Skocz do zawartości
deshipu

Buduj małe roboty

Pomocna odpowiedź

Najłatwiej jest zbudować coś małego. Dlaczego?

Prawo Sześcianu

Prawo sześcianu w tym przypadku oznacza wzór, którego możesz użyć żeby policzyć jak zmieni się masa twojego robota przy zmianie wielkości, przy założeniu użycia tych samych materiałów. Mówi on, że masa rośnie proporcjonalnie do trzeciej potęgi rozmiaru. Przykład:

Oczywiście założenie o użyciu tych samych materiałów jest bardzo optymistyczne, o czym przekonamy się za chwilę.

Siła Aktuatorów

Aktuator to ta część robota, która jest odpowiedzialna za właściwe poruszanie. Może to być serwomechanizm, silnik, siłownik, sztuczny mięsień czy cokolwiek innego. W miarę jak twój robot rośnie, rosnąć też musi siła aktuatorów, których używa.

Weźmy za przykład zwykłe serwo modelarskie. Jego moment obrotowy zazwyczaj wyraża się w kilogramach (siły) razy centymetr (można też w newtonometrach, jak ktoś lubi standardowe jednostki). Serwo o momencie 1kg×cm może udźwignąć ciężarek o masie 1kg na dźwigni o długości 1cm, albo ciężarek o masie 0.5kg na dźwigni o długości 2cm, albo ciężarek o masie 2kg na dźwigni o długości 0.5cm i tak dalej. Widzimy już, że jeśli dwukrotnie wydłużymy nogi robota, to potrzebować będziemy serwo o dwukrotnie większym momencie obrotowym, zakładając niezmienną wagę. W praktyce prawo sześcianu mówi, że masa jednak urośnie, więc potrzebne będzie znacznie silniejsze serwo.

Ale to nie koniec. Im mniejsze serwo, tym jest lżejsze i tańsze (przynajmniej do granicy 9g, mniejsze już się robią droższe, bo nie są tak popularne). Jasne, moment obrotowy także się zmniejsza, ale nie tak szybko jak waga. Poniżej przykładowe porównanie:

Jak widać, mniejsze serwo jest w stanie unieść własną wagę na półmetrowej dźwigni! Większe, mimo, że jest 20 razy silniejsze, jest także 10 razy cięższe, więc dźwignia może być długa co najwyżej na 125cm (a nie 5m, jak moglibyśmy oczekiwać). Podobnie będzie z innymi parametrami: ceną, szybkością, ilością pobieranego prądu. Od pewnej wielkości będą one tak kiepskie, że trzeba będzie użyć hydrauliki.

Wytrzymałość Materiałów

Nie tylko aktuatory muszą być silniejsze. Wytrzymalsze muszą być też wszystkie elementy konstrukcyjne naszego robota. Przez prawo sześcianu nie wystarczy, żeby były po prostu dłuższe i grubsze -- musimy je wykonać z materiałów, które są wytrzymalsze i lżejsze. I oczywiście droższe.

Wytrzymalsze materiały są trudniejsze w obróbce. Już nie wystarczy posklejać wszystkiego na hot glue -- potrzeba specjalistycznych narzędzi i innych technik ich łączenia, takich jak śruby.

Nawet jeśli pokonamy tę przeszkodę, nasz robot będzie bardzo delikatny i kruchy. Jak myślicie, dlaczego kiedy oglądamy jakieś nagrania z Boston Dynamics, to robot zawsze jest podwieszony na linie do sufitu? Dlatego, że jeśliby się przewrócił, to roztrzaskałby się na kawałki. Użyte materiały wystarczają, żeby trzymać wszystko w kupie, ale nie żeby wytrzymać upadek.

Z drugiej strony, najmniejsze z moich robotów spokojnie przetrwały wielokrotne upadki z mojego biurka na podłogę. Robot wielkości karalucha mógłby prawdopodobnie wytrzymać upadek z dachu drapacza chmur. Po prostu opór powietrza nie pozwoli mu osiągnąć prędkości koniecznej do rozbicia się.

Inercja

Powiedzmy, że pokonaliśmy wszystkie trudności, mamy naszego wielkiego robota i go programujemy. Na początek, dla prostoty, po prostu każemy jego kończynom przesunąć się do wyznaczonych pozycji. Kończyny się przesuwają i próbują zatrzymać, trybiki w serwach gubią zęby, wsporniki się łamią, akumulator wybucha. Co się stało?

Nie można tak po prostu przesunąć ciężkiego obiektu i zatrzymać go w miejscu. Raz wprowadzony w ruch będzie kontynuować poruszanie się aż nie wyhamuje. Jeśli ma się zatrzymać w miejscu, to aktuatory muszą wykonać naprawdę dużą pracę, do tego gwałtowne zatrzymanie się oczywiście zdestabilizuje całą konstrukcję. Jeszcze trudniej jest utrzymać przy tym równowagę, bo nasz ZMP (Zero Movement Point), czyli dynamiczny odpowiednik środka ciężkości, przesunie się gwałtownie względem statycznego środka. Planowanie ruchów musi zacząć brać pod uwagę prędkości i przyśpieszenia kończyn i nasz model matematyczny gwałtownie się komplikuje, wymagając znacznie większej mocy obliczeniowej do rozwiązywania układów równań różniczkowych trzeciego stopnia.

