianę trybów działania robota za pomocą pilota TV. Kilka listewek i dźwignie dołączone do serw posłużyły do zbudowania ciała i nóg robota. Elektronika i bateria są przypięte gumką recepturką.

Ustawienie nóg nie jest optymalne pod względem ich zasięgu. Tylne nogi musiały zostać obrócone "tyłem naprzód" w stosunku do pierwotnego projektu (oraz w stosunku do tego, jak zazwyczaj wyglądają ssaki), aby uniknąć plątania się z przednimi nogami. Ten układ można jeszcze znacząco poprawić, niestety wymagałoby to przebudowania i przeprogramowania robota, na co nie mam raczej wystarczającej motywacji.

Robot ten przez jakiś czas występował "w owczej skórze", wypychając pluszową zabawkę - owcę. Niestety, nie do końca dopasowane wymiary zabawki oraz ślizganie się owiniętych materiałem nóg znacznie pogarszały wydajność chodu, więc zrezygnowałem z tego rozwiązania.

Filmik z chodzącym robotem:

[shaslyk135]

deshipu, Mam nadzieję że nie zbudujesz Big Doga który będzie siał postrach na ulicach.

Gratuluję konstrukcji

[deshipu]

Zauważyłem dość prostą zależność pomiędzy wielkością robota a trudnością jego wykonania i od tego czasu skupiam się raczej na robotach, które mieszczą się na moim biurku.

Natomiast widzę tu całkiem duże możliwości zbudowania robotycznego zwierzątka domowego, na przykład świnki morskiej. Wystarczy dodać jakieś proste czujniki do omijania przeszkód/krawędzi stołu, do tego kilka pasków metalu pod "skórą" do wykrywania głaskania i piezo do wydawania i odbierania dźwięków. Potem napisać program symulujący "emocje" zwierzęcia i zmieniający prawdopodobieństwa jego zachowań (na przykład śpiące, wystraszone, ciekawe, łaknące pieszczot), plus może nawet proste "uczenie" się przez zmianę wag do wpływów różnych bodźców na te emocje i możemy mieć całkiem niezłe efekty.

[sosnus]

Fajna sprawa

Pokazałbyś zdjęcie/film podczas chodu jak ten film wygląda centralnie z boku? Jestem ciekaw jak to wygląda.

Będziesz go przyspieszał?

[deshipu]

Zgodnie z życzeniem, nagranie z boku:

Jak widać, mam jakiś problem z jedną z nóg -- podjerzewam zepsute serwo, ale niestety nie udało mi się jeszcze ustalić co dokładnie jest nie tak.

Co do przyśpieszenia -- tak jak pisałem, zasięgi nóg są nieoptymalne, przebudowanie nóg pozwoliłoby na robienie większych kroków i przez to zwiększenie szybkości, ale jakoś nie mam na to motywacji. To jest stary eksperyment, który uważam za udany, jednak nie chce mi się do niego na razie wracać. Być może spróbuje jeszcze zaprogramować "trot gait" (to się po polsku chyba "kłus" nazywa?), który jest 2× szybszy kosztem statycznej niestabilności.

[deshipu]

Przebudować starego robota mi się nie chciało, ale za to zrobiłem drugiego z podobną konstrukcją, ale innym ustawieniem nóg. Ten wygląda bardziej jak pająk:

Następny krok, to przerobienie 4 serw na ciągłą rotację i dodanie ich z kółkami na końcach nóg.

[Treker (Damian Szymański)]

deshipu, i jak się sprawdza to inne ustawienie nóg? Na kołach będziesz stawiał jeszcze innego robota, czy przerobisz tego?

[deshipu]

deshipu, i jak się sprawdza to inne ustawienie nóg?

Jak widać na wideo, sprawdza się całkiem nieźle. Można jeszcze przyśpieszyć -- ja dałem dość spore pauzy, żeby serwa na pewno osiągnęły zadaną pozycję. Oczywiście tak samo jak pierwsza Katka, także ten robot ma problemy ze skręcaniem -- trzeba to robić "czołgowo", a wiadomo, że wtedy są poślizgi.

Na kołach będziesz stawiał jeszcze innego robota, czy przerobisz tego?

Raczej przerobię tego. Przerobiłem już nawet jedno SG90 na continous rotation, ale zorientowałem się, że i tak muszę mieć jakieś kółka, więc po prostu zamówiłem cztery gotowe serwa z "okrągłą" dźwignią (czy jak się "servo horn" po polsku nazywa). Przy odrobinie szczęścia uda mi się to zrobić tak, żeby skręcać się dało na kołach, a chodzenie było do pokonywania większych przeszkód. Ma to wyglądać mniej więcej tak:

Jak ktoś oglądał GITS Arise, to pewnie mu to będzie wyglądało znajomo. Kółka są pod kątem, więc da się je skręcać przesuwając nogi do przodu i do tyłu. Dam znać jak będę miał jakieś konkrety.

[Treker (Damian Szymański)]

Czerwone elementy będziesz drukował?

[deshipu]

Czerwone elementy będziesz drukował?

Raczej użyję kawaków plastiku dostępnych w powszechnym obiegu. Kopułkę zrobię z połowy przezroczystej "bombki" z Empiku, opancerzenie nóg na początek wytnę z plastiku z opakowań, a potem może wymienię na grubsze, wycięte z pleksy. Generalnie do prototypowania wolę wycinać rzeczy ręcznie, bo wtedy mogę je sobie przypasowywać i poprawiać. Być może na drukarce 3D wydrukuję "oko", bo piłeczka pingpongowa wychodzi trochę za duża