Один из возможных принципов создания роботов на основе платы Arduino – это использование готовых корпусов и разработка собственной начинки. В интернете можно найти большое количество различных видов каркасов, которые зачастую также включают в себя механическую базу (гусеницы, колеса, двигатели, шарниры и т.п.). Купив готовый корпус, можно целиком сосредоточиться на модификации робота и создании программы для управления. Рассмотрим наиболее популярные, из имеющихся в свободном доступе, корпуса-скелеты роботов. Существуют 3 основных типа платформ для роботов:
– Платформа на колесах (Четырехколесные, Двухколесные);
– Платформа на гусеницах;
– Платформа «шагающая» (робот-паук)
Платформа, оснащенная четырьмя колесами, на каждое из которых крепится и подключается отдельный мотор – это, однозначно самая эффективная и простая база для построения робота. Поскольку все колеса вращаются независимо, то такой тип привода называется дифференциальным. Колеса вращаются отдельно друг от друга, поэтому для разворота на месте достаточно один ряд колес запустить вперед, а другой ряд – назад. И платформа будет разворачиваться на месте вокруг центра между рядами колесами. В интернете продается много различных заготовок такого типа. Моторы идут в комплекте. Такая платформа может быть использована как основа автомобиля или любого другого ездящего робота. При использовании всех колес в качестве ведущих увеличивается проходимость, скорость и грузоподъемность робота. А также мы можем использовать более дешевые типы моторов, т.к. в этом случае количество компенсирует их качество.
Рис. 1. Платформа на четырех колесах [1]
Следующей платформой для создания робота на базе Arduino мы рассмотрим двухколесную платформу. Шасси имеет два ведущих колеса, для дополнительной устойчивости встраивают шаровые или вращающиеся роликовые ножки. Данный тип робота также использует дифференциальный тип привода. Из положительных качеств платформы такого типа можно отметить: снижение веса конструкции, уменьшения ее стоимости, возможность уменьшить ее габариты. В связи с тем, что только к двум колесам подключены моторы, значительно уменьшается проходимость робота, его скорость, грузоподъёмность, ухудшается устойчивость.
Рис. 2. Трехколесная платформа для робота [2]
Гусеничный привод работает аналогично дифференциальному у четырехколесной платформы. Отличие заключается в том, что гусеничная лента соприкасаются с землей не в одной точке, как колесо, а площадь контакта растянута по всей длине. Что увеличивает сцепление с поверхностью и проходимость, на мягком грунте уменьшает проскальзывание при движении. При слишком большой силе трения, гусеничная лента может слететь с колес, что довольно часто происходит с дешевыми шасси. [8] Роботы на гусеничных шасси более устойчивые и обладают большей проходимостью чем те, что на колесах. Однозначным плюсом такой конструкции является то, что достаточно всего двух моторов, по одному на каждую ведущую звёздочку, чтобы привести систему в движение. Но это является и недостатком, так как появляется необходимость в более мощных, а значит и более дорогих, моторах.
Рис. 3. Гусеничные шасси [3]
В перечисленных выше каркасах используются моторы постоянного тока с рабочим напряжением до 12 В. Рассмотрим два электродвигателя, которые кардинально отличаются друг от друга ценой и мощностью.
Самый распространенный электродвигатель 130 класса (Напряжение питания: 3 – 12 В, Скорость: 270 об/мин (6В), Крутящий момент: 1.4 кг·см (6В)). Данный тип двигателя имеет небольшой вес, малую стоимость и неплохие показатели скорости и крутящего момента. Его мощности хватает для использования в четырехколесных и двухколесных шасси. Однако для больших корпусов на гусеницах силы двух таких моторов может не хватить для того, чтобы сдвинуть робота с места.
Рис. 4. Электродвигатель 130 класса с редуктором [4]
Электродвигатель постоянного тока 775 класса (Напряжение питания: 12 – 24 В, Скорость: 3500 об/мин (12В), Крутящий момент: 2 кг·см). В сравнении с предыдущим двигателем, данный обладает намного большей скоростью и мощностью, что сказывается на его габаритах и значительном увеличении стоимости. Данный мотор можно применять как в гусеничном, так и в многоколесном шасси.
Рис. 5. Электродвигатель 775 класса [5]
Одна из популярных форм робота на сегодняшний день – паук. Такой робот обладает хорошей устойчивостью, проходимостью, возможностью изменять свою высоту во время движения. Из минусов можно отметить небольшую скорость и плохую манёвренность. В отличие от платформ на колесах, конструкция паука предусматривает движение в любую сторону без поворота. Вторым его отличительным признаком является использование сервоприводов в качестве движущего элемента. В большинстве моделей под каждую лапу нужно 2–3 привода, и таких лап обычно не меньше четырёх. Кроме того, из-за большого числа сервоприводов для управления потребуется – многоканальный контроллер управления сервоприводами. В итоге стоимость паука может получиться достаточно высокой.
Рис. 6. Корпус для робота-паука [6]
В модели паука как правило используют либо дешевый сервопривод SG90, либо более дорогой и более мощный MG 996R. Серво привод MG996R (Рабочее напряжение: 4.8 – 7.2 V, Усилие: 10 кг/см, Размеры: 40.7 x 19.7 x 42.9 мм, Угол поворота: 120°) позволяет делать тяжелых металлических роботов с большой грузоподъёмностью и достаточно быстрой скоростью передвижения.
Рис. 7. MG996R [7]
SG 90(Напряжение питания: 3 – 5В, Усилие на валу: 1.2кг/см (4.8В); 1.6кг/см (6.0В), Размер: Микро (22 мм х 11,5 мм х 27 мм), Угол поворота: 160°). В сравнении с предыдущим данный сервопривод является менее мощным и не обладает большой скоростью поворота. Как правило, используется в небольших и легких моделях, сделанных из пластика, либо гибридах из железа и пластика.
Рис. 8. SG90
Готовые корпуса для роботов, которые были рассмотрены, предполагают большое разнообразие в проектировании. В них нет ограничения по использованию плат, будь то Arduino или другие «мозги». Одно из главных преимуществ данного способа перед разработкой робота с нуля в том, что мы можем не отвлекаться на проектирование конструкции и поиск нужных материалов. Такой привод для робота выглядит вполне серьезно и делает любой проект похожим на промышленный. [9]
Однако самым интересным, но и очень сложным, является полностью самостоятельное проектирование и создание робота. Разработка платформы из подручных материалов, будь то приспособленные для этих целей игрушечные машинки, или старые компьютерные мышки, или другой отслужившая свой срок техника может стать не менее увлекательной, чем программирование готового робота. Да и полученный результат будет совершенно уникальным. Исходя из выше приведённого, нам наиболее интересно для создания робота платформа на четырех колесах.