Z drugiej strony, kiedy robot jest mały, kończyny są lekkie, a serwa mają nadmiar mocy, możemy sobie pozwolić na znaczne uproszczenia i zignorować bezwładność, bo jej wpływ jest na tyle mały, że pomijalny.

Bezpieczeństwo i Higiena Pracy

No dobra, uparłeś się. Masz budżet, masz materiały i narzędzia, masz silne aktuatory, masz doświadczenie w programowaniu. Co jeszcze może pójść źle?

Na początek obejrzyjmy film:

Silne serwa, duże baterie, wysokie prądy, daleki zasięg ramion, wysoka prędkość, duża masa -- wszystko to oznacza zagrożenia. Potrzebne będą zabezpieczenia. Przyciski do zatrzymania robota, jeden na robocie (brutalnie odcinający dopływ prądu) i jeden zdalny (chyba, ze chcesz gonić robota po tym, jak przebije się na wolność przez ścianę). Linki do podwieszania z sufitu. Odzież ochronna. Gaśnica zdatna do gaszenia urządzeń elektrycznych i płonących baterii litowych. Bezpieczniki. Ktoś, kto będzie regularnie sprawdzał czy nie przygniótł cię czasem twój robot...

To wszystko są dodatkowe koszty i dodatkowe ryzyko. I po co, skoro robot wielkości chomika najwyżej będzie się zabawnie zachowywał jak coś pójdzie nie tak i łaskotał zamiast miażdżyć kości.

Obsługa, Przechowywanie i Transport

Najważniejszy argument zostawiłem na koniec. Małe roboty są wygodne.

Można pracować nad nimi bezpośrednio na swoim biurku, podłączyć do komputera, wyregulować śrubokrętem. Przechowywać w szufladzie. Ładować baterie ładowarką od telefonu albo przez USB z komputera. Można je ze sobą zabierać na konferencje i warsztaty. Można nawet zabrać je do samolotu w bagażu podręcznym (celnicy nawet się bardzo nie dziwią). A jak coś się zepsuje, to można je po prostu podnieść i naprawić.

Z dużymi robotami nie ma tak dobrze. Testowanie odbywać się musi na podłodze, najlepiej w odpowiednio przygotowanym warsztacie lub garażu, albo nawet na dworze. Będą potrzebne specjalne narzędzia i miejsce do przechowywania. Specjalna ładowarka do baterii. Zabranie ich gdziekolwiek to ostrożne pakowanie albo wręcz wynajęcie samochodu. Żeby z nimi lecieć, trzeba zdemontować wszystko co jest wrażliwe na niskie temperatury i ciśnienie i nadać je jako bagaż, modląc się, żeby za bardzo nim nie rzucali. Potem trzeba podokręcać wszystkie śrubki, bo w samolocie od wibracji się często odkręcają. No i te rachunki od murarza kiedy coś pójdzie nie tak...

Wniosek

Buduj małe roboty.

  • Lubię! 2

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

Zgadzam się jak najbardziej, ale dopowiem jeszcze jedną rzecz.

Jak już zamawiam płytki, to je strasznie upycham, by miały jak najmniejszą powierzchnię, i zawsze robię ten sam błąd... W moim przypadku zawsze się o czymś zapomni, a to za mało ledów dałem, a to pomyliłem wielkości otworów i muszę lekko rozwiercać otwory, albo po prostu... zapominam włącznika dodać do schematu...

Ale dlaczego o tym mówię? W takich przypadkach muszę mniej lub bardziej zmodyfikować płytkę, i tutaj robią się schody, gdy płytka jest zbyt mała by cokolwiek ruszyć... Oczywiście w większości przypadków takie modyfikacje się udają, ale jest to duży stres, no i na pewno na większej płytce taka modyfikacja byłaby wytrzymalsza, ładniejsza, pewniejsza i bezpieczniejsza 🙂

PS. Czy mi się wydaje, czy w powyższej wypowiedzi pominąłeś jeszcze jeden fakt... Mniejsze roboty sa po prostu... Tańsze, bo wraz ze wzrostem robota bardzo rosną przede wszystkim ceny aktuatorów i układu zasilania (bo i źródeł, i przetwornic i tranzystorów/mostków).

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

Słuszna uwaga o płytkach. Oczywiście bardzo małe konstrukcje wymagają często większej precyzji, większych umiejętności lutowania, czasem nawet specjalnych wtyczek etc. -- trzeba znaleźć optymalną dla siebie wielkość. Z drugiej strony taki OSHPark cenę uzależnia od wielkości płytki, więc małych można zamówić więcej i więcej eksperymentować -- tylko czas się traci.

