История постройки гусеничного робота

image

Моя история погружения в изучение робототехники и создание робота с помощью 3d принтера. Ошибки, с которыми я столкнулся и что хотел-бы получить в итоге

Предыстория


Лет 10 назад, на первых курсах университета, узнав о существовании Arduino и научившись заказывать товары из Китая, я заказал себе стартовый набор Arduino Mega и начал, как и все, учиться мигать светодиодом. Я получал дикий восторг от того что могу не только програмировать и получать какие-то решения на экране компьютера, а могу делать какие-то устройства, которыми могу облегчить быт. Начал думать о IOT до того как узнал о таком понятии и время от времени думал чтоб такого полезного реализовать. Первым проектом на Arduino, который я для себя считал оконченным, был контроллер для террариума с пауком. Экранчик, несколько кнопок для управления, датчик температуры и влажности DHT11, автоматизация подсветки, обогрев с помощью шнура для инкубатора и все. У меня уже был опыт работы с паскалем в школе, мне нравилось программирование но я не хотел связывать с ним жизнь напрямую, для меня это было скучно, и я заведома пошел учиться на инженерную специальность, если точнее то Информационные технологии проектирования в НТУ «ХПИ».

Обещали супер продвинутое направление, передовые технологии, рассказывали насколько востребованы такие специалисты и заманивали яркими картинками расчетов в Ansys, Solidworks и остальных программных комплексах. На самом деле, сейчас, через 6 лет после окончания ВУЗа, я могу сказать что ни капли не жалею что выбрал данное направление для себя. Много чего конечно было не так как описывалось при поступлении, но на 3 курсе я все-таки дождался предметов, которые мне нравились. Я увлекся изучением CAD систем, на одной из олимпиад получил сертификат CSWA от Solidworks, вообще не напрягаясь и не готовясь к этому. Но после окончания ВУЗа я получил офер без опыта и особо знаний в программировании на должность .NET разработчика под проекты связанные с интеграцией плагинов в Solidworks. Потом 6 лет работы с .NET в нескольких компаниях, с разными направлениями, попытка работы удаленно с криптовалютами и т.д. но мне это все не приносило удовольствия. Время от времени я понимал что мне нравится процесс автоматизации обыденных процессов, но никак не мог придумать что бы такого сделать, чтобы не просто поиграться, а что-то реальное и полезное. Годы шли, универ несколько лет как окончен, свободного времени так и не появлялось, но как-то в преддверии ремонта я решил что вот этот шанс применить свои знания и попробовать сделать что-то действительно полезное, и занялся разработкой умного дома. Немного освежил знания о нынешней ситуации в микроконтроллерах в мире, узнал о существовании ESP8266 с Wifi на борту, когда-то украинском стартапе Blynk, дающий возможность условно бесплатно получить приложения для управления устройством с телефона, без опыта и знаний о разработке софта под телефоны. Через нескольких месяцев я получил прототип, собранный на макетке, но стабильно работающий. На первое время для проверки так и оставил в виде модулей, прикрученных в распредкоробках. Хотел бы написать что после тестов в реальных условиях развел плату и собрал все нормально, но нет, третий год все работает стабильно поэтому и не лезу что-то переделывать. Из полезного для меня в этом всем я получил возможность экономить электроэнергию автоматически включая основные потребители такие как бойлер, посудомойку, стиралку по ночному тарифу. Мониторинг температуры в каждой комнате и соответственно управление обогревом в каждой комнате. Там-же реализовал контроллер теплого пола и освещение на улице. 3 года назад все это решение мне обошлось примерно в 50$ с учетом того что столько стоит только нормальный контроллер для теплого пола. 3 года работы этой всей системы дали мне уверенность того что микроконтроллеры действительно можно использовать для разработок и они могут стабильно работать.

