Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Roboterfüße gegen Räder: Das Rätsel

Hinweis: Dieser Auszug wurde aus der Einleitung zu Wolf Donats neuem Buch Machen Sie einen Raspberry Pi-Controlled Robot, ein Schritt-für-Schritt-Tutorial zum Erstellen eines eigenen Roboterrovers, frisch von Make: Books.

Ich bezeichne diesen Roboter gerne als Rover, weil ich ihn nach den Entwürfen der NASA nachgebildet habe. Abbildung 1-1 zeigt den allgemeinen Überblick über den fertigen Rover. Es ist natürlich nicht annähernd so robust wie die NASA-Versionen, und Sie werden feststellen, dass seine vier (nicht sechs) Räder nicht auf ihren eigenen unabhängigen Stoßdämpfern sitzen, aber das Design ist ein bewährtes.

Apropos Räder: Ich würde zwar sehr gerne meinen eigenen anthropomorphen Android wie C-3PO programmieren, aber es ist eine traurige Tatsache, dass die Rechenleistung des Raspberry Pi höchstwahrscheinlich nicht die Aufgabe hat, einen Bipedaldroiden zu kontrollieren. Sie denken vielleicht, es sei nichts Besonderes, aber es ist eine Herausforderung, einen Roboter nicht nur auf zwei Beinen zu balancieren, sondern auch darauf zu laufen. Der bekannte ASIMO-Roboter von Honda (Abbildung 1-2) benötigte viele Jahre und viele Millionen Dollar, um endlich alleine laufen zu können.

Um auf zwei Beinen zu balancieren, müssen die internen Sensoren eines Roboters ständig messen, wo sich der Schwerpunkt des Roboters (COG) befindet, und dann bestimmen, wo sich die Füße des Roboters befinden, und überprüfen, ob der COG über mindestens einem der Füße des Roboters steht vorzugsweise über eine Linie zwischen den Füßen des Roboters oder höchstens geringfügig von dieser Linie versetzt (aber nicht zu weit). Wenn der COG des Roboters zu weit weg ist, muss das Gehirn des Roboters den Befehl senden, das Bein auf dieser Seite zu beugen, um den Roboter in die andere Richtung zu neigen, um den COG an einen stabileren Ort zu bringen, ohne dabei zu weit zu gehen in die andere Richtung. Und wenn der Roboter etwas trägt, müssen alle diese Werte während der Fahrt neu berechnet werden.

Die Verwendung von Rädern bietet also mehrere Vorteile. Erstens muss das Ausbalancieren nicht erforderlich sein, um die Rechenleistung (und die Servokraft) des Pi für andere Aufgaben zu sparen, z. B. Temperaturmessungen oder Bewegen des Roboterarms. Zweitens kann ein Radfahrzeug, abhängig von der Art der Räder, die Sie verwenden, alle möglichen Orte befahren, die ein zweibeiniger Roboter nicht bieten kann. Und drittens können Räder auch cool sein - ich beziehe mich auf R2-D2, den Mars-Curiosity-Rover und die Mars-Explorations-Rover (Spirit und Opportunity), um Beispiele für ziemlich coole Roboter mit Rädern zu sehen.

Um den Kühlfaktor auf Monster-Truck-Level zu erhöhen, entschied ich mich für übergroße Räder. Es ist allgemein bekannt, dass fast jedes Radfahrzeug mit größeren Reifen siebeneinhalb Mal besser aussieht. Die Abbildungen 1-4 und 1-5 beweisen meinen Standpunkt.

Dies bringt jedoch weitere Designherausforderungen mit sich. Größere Räder sind in der Regel schwerer und es ist immer eine gute Idee, Ihren Roboter oder Rover so leicht wie möglich zu halten. Ein schwerer Roboter ist ein leistungshungriger Roboter, und Batterien und Motoren sind anfangs schwer genug. Große Räder haben auch einen höheren Rollwiderstand, obwohl der Rollwiderstand bei höheren Geschwindigkeiten und höheren Wirkungsgraden mehr zum Tragen kommt, als dies bei diesem Rover wahrscheinlich der Fall ist.

Meine Lösung: Ich habe die Räder eines Power Wheels-Fahrzeugs verwendet. Sie sind groß und beeindruckend, aber da sie aus Kunststoff bestehen, wiegen sie kaum etwas. Natürlich führte dies zu weiteren Herausforderungen, beispielsweise die Montage dieser Räder an einer Achse, die nicht zu den Power Wheels gehört, aber wie Sie sehen werden, wurden diese Probleme ebenfalls gelöst, oft mit einer Kombination aus Schrauben, Muttern, Bolzen und großzügigen Anwendungen von Epoxid und Kaltverschweißung.

Das endgültige Design, vorausgesetzt, Sie folgen meinen Schritt-für-Schritt-Anweisungen, können Sie hier sehen:

Wolfram Donat ist Absolvent der University of Alaska Anchorage mit einem B.S. Abschluss in Informatik. Neben seinem Interesse an Robotik, Bildverarbeitung und eingebetteten Systemen machen ihn seine allgemeinen technologischen Interessen und seine Internet-Expertise zu einem äußerst vielseitigen Programmierer. Er ist auf C und C ++ spezialisiert und verfügt über zusätzliche Kenntnisse in Java, Python und C # /. NET. Er ist Autor mehrerer Bücher und hat von der NASA Finanzmittel für seine Arbeit in autonomen Tauchbooten erhalten. Beginnen Sie noch heute mit dem Bau Ihres eigenen Robot Rovers!

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