Hexapod - jak jsme vyvinuli šestinohého robota

Hexapod - jak jsme vyvinuli šestinohého robota

Moderní svět je založen na stále dokonalejší automatizaci ulehčující lidem život. Roboti či drony našli uplatnění všude, kde by člověk mohl pochybit, nebo dokonce přijít k úrazu. Najdeme je ve všech možných odvětvích průmyslu, v armádě, ve zdravotnictví, jako součást integrovaného záchranného systému a na dalších místech. Existují roboti prohledávající rizikové objekty například zřícené budovy, objekty, kde došlo

k úniku nebezpečných chemikálií či objekty, které byly staticky narušeny a hrozí jejich zřícení. Dalším odvětvím s širokou škálou využití je výzkum vesmíru. Pro různé aplikace se však hodí odlišné konstrukce.
Existuje mnoho konstrukcí na dálku (popřípadě autonomně) řízených robotů. V praxi používaní roboti se dají z pravidla rozdělit do tří základních kategorií, totiž vozítka s koly, pásoví a kráčiví roboti. Uvnitř patrových budov (schodiště), velmi komplikovaných exteriérů či v některých oblastech kosmického výzkumu první dvě řešení nestačí. V těchto případech je nutné použít právě kráčivé roboty. Tito roboti nemají problém zdolat složitý terén, který by byl pro výše zmíněné typy nepřekonatelnou překážkou. Ovládání těchto robotů je náročné, a proto tato konstrukce není hojně užívána. Právě touto problematikou se naše práce zabývá.

Hexapod
Šestinohý robot, dále jen hexapod, byl kompletně navržen a sestaven naším týmem pod vedením Ing. Romana Čečila v SVČ Plzeň. Ke konstrukci robota, jehož každá noha disponuje třemi stupni volnosti, byly použity hliníkové díly, 18 modelářských servomotorů, moderní elektronika a plastové díly zhotovené na 3D tiskárně. Během stavby jsme museli:
 Navrhnout mechanické hliníkové díly pro konstrukci robota
 Navrhnout a realizovat řídící elektroniku (radiový transciever, řadič servomotorů) - tj. sestavit schéma, navrhnout desky plošných spojů, osadit je součástkami
 Navrhnou a realizovat komunikační destičku pro řízení robota z PC
 Vyvinout matematický aparát a algoritmy umožňující koordinované řízení složitých pohybů (18 kloubů na 6 nohou)
 Vytvořit uživatelsky přívětivé softwarové rozhraní pro ovládání robota - toto rozhraní obsahuje několik pohybových módů. Například: Chůzi v různých směrech, otáčení po a proti směru hodinových ručiček, natáčení v osách X, Y a Z a další variace těchto pohybů.

hexatym

Náš tým
Robot byl kompletně vyvinut, zkonstruován a naprogramován na kroužku robotiky v SVČ Radovánek na pobočce v Sadech Pětatřicátníků týmem vedeným Romanem Čečilem. Bylo zapotřebí vytvořit návrh konstrukce, vyvinout vlastní řídící elektroniku, matematický aparát k popisu kinematiky a přívětivé uživatelské rozhraní pro ovládání robota. Členy týmu jsou Ondřej Brichta, Milan Malina, Martin Stránský, Lukáš Kožíšek a Martin Klíma.

Dosavadní úspěchy
S naším projektem jsme se zúčastnili soutěže odborných prací Středoškolská odborná činnost v oboru matematika a statistika. Podařilo se nám postoupit až do celostátního kola, kde jsme se umístili druzí. Na základě tohoto úspěchu jsme získali četná ocenění (například Cena MŠMT, Cena společnosti Otakara Borůvky za aplikovanou matematiku a Cena děkana FJFI ČVUT v Praze). Současně jsme byli nominováni na účast v zahraničních soutěžích.

Zahraniční soutěže
Širší nominaci na zahraniční soutěže se nám podařilo proměnit v další úspěch. Naše práce byla odbornou komisí vybrána, aby Českou Republiku reprezentovala na mezinárodní soutěži BYSCC (Beijing Youth Science Creation Competition) a pravděpodobně i na konferenci ISTF (International Swiss Talent Forum). Zde jsou každoročně představeny nejúspěšnější projekty studentů z celého světa. Jednotlivé práce mají vysokou kvalitu.
Na BYSCC jsou z ČR vybrány čtyři práce. Nebylo snadné účast obhájit, přesto se však domníváme, že konstrukční řešení našeho robota světové (profesionální) úrovně ještě nedosahuje (současné zařízení bylo koncipováno jako prototyp). Abychom mohli reprezentativně zastupovat Plzeňský kraj a tím pádem Českou republiku, bylo by zapotřebí zdokonalit konstrukci robota za použití kvalitnějších komponent. SVČ Radovánek má naneštěstí omezený rozpočet, a proto se obracíme na Vás, zda by bylo možné projekt finančně podpořit. Myslíme si, že náš kraj si zaslouží důstojnou reprezentaci.
hexauspechy

Nový model
Během předváděcích akcích jsme se setkávali s konstrukčními nedostatky, které byly způsobeny omezenými finančními prostředky. Tyto problémy bude eliminovat nová konstrukce. Ta bude obsahovat karbonové tělo kvůli nižší hmotnosti, adekvátnější servomotory, baterie s vyšší kapacitou a novou výkonnější i úspornější řídící jednotku.

Závěr
Výrazné kompromisy v konstrukci a použitých komponentách, plynoucí z omezeného rozpočtu, nezanedbatelně zhoršují nejen první dojem z hexapoda - použitá modelářské servomotory nejsou dimenzována na požadovanou zátěž, což vede k nespolehlivost pohybu. Celostátní komise SOČ svým hodnocením vyjádřila, že hexapod má potenciál, pomozte nám jej, prosíme, rozvinout. Bude reprezentovat nejen nás, ale i Plzeňský kraj a Českou republiku.

středa, 23 leden 2019 00:24