Робот для состязаний: Робот "Колумб". Часть II

Нