bara
sageata yellow_thing
Yellow Thing este numele sub care am decis sa fie cunoscuta partea hardware a proiectului Opencyclone. Am creat acest bot pentru ca oamenii in general nu prea inteleg ce se intampla dincolo de ecranul calculatorului, considerand inteligenta artificiala ceva de domeniul fictiunii. Atunci cand aduci ceva plauzibil in fata, oamenii inclina sa creada ca nu mai esti atat de nebun. Pe scurt este vorba despre un cyborg de dimensiuni reduse (circa 17cm inaltime), un bot destinat externalizarii unei entitati artificiale deja existente numita Cyclone, partea software a acestui proiect.

Ce aduce nou din punct de vedere constructiv este mersul biped in 4 timpi si numarul de motoare folosite - 2, motoare simple de curent continuu 12Vcc (fig.1 - 1,2). Paradoxal este un robot pur analogic, fara nici un fel de circuit digital pe el. Cu toate acestea nimeni nu poate spune despre el ca nu este o entitate inteligenta, atata timp cat vorbeste si se misca. Acest lucru m-a dus la concluzia ca pot exista masini inteligente fara a beneficia de un sistem de calcul instalat pe ele (acesta este unul dintre conceptele prezentate la sectiunea Concept a site-ului). In fig. 1 am pus in evidenta cateva dintre caracteristicile fizice. Materialul galben pe care il vedeti in imagine si caruia i se datoreaza numele (Yellow Thing) este sticlotextolitul. De ce l-am ales si de ce sunt adeptul lui? Pentru ca este unul dintre cele mai dure, mai elastice si mai usoare materiale l-a care puteti avea acces in orice magazin de componente electronice (are rezistenta la uzura perpendiculara apropiata de cea a cuprului, are fermitatea tablei de otel si densitatea mai mica ca cea a aluminiului). Aceste calitati se datoreaza structurii celulare pe care o are. In general duritatea lui scade o data cu opacitatea (textolitul galben sau verde are puritate si duritate mai mare decat cel alb). Intr-un cuvant este un material foarte bun pentru constructia de angrenaje si parti mecanice. Si sa nu uitam ca nu oxideaza si este un izolator extraordinar. Proiectarea propriu-zisa si executia mecanismului se face pe hartie milimetrica cat se poate de clara. Nu se pot accepta erori mai mari de 0,25mm in ceea ce priveste pinionii si rotile dintate. Si iata ca am ajuns la un punct trist din acest material. Practic trebuie sa cautati roti dintate in putinele magazine care exista si sa va ganditi la un mod de ale imbina pentru a obtine un reductor cat mai performant (fig.1 - 10). Exista foarte putine modele de roti dintate pe care le puteti cumpara asa ca totul e o chestiune de experienta si proiectare. In acest material nu am de gand sa dau cotatii si nici informatii despre continutul propriu-zis al reductoarelor pentru ca piesele folosite sunt de serie si atunci va dati seama ca poate fi multiplicat usor. Un alt aspect care trebuie mentionat este tehnologia de prelucrare, care dupa cum se observa in imagine este bidimensionala, volumul fiind obtinut prin folosirea de distantieri. Si acestia sunt de dimensiuni standard (ex: 5, 8, 10, 15, 20, 25...mm mama-mama, mama-tata sau tata-tata) asa ca iarasi revine problema inovatiei. Daca totul ar fi decurs normal pana acum proiectarea articulatiilor. In cazul meu am folosit 3 tipuri de articulatii: unghiulare, circulare si liniare (fig.1 - glezne,3,4). Pot sa spun ca articulatiile circulare (tubulare) sunt cele care introduc cele mai multe erori in mecanism, si aceasta pentru ca astfel de articulatii se pot face perfect doar cu ajutorul unui strung. Puteti de pilda sa cautati pentru un surub de 3mm ceva care sa-i serveasca drept bucsa (3.1mm). Proiectarea intregului sistem se face modular, in asa fel incat sa poata fi dezasamblat si reasamblat la nevoie fara nici o problema. De asemenea sa nu exista conflicte de imbinare (un modul A sa nu poata fi asamblat cu C, pentru ca alt modul B este legat depinde de C si incomodeaza). Asta se intampla de obicei pentru cazurile in care se incearca sa se foloseasca volumul ocupat la maxim (tine de perspectiva proiectarii). Am spus asta pentru ca un exemplu este sasiul rabatabil de fixare al cablajelor cat si a bateriilor puntii de tensiuni. Evident este un exemplu reusit. Practic cele doua paliere mecanice destinate celor doua motoare contin intre ele acest sasiu rabatabil. L-am gandit pentru a avea acces mai usor la diferite zone inaccesibile altfel dupa montarea fixa, daca aceasta ar fi fost facuta (fig.1 - 12). De acest sasiu depind toate cablajele robotului asa cum am spus. Cel mai vizibil in imagine este emitatorul stereofonic, care are rolul de a prelua semnalul acustic al interlocutorului uman si de a-l transmite catre un receptor conectat la placa de sunet. De asemenea din placa de sunet se extrage semnal si se transmite inapoi lui Yellow Thing. Emitatorul este unul cu doua canale distincte ce asigura in placa de sunet acoperire de 20m cu deshidere de 240°. Antenele trebuie confectionate din materiale care sa respinga parazitii cat si influenta reciproca (eu de pilda am folosit miez de cablu de tv pentru ca este elastic, nu se va rupe sau deforma niciodata si pe de alta parte pentru ca suplineste parazitii de joasa frecventa datorati functionarii motoarelor). Frecventa folosita este reglabila, 88-108MHz (trebuie sa tinem cont si de posturile de radio din FM). Microfoanele sunt montate in asa fel incat sa acopere 2x120°.

descriere_1
Fig. 1 - Yellow Thing - privire de ansamblu
Descriere:

1 - motor picior dreapta
2 - motor picior stanga
3 - articulatie circulara
4 - articulatie liniara
5 - antena emitator dreapta
6 - antena emitator stanga
7 - microfon capacitiv (emitator dreapta)
8 - microfon capacitiv (emitator stanga)
9 - ax-manivela (iesire reductor)
10 - bloc reductor
11 - bloc emitator stereofonic
12 - sistem de prindere rabatabil (sasiu cablaje)
13 - cavitate acumulatori (punte de tensiuni)

Puntea de tensiuni este un circuit de alimentare special gandit pentru a alimenta in paralele mai multi consumatori diferiti ca si cerinte, fara a afecta intr-un fel modulele. Se pot obtine astfel pornind de la o baterie de 9V tensiuni in urmatoarele trepte: 1,5-3,0-4,5-6,2-7,5V la 250mA. Am creat acesta punte de tensiuni special pentru a scapa de problema alimentarii diferitelor circuite (emitatoarele FM-1,5 V(sub 3mA, nici macar un LED), receptorul FM-4,5V(20mA), emitatoarele de senzori-7,5V(6x10mA), receptorul de comenzi-4,5V(25mA)). Receptorul FM functioneaza si intre 88-108MHz, in fapt nu este un receptor obisnuit, ci unul modificat pentru a nu avea neplaceri cu posturile de radio in FM. Emitatoarele de senzori lucreaza in 28 MHz pe baza de cristal de quartz, sunt astfel foarte usor de "impachetat" pe o placuta de textolit simplu placat de 3x3cm. De asemenea recetorul de comenzi lucreaza tot in jurul valorii de 28MHz (evident toate acestea nu se suprapun); el este un pic mai mare: 5x5cm.

Cablajele se executa pe sticlotextolit. Exista tusuri speciale. Fiecare lucreaza la dimensiunile la care poate. Eu folosesc 0.25 sau 0.5mm grosime traseu. Imi place sa fac cablaje perfecte asa ca nu lucrez cu mana libera ci folosesc matrite (ies exact ca de fabrica). Evident traseele se proiecteaza pe hartie milimetrica inainte si nu oricum ci avand toate piesele si masurand distantele intre terminale pentru a nu forta componentele la asamblare. Decaparea placilor se face in clorura ferica, preferabil nefolosita sau putin folosita. Clorura ferica uzata totusi nu este neaparat sa o aruncati, puteti sa o folositi la decaparea totala a placilor de textolit, dar in nici un caz nu folositi clorura veche atunci cand aveti trasee pentru ca le altereaza. Un cablaj reusit ofera mai multa siguranta in timp. Puteti sa folositi spray-uri izolatoare (verde). Mie unul nu imi plac, prefer sa cositoresc traseele cu un strat fin si uniform. Lipirea componentelor se face cu un letcon de max 40W(3-4sec./lipitura) si nu cu un pistol de lipit cum ati fi tentati, pentru ca din experienta va spun ca desi se incalzeste la comanda, pistolul de lipit distruge atat cablajele in general cat si componentele.

descriere_1
Fig. 2 - Yellow Thing - privire din profil
Descriere:

1 - articulatie exterioara
2 - articulatie interioara
3 - panou de conectare punte de tensiuni
4 - extensie module de comenzi

In fig. 2 avem imaginea din profil a robotului. Articulatiile glesnei sunt gandite in asa fel incat sa simuleze un volum al piciorului, ceea ce ii confera stabilitate (fig.2 - 1,2). Panoul de alimentare (fig.2 - 3) mai are un pachet de comutatoare pentru a decupla oricare dintre liniile de alimentare specificate mai sus fara a fi nevoie de interventii asupra cablajelor. La momentul la care au fost facute pozele receptorul de comenzi si emitatorul de senzori nu erau gata. Din acest motiv in fig.2 - 4 nu apare nimic asamblat in spate acolo unde vine extensia de module.

Blackbox-ul care se conecteaza la echipamentul de calcul este format din receptorul de senzori si emitatorul de comenzi alturi de pachetul pentru receptia si transmisia de semnal audio. Prin echipament de calcul nu inteleg numai PC ci si alte arhitecturi de calcul ce este important este ca acestea sa ruleze un Linux/UNIX. Acest blackbox este vazut de catre Linux ca un dispozitiv serial, programarea fiind facila pentru cei care cunosc acest OS (vezi Serial HOWTO si Serial Programming HOWTO).

Probabil cel mai interesant lucru din tot acest material este modul in care se misca acest robot. Secretul sta in combinarea miscarilor de rotatie, translatie si oscilatie. Pentru a obtine deplasare avem nevoie ca cele doua iesiri ale reductoarelor sa fie in antifaza (180°). Si totusi, cum isi mentine echilibrul? Se stie ca miscarea bipeda insemna de fapt mutarea centrului de greutate de pe un picior pe altul. Asta inseamna ca vectorul greutate trebuie sa intersecteze suprafata de sprijin (talpa) in interior. Tocmai din acest motiv talpile acestui robot nu sunt plate. La faza maxima (fig.4,6) greutatea corporala se muta pe piciorul respectiv (drept,stang). Fazele mici (fig.3,5) au rolul de a asigura deplasarea maxima. Si atunci, de ce doua motoare si nu unul singur? Pentru ca robotelul poate sa efectueze si rotatii pe un singur picior, deci poate sa isi schimbe directia de mers. De altfel poate sa mearga si cu spatele.

miscare_1
Fig. 3 - Yellow Thing - faza mica (1)
miscare_2
Fig. 4 - Yellow Thing - faza maxima (1)
miscare_3
Fig. 5 - Yellow Thing - faza mica (2)
miscare_4
Fig. 6 - Yellow Thing - faza maxima (2)

Asa cum v-ati dat seama este vorba despre proportii geometrice "de aur". Initial doream sa creez un robot de dimensiuni mai mari, dar pofta mi-a fost taiata de lipsa cu desavarsire a oricaror componente mecanice prefabricate (motoare pas cu pas reductibile, limitatoare, articulatii, reductoare etc.). In Romania nu ai nici o sansa sa poti sa construiesti ceva decat daca esti destul de versat si ai o experienta solida. De fapt, daca stau bine sa ma gandesc, mai este o sansa, aceea de a cumpara chituri prefabricate de peste tari si mari si sa te prefaci ca ai contribuit cu ceva, asamblandu-l. Cam asa se practica la noi astazi robotica experimentala, si sa nu uitam, multa, multa teorie la teorie si simulare la simulare. Este pacat totusi ca nu intereseaza aproape pe nimeni acest aspect. Secolul acesta o sa fie cu siguranta unul dedicat inteligentei artificiale pentru ca practica a demonstrat ca robotii ganditi cu comportament fix (adus la model matematic) nu vor face fata cerintelor crescande impuse in realitate.
bara
sf_net