Первые попытки построения робота


Несколько лет назад я все-таки решился и выделил себе бюджет на хобби, купив 3D принтер. Фанерный клон Ultimaker сразу же начал допиливаться руками, были доделаны дверцы и короб из акрила для печати ABS, и я стал понимать что с принтером уже можно разрабатывать что-то более серьёзное, движимое и интересное для меня. Помня еще из детства передачи по телевизору с боями роботов я решил, а почему б не сделать себе что-то интересное. Сходил на фестиваль робототехники, загорелся этой идеей еще больше. Начал смотреть проекты роботов на thingiverse и понимал что это все не то, чужие разработки в основном скучные и обычные, отсутствие исходников и все-таки «ЯЖИНЖЕНЕР». Хотелось что-то с необычной механикой, а не просто колесная база. Захотелось реализовать механику подобную роботу при загрузке Solidworks.

image
Тот самый робот, который стал одним из вдохновителей

Посмотрел подобные конструкции, понял принцип работы и держал в голове мысль сделать что-то похожее. Первой главной ошибкой было решение что все просто, буду постепенно моделировать, печатать и проверять готовую конструкцию, не имея полного представления что и как будет устроенно, как будет управляться, какие модули будут использоваться. Как-же сильно я ошибался. Изначально, я понимал что робот будет делаться «на вырост», планировал на этом роботе использовать всякие распознавания объектов с помощью OpenCV, какая-то навигация, автоматический паркинг на зарядку, одним ESP там не обойдешься. Изначально закладывалась идея использовать ESP32 для работы с механикой и RaspberryPi3 для работы с логикой, камерой, звуком и т.д. Одним из необходимых для меня условием была автоматическая подзарядка, соответственно нужно было придумать как реализовать питание. Так-как с электроникой/электротехникой опыта особо у меня не было, сначала я пытался использовать подобие Powerbank с возможностью работы в режиме ИБП. Работа от АКБ (в моем случае 8 элементов 18650) когда нет внешнего питания и подзарядка этих-же элементов и работа от сети когда робот паркуется на зарядку. Вобщем было много попыток собрать все вместе и заставить работать, но я понял что нужно или учить матчасть или обращаться за помощью. Из-за постоянных изменений всяких модулей и плат все уже не помещалось в корпус робота и в какой-то момент я понял, что пора все переделывать.

image
Первый вариант конструкции с напечатанными гусеницами одним ремнем и сервой для проворота передней части гусениц

Первые работы над ошибками


После участия в вебинаре по робототехнике я познакомился с человеком, который занимается разработкой плат и для себя решил что мне проще набросать какое-то ТЗ и получить какое-то решение от человека, который разбирается в проектировании плат и разработке устройств. Параллельно я начал работу над новым корпусом примерно посмотрев на свои косяки в прошлый раз. И тут я очередной раз наступаю на те-же грабли до конца не понимая как будет выглядеть вся электроника, какие у нее будут размеры и как я это все буду размещать. Мы обсудили о том что это будет модульное решение, у меня были некоторые платы, например драйверов двигателей, батареи и я начал заново моделировать проект, но уже полностью вырисовывая каждую плату с посадочными отверстиями, выходами проводов, радиаторами и т.д. чтоб опять не столкнуться с проблемой нехватки места. На самом деле я был ограничен размерами области печати в 200*200*200мм и этот вариант корпуса я пытался сделать вообще из одной детали, на печать которой уходило около 400г пластика и несколько суток печати.

После нескольких попыток с появляющимися на вторые сутки трещинами, отлипаниями от стола я понял что сборный корпус не такая уж и плохая идея. Процесс переделывания какой-то из деталей занимал бы намного меньше времени и мороки с принтером будет намного меньше. Получив через время комплект разведенных плат со всеми моими пожеланиями я научился работать со сдвиговыми регистрами, мультиплексорами и хоть как-то начал разбираться в непонятных для меня схемах и устройствах. К тому моменту я уже очередной раз полностью переделал механику. Изменил принцип вращения передних «лап» с сервопривода на двигатель с червячным редуктором, Ушел от идеи печатать из резиноподобного эластана ремни для гусениц и переделал их под обычные сборные пластиковые гусеницы, собранные на гвоздях и наклеенными на них протекторах из эластана. Изначально была продумана система вентиляции, которая забирала воздух сзади снизу робота, через систему вентиляции проходя через все платы, трубки, в которых прокинуты провода в «голову» и выдувая из нее горячий воздух. И эта система вентиляции в какой-то момент времени даже работала, но потом опять все перестраивалось поэтому мне проще было распечатать крышку с кучей прорезей и пассивной вентиляцией.

image

Что есть на данный момент


image

На выходных в Днепре прошел технический фестиваль Interpipe TechFest, на котором я решил показать людям то что сейчас есть у меня, послушать мнение других и пообщаться с однодумцами. Там я очередной раз услышал о том что можно было б и написать где-то например на Хабре и получить какой-то отзыв от людей.

