רובוט 4X4 בעל עבירות גבוהה עם יכולת כיסוי שטח יעיל פרויקט דו – סמסטריאלי: רובוט 4X4 בעל עבירות גבוהה עם יכולת כיסוי שטח יעיל מציגים: ניקולאי מושייב ונועם מרדכי מנחה: מר קובי כוחיי

תוכן עניינים -מבוא -למידת המבנה הבסיסי -תכנון מבנה הרובוט לצורך עבירות גבוהה -כיסוי שטח יעיל -אפשרויות הרחבה לפרויקט -סיכום -סרטון הדגמה

מבוא מטרת הפרויקט: סביבת העבודה: בניית רובוט שטח 4X4: - בעל עבירות גבוהה בתנאי שטח קשים. - בעל יכולת כיסוי יעיל של שטח מוגדר. סביבת העבודה: -ערכת רובוט של חברת VEX. -תוכנת MPLAB לתכנות הבקר.

למידת המבנה הבסיסי רכיבי מבנה הבסיס: -בניית רובוט פשוט 4X2 בהתבסס על ערכת VEX על מנת להכיר את המערכת וללמוד את יכולותיה. רכיבי מבנה הבסיס: -בקר -מנועי DC -באמפר -שלט ואנטנה

הבקר כניסה סריאלית אספקת מתח V7.2

16 פורטי O/I הניתנים לקביעה ולשינוי הבקר מיפוי פורטים יציאות המנועים 16 פורטי O/I הניתנים לקביעה ולשינוי Interrupts

מנוע DC -עקרון פעולה: -מהירות סיבוב : -מומנט סיבוב: העברת זרם חשמלי דרך סליל ויצירת שדה מגנטי המניע את ציר המנוע עקב כוח סיבובי (מומנט). -מהירות סיבוב : RPM 100 במתח אספקה של V7.5 -מומנט סיבוב: Lbs 6.5

באמפר -מחובר לקדמת הרובוט ומתריע על מכשול בעת התנגשות. עקרון הפעולה: לחיצה A/D בקר אות אנלוגי אות דיגיטאלי - מהווה פתרון לא אלגנטי לבעיית זיהוי מכשולים ועל כן ויתרנו עליו בעת תכנון המבנה הסופי.

שלט ואנטנה מערכת קליטה שידור סטנדרטית: .RF-המשדר והמקלט עובדים בתדרי -הגל הנושא מהמשדר למקלט הוא גל .FM רדיו מאופנן 75.97MHz -תדר עבודה: -למערכת 6 ערוצים: 4 אנלוגיים ו-2 דיגיטאליים.

תכנון מבנה הרובוט לצורך עבירות גבוהה הרעיון - ניסוי וטעייה. נתונים כלליים: - מימדי הרובוט: - אורך:43 ס"מ. - רוחב:30 ס"מ. - משקל (כולל סוללות): 3 ק"ג.

תכנון מבנה הרובוט לצורך עבירות גבוהה - 4 מנועי זרם ישר – הנעה דיפרנציאלית, מנוע לכל גלגל. מנוע זרם ישר

תכנון מבנה הרובוט לצורך עבירות גבוהה - גלגלי שיניים – יחס תמסורת גבוה המקנה לרובוט כוח על חשבון מהירות.

תכנון מבנה הרובוט לצורך עבירות גבוהה -גלגלים בעלי אחיזה חזקה בשטח. 5 Inches -קוטר 0.35 lbs -משקל

תכנון מבנה הרובוט לצורך עבירות גבוהה בעיות ופתרונן: הבעיה: מכשולים נמוכים הנכנסים בין גלגלי הרובוט וגורמים לעצירת התנועה. הפתרון: הוספת 4 גלגלי גומי קלים בגחון הרובוט שאינם נוגעים בקרקע ומסייעים בהתגברות על המכשולים. גלגלי הגומי הנמצאים על ציר הגלגלים הגדולים

תכנון מבנה הרובוט לצורך עבירות גבוהה בעיות ופתרונן: הבעיה: קדמת הרובוט נמוכה ונמצאת לפני הגלגלים ולכן גם מכשולים נמוכים עוצרים את תנועת הרובוט. הפתרון: סט גלגלים פאסיביים קדמיים הנמצאים בקדמת הרובוט ולא נוגעים בקרקע – מסייעים בעלייה הראשונית על המכשולים. 4 גלגלים פסיביים

תכנון מבנה הרובוט לצורך עבירות גבוהה חלופות שנבחנו: גלגל חמישי המחובר למנוע זרם ישר ונמצא בקצהו האחורי של הרובוט. יתרונות: מוסיף עוד כוח ומסייע בחילוץ הרובוט במקרה של התחפרות בשטח. חסרונות: מוסיף משקל רב, גורם להקטנת המהירות באופן משמעותי ומגביל את תנועת הרובוט.

רכיבי עזר בהם השתמשנו להשגת המטרה: כיסוי שטח יעיל רכיבי עזר בהם השתמשנו להשגת המטרה: -Optical Shaft Encoder -UltraSonic Sensor -רכיבים אלו מקבלים קלט חיצוני מהסביבה ושולחים אותו כמשתנה לבקר. בחינת 3 חלופות לאלגוריתם כיסוי השטח: -כיסוי שטח ספיראלי. -מעקף מכשולים. -שתי וערב.