Czy mi się wydaje, czy w powyższej wypowiedzi pominąłeś jeszcze jeden fakt... Mniejsze roboty sa po prostu... Tańsze, bo wraz ze wzrostem robota bardzo rosną przede wszystkim ceny aktuatorów i układu zasilania (bo i źródeł, i przetwornic i tranzystorów/mostków).

Chyba napisałem o tym w sekcji o aktuatorach, choć może nie dość dosadnie -- cena wymieniona jest tylko jako jeden z parametrów.

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

deshipu, Mam wrażenie że 125cm to więcej niż 50cm, 2,5/0,11 to nie 10, a 20/2,2 to nie 20. Jednym słowem twój punkt o stosunku wydajności serwa do rozmiaru jest dokładnie na odwrót.

Większe serwo ma LEPSZY stosunek mocy do masy ORAZ ceny.

A poza tym większe = bardziej widowiskowe 😋

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites
Mam wrażenie że 125cm to więcej niż 50cm, 2,5/0,11 to nie 10, a 20/2,2 to nie 20. Jednym słowem twój punkt o stosunku wydajności serwa do rozmiaru jest dokładnie na odwrót.

Masz rację, zamotałem się. Oczywiście powinno być 20 i 10, a nie 10 i 20. Co nie zmienia faktu, że długość dzwigni po przeskalowaniu przez wielkość serwa nadal rozczarowuje. Poprawiłem, mam nadzieję, że teraz jest lepiej.

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

deshipu, oj tam. Prawdziwie męskie konstrukcje to te, w których trzeba użyć gumówki i spawarki, a po złożeniu ma się przynajmniej jedną nową bliznę 😃 :D 😃

Małe roboty:

➕ tanie

➕ podręczne

➕ proste w budowie

➕ mniejsze zapotrzebowanie na energię

➖ mniej widowiskowe

➖ trzeba się nagłowić przy projektowaniu, żeby wszystko upchnąć

➖ a potem rzucać mięsem pod nosem, próbując upchnąć to w rzeczywistości

➖ ciężko zmieścić gotowe moduły

➖ często trudniejsze w serwisowaniu (trudny dostęp do elementów, precyzyjna robota, czy chociażby wymiana wszystkich tht w podstawkach na smd i lutowanie przewodów na stałe zamiast złącz)

Ja osobiście po kilku przygodach z upychaniem wszystkiego do minisumo, stwierdziłem, że potrzebuję odmiany i teraz wisi u mnie projekt robota 35x50cm z napędem 4x4 na silnikach od wkrętarek 😃

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

Dodał bym jeszcze, że warto pomyśleć przy planowaniu konstrukcji o podobnej skali robotach dostępnych komercyjnie.

O co chodzi? Weźmy na przykład napęd robota: jeżeli wstrzelimy się gdzieś między skalę 1/8 RC a kółkami do taczek z Castoramy, wpadniemy z karkołomne poszukiwanie odpowiednich kół. Tak samo gdzieś pomiędzy 1/10 a 1/8 zaczniemy myśleć o przekładniach, zaczynają się schody z doborem przełożeń, wielkością układu napędowego i kosztami.

Wiadomo, mniejsze lepsze, ale pamiętajmy o elementach znormalizowanych 🙂

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

W moim odczuciu nie ma wielkiej różnicy w trudności w odniesieniu do rozmiaru. Większe znaczenie ma chyba już rodzaju stosowanego napędu czy ogólnie koszta jakie wygeneruje budowa. Co nie zmienia faktu, że jeżeli coś tworzę to jest to małe - głównie ze względu na niewielką przestrzeń, którą dysponuje.

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites
W moim odczuciu nie ma wielkiej różnicy w trudności w odniesieniu do rozmiaru.

A jakiego największego robota dotychczas zbudowałeś? Być może mamy na myśli różne skale. Dla mnie roboty ważące powyżej tych dwóch kilogramów są znacznie trudniejsze, właśnie ze względu na czynniki, które wymieniłem w artykule -- miejsce, cena, materiały, bezwładność, transport...

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

Dołącz do dyskusji, napisz odpowiedź!

Jeśli masz już konto to zaloguj się teraz, aby opublikować wiadomość jako Ty. Możesz też napisać teraz i zarejestrować się później.
Uwaga: wgrywanie zdjęć i załączników dostępne jest po zalogowaniu!

Gość
Dołącz do dyskusji! Kliknij i zacznij pisać...

×   Wklejony jako tekst z formatowaniem.   Przywróć formatowanie

  Dozwolonych jest tylko 75 emoji.

×   Twój link będzie automatycznie osadzony.   Wyświetlać jako link

×   Twoja poprzednia zawartość została przywrócona.   Wyczyść edytor

×   Nie możesz wkleić zdjęć bezpośrednio. Prześlij lub wstaw obrazy z adresu URL.


×
×
  • Utwórz nowe...