По факту для меня это платформа, на которой я буду учиться работать с ROS, пытаться ориентироваться в пространстве, отстраивать кару, попробую поработать с твердотельным лидаром, который жду с кикстартера, хочу прикрутить что-то типа стереокамеры realsense. Я понимаю что мозгов малинки мне скорее всего не хватит и со временем я перейду на что-то более мощное.

Сейчас этот робот может использоваться в качестве «домашнего сторожа». Пока управление устроенно через все то-же приложение Blynk. Он оснащен купольным сенсором движения, камера с возможностью включения/выключения ИК фильтра, ИК подсветка. Активировав с телефона режим охраны, я получаю уведомление на телефон. Могу включить RaspberryPi 3, запустить стримминг, стримминг + запись видео, сделать фото, которые отправляются мне на почту. Могу поехать посмотреть что там происходит дома и вернуться на зарядку на докстанцию.

Самосборная батарея 4s2p из модулей 18650 на 3200mAh каждая дает мне примерно 8 часов езды без подзарядки с всем включенным оборудованием и передачей видео и без какой-либо оптимизации энергосбережения. Пока до этого руки не дошли. С помощью Google TextToSpeach написав в терминал этого приложения, робот озвучивает текст. И это все с любой точки мира где у меня есть подключение к интернету.

image
Немного «жести» внутри

image
Так выглядит UI управления на телефоне

Что дальше и зачем я это все пишу


Вообще, целью посещения выставки было найти новые знакомства с однодумцами, готовыми начать что-то делать связанное с робототехникой. Мне надоело работать просто программистом, писать десктопные приложения, это уже не так круто как казалось когда-то и я считаю что это направление постепенно загибается. Вместо того чтоб переучиваться на WEB разработку я решил кардинально поменять направление и связать свою жизнь с робототехникой и IOT, которые мне действительно нравятся. Для себя я решил что работая на работе, не связанной с этим направлением у меня не хватает на все времени. Я должен выбирать между тем что нужно и тем что нравится и хочется, подкопил немного денег, ушел с работы и начал все это изучать.

У меня есть несколько задумок на тему робототехники, основная из которых связана с сельским хозяйством, основанная на компьютерном зрении, картах глубины, распознавании объектов и т.д. Я понимаю что работы очень много и сейчас я только начал разбираться с ROS. У меня есть знания в инженерии, умения работать с CAD/CAE системами и в принципе все реально сделать и самому, но понимая сколько работы нужно сделать по механике, разработке, просчетам и полностью научиться работать с ROS, картами глубины, сенсорами, ориентировании в пространстве и довести это все до ума самому будет очень сложно. Поэтому я ищу несколько человек. которые готовы серьезно заняться работой над этим стартапом и стать одними из сооснователей. Само собой я не могу обещать, что все будет круто и через пол года наш стартап будет приносить нам кучу денег, но пока эта ниша не переполнена можно пробовать что-то реализовать на уровне первого прототипа и с ним уже выходить на акселераторы, краудфандинговые площадки и как-то рекламировать себя.

Также я готов к рассмотрению предложений в данном направлении. Готов работать с кем-то над чьим-то стартапом, или не обязательно стартапом а просто разработками какой-то компании но в интересном для меня направлении.

Поэтому хотелось бы услышать какие-либо комментарии по этому поводу. Возможно все-таки это кого-то заинтересует. Сам я территориально проживаю в г.Днепр, Украина. Соответственно было б правильней работать над одним проектом в относительной близости хотя б в сотнях километров а не тысячах, но рассматриваются все варианты.