כיסוי שטח יעיל Optical Shaft Encoder: -הרכיב בנוי כמעגל ומורכב מ-90 שנתות. -לרכיב ישנה נורה אינפרא-אדומה השולחת גלי אור באופן קבוע לגלאי קטן הנמצא מתחתיה. -הרכיב סופר את מספר הפעמים בהן האור אינו מגיע לגלאי, מרגע הדלקת הרכיב ועד הפסקת פעולתו.

כיסוי שטח יעיל Optical Shaft Encoder: -מספר השנתות שהרכיב ספר בפרק הזמן שהוקצה לו מאפשר ידיעת מספר הסיבובים שהגלגל עשה. -חישוב פשוט מאפשר לדעת את המרחק שעבר הרובוט בפרק זמן נתון. היקף המעגל ידוע.

כיסוי שטח יעיל רכיב אולטרא-סוני עקרון העבודה: -המשדר שולח גל קול לעבר המכשול והגל החוזר מגיע למקלט. 40. KHz-תדר העבודה אולטרא-סוני: -הזמן הלוקח לגל הקול להגיע למשדר נקרא .Round Trip Delay -הנוסחה לחישוב מרחק הרובוט מהמכשול: *הערה - מהירות הקול תלויה בטמפרטורה ובגובה.

כיסוי שטח ספיראלי יתרונות: חסרונות: -אלגוריתם קל למימוש. -חסכון בחומרה: דרושים רק 2 גלאים. -מהירות בכיסוי השטח. חסרונות: -הצבת מכשולים דורשת שדרוג האלגוריתם. -שטח רב אינו מכוסה.

כיסוי שטח באמצעות מעקף המכשולים יתרונות: -כיסוי שטח יחסית מלא. חסרונות: -סרבול. -סיכוי גדול יותר לשגיאות. -תלות במכשול.

שתי וערב- החלופה הנבחרת יתרונות: -כיסוי שטח מצוין. -אי תלות בסוג המכשול. -פשטות. חסרונות: -סריקה איטית. -מתאים לשטחים מלבניים.

אלגוריתם שתי וערב בעיות ופתרונן הבעיות: ההשלכות: הפתרון: -ישנו מרווח קל בין מרכז כל גלגל לבין הציר העובר דרכו, דבר היוצר סיבוב חלקי של הגלגל שאינו נקרא ע"י הרכיב האופטי, כך שהערך הסופי המתקבל ברכיב הוא מעוות ומכיל בתוכו שגיאה אקראית. -מרווח קל בין גלגלי השיניים בכל אחת מן התמסורות. ההשלכות: הרובוט לא פונה בדיוק ב-90/180 מעלות. הפתרון: הבעיה הראשונה: בעזרת בית המלאכה, הידוק הגלגלים לציר. הבעיה השנייה נותרה בעינה ויוצרת שגיאה מינורית בתנועה.

אלגוריתם שתי וערב בעיות ופתרונן פתרון אלטרנטיבי – שימוש ברכיבי הצד האולטרא סוניים: ייצוב הרובוט על סמך קריאת המרחק הקצר ביותר מהקיר בעזרת הרכיב האולטרא סוני- הרובוט מתייצב במקביל לקיר. חסרונות: -טוב לשטח מוגדר ותחום בצורה מלבנית – לא נפוץ בתנאי שטח. -טוב רק לטווחים קצרים: בעת נסיעה רחוק מהקיר גורם לזיהוי מכשולים כקצות תחום ומעוות את נסיעת הרובוט.

אלגוריתם שתי וערב - הדגמה:

אפשרויות הרחבה לפרויקט הפיכת הרובוט לסורק ומחפש מוקשים: הוספת גלאי מתכות ככניסה לבקר והרכבתו בגחון הרובוט. יתרונות: מאפשר גילוי מוקשים וסימון שטחים מסוכנים לחיילים/אזרחים. חסרונות: מכביד על הרובוט ויוצר בעיות חומרה רבות (חלקי הרובוט מתכתיים בעצמם). אפשרויות נוספות: -רובוט משא. -הוספת מצלמה לרובוט כך שייסע בשטחים קשים וישלח עדכונים על מצב השטח בזמן אמת טרם כניסת בני אדם למקום.

סיכום - הרובוט יכול לשמש כבסיס מצוין לפרויקטים נוספים, בין היתר לצורכי צבא. -לשם שימוש חיצוני, נדרשת בקרה טובה יותר על מיקום הרובוט והדיוק בפניות אותן הוא מבצע.

ועתה, לחלק המעניין: הדגמת יכולות הרובוט בשטח. תבלו 

תודות: -לאורלי וידגרזון – על העזרה והסבלנות. -לבית המלאכה. -לקובי כוחיי- מדריך הפרויקט והמנטור הרוחני. -לאורלי וידגרזון – על העזרה והסבלנות. -לבית המלאכה.