Если есть какие-то вопросы об устройстве моего данного робота готов ответить и обсудить. Так-же на странице facebook есть несколько видео работы робота и его преодоление препятствий
Если что меня всегда можно найти здесь, на facebook или написать мне на почту marchenko.andrii@gmail.com
AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

Подробнее
Реклама

Комментарии 21

    +5
    Вот не в обиду… Робот прикольный… НО 4 раза перечитал статью но так и не нашел ссылки на файлы для печати… Указан топик DIY или Сделай САМ… А ссылок нет…
      +3
      Без паники. У меня есть такая мысль сделать доброе дело и выложить весь проект куда-то на thingiverse но сейчас вижу некоторые вещи которые стоит переделать для удобства и начал небольшую модификацию. Заодно привожу в порядок схему питания, делаю его более универсальным. Доведу до варианта когда не стыдно поделиться моделью и выложу
      –4
      Как я понимаю, для сельского хозяйства Украины в целом критически важно восстановить ветрозаградительные лесополосы(полезащитные лесополосы). Как минимум, несколько лет к ряду на повестке дня сильные засухи. Так что я ожидаю, что сейчас и далее будут актуальными два направления: земледелие на защищенной почве и лесопосадки.

      Если сможете помочь сделать оборудование для осуществления автоматизированных лесопосадок, автоматизированной обработки существующих уцелевших, но бесхозных лесополос(от разросшегося кустарника, например) — этим сможете и стране помочь и заодно интересным вам делом позаниматься.
        +4
        Стране может помочь адекватное законодательство в этой сфере, а сейчас никто не будет этим заниматься, хоть с оборудованием, хоть без.
          0
          Ваша идея вполне реализуема и имеет право на реализацию. Скажем так, сейчас я начал разбираться со SLAM навигацией, Это как-раз даст основу от которой можно отталкиваться с направлением дальнейших разработок. У меня просто есть несколько задумок и по большей степени все зависит от того, найду ли я людей в команду.
          +5
          Хороший робот. Любовь ваша к этому делу видна понятна, как говорят, «охота пуще неволи» :)
          Но на мой взгляд — это уровень детских поделок, примерно чуть сложнее или таких же, как работы у шестиклссницы Алёны — Аленамобиль и Тренажёр для кошек
          Может быть с бросанием работы немного погорячились? Для детского конкурса, оно самое то, но продакшн, по моему мнению, это ведь совсем другая история…
            0
            Спасибо. Ну я там в статье написал, что именно этот робот вообще никак не относится ни к прошакшену ни к стартапу. Это прообраз просто мобильной платформы на которой можно было б пробовать учиться чему-то более серьезному чем просто ручное управление. Причем купить готового робота было б значительно быстрее и дешевле, таких вариантов хватает от 100$. Сейчас я понимаю что не зря начал делать с нуля сам. Я действительно собрал все косяки которые мог и по ходу дела искал пути их решений. Ну и как ни как проект полностью прошел от этапов задумки до этапов реализации. Теперь я понимаю ситуацию на собственном опыте и реально представля с чего и как лучше начинать разработку нового устройства с нуля
            0
            Автоматизация наблюдения за периметром предприятия с помощью дронов. «Посменные вылеты», распознавание объектов, запись и передача картинки по обнаружению, возврат на «дозаправку» после смены и вот это вот все…
            Вот такая идея давно в голове крутится. Даже потратил пару выходных, что бы положить идею на бумагу. Прорисовал и расписал очень много мелочей. Но дальше так и не занялся, к сожалению
              0
              Да, я тоже думал об этом. Но уже есть мега крутые разработки в этом направлении и я понимаю что сам не потяну конкуренцию с какими-то крупные предприятиями которые работают над этим. Я не помню кто выпускает, нужно поискать, но там у тебя еще с роботов которые патрулируют территорию могут вылетать дроны преследуя объект
                0
                У меня в задумке наземные отсутствовали. Я изначально прикинул сложность такого робота. Ночь, неровности местности и ограниченный обзор (не будешь же его делать 2 метровым). А вот с дронами немного проще. Им с высоты видно лучше, в воздухе препятствий меньше, скорость передвижения может быть выше. Ну и, в случае агрессии со стороны непрошеных объектов, дрону проще свалить по кратчайшему пути, предварительно запечатлев и отправив фото/видео живому сотруднику для дальнейшего реагирования
                  0
                  Ну да, на самом деле сейчас ниша автономных роботов еще более менее свободна. Осталось получить какой-то опыт разработки и можно начинать выводить мир на новый уровень
                0
                Странно, что еще никто не написал, но у робота направление протектора гусениц не правильное.

                На первой картинке это ведь перед робота?
                  0
                  На самом деле я тоже так думаю. Вообще они симметриячны, так что можно менять местами и например вообще на передней части поставить в одну сторону на задней в другую
                  0
                  Интересно, но маловато информации. Хотелось бы поподробнее о деталях проекта.
                    0
                    Как уже писал выше, подробней будет с инструкциями доработанная немного модель

                    0
                    Можете объяснить какую роль выполняет поворотная стрела с гусеницей?
                      0
                      Ну, проще понять конечно по видео на facebook. Если попытаться объяснить — передача «полного привода». Гусеницы на этой поворотной стреле вращаются вместе с основной. Эта стрела, в зависимости от необходимости может быть собрана(робот минимальный по длинне) — выставленна вперед (максимальная длинна и устойчивость), можно повернуть ее под любым углом или вращать бесконечное число раз в любую сторону. Так-же с ее помощью можно как поднять зад робота и заехать на какую-то возывшенность задом/подняться на эти лапы и ездить только на них, так и наоборот с их помощью заехать на возвышенность передом (бордюр, невысокие ступеньки)/спуститься с какой-то приграды не спрыгивая.
                      На самом деле это больше прикольная механика, дающая некоторые возможности, но все-таки робот вышел тяжелым и центр масс примерно расположен по всему роботу в собранном состоянии. Это основная причина почему он не может забраться на совсем крутые ступеньки
                      0
                      Привет! Проект отличный. Не хватает конечно исходников). Я тут недавно с несколько иным, но похожим предложением выступил) (https://habr.com/ru/post/472380/). Географически мы оочень далеки, правда. Что касается коммерческого применения, то как и всегда в первую очередь все начинается не с робота, а с задачи. Подобные железки, как у вас и у меня — они хороши как решение для быстрого макетирования с целью проверки гипотез и обучения. Иногда, часть кодовой базы можно использовать в продакшене. Я предлагаю вам объединить усилия именно по созданию открытой платформы для быстрого макетирования. У вас робот одной конфигурации, у нас — другой. Но софт в рамках одной концепции можно сделать родственным. Софт, сообщество, поддержку.
                        0
                        про какой лидар конкретно идет речь? и в какую цену обошелся?
                          0
                          www.hybo.co
                          Я взял обычную версию за 100$. Обещают зимой отправить всем.
                          0
                          Интересная идея, сейчас озадачен примерно такой же идеей сельскохозяйственного робота для сбора лепестков роз (эфиромасличной розы, цветет всего 1-2 недели в начале мая). Основная проблема именно в компьютерном зрении и определении цветка (и его степени готовности с сбору).
                          Ну и шасси должно быть универсальным, с возможностью его использования под интеллектуальную обрезку кустов, экономное опрыскивание от вредителей, другие сельхозработы по розе.
                          Особым интересом является создание фактически необслуживаемых людьми плантаций на крутых косогорах, на которых робот мог бы передвигаться за счет низкого центра тяжести, а вот людям там сложно, а террасировать склоны дорого. В таком случае робот должен так же заниматься посадкой рассады.
                          Культурой может быть не только роза, но и другие эфиромасличные виды и вообще любой другой вид растений.
                          Пока осваиваю 3D принтер с полем 40х40х40, в начале пути. Есть много видео в Youtube про сельскохозяйственных роботов (в частности по сбору урожая, клубники например). Тоже идея очень интересная.
                          Общался с представителями винодельческих хозяйств — самая дорогая работа — обрезка и подвязка винограда на шпалеры (троссы) делается сельскохозяйственными роботами в Европе по специальным алгоритмам (учитывается толщина стебля, количество отводов, расчет кустистости, планируемый срок плодоношения и т.п.).

                          Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                          Самое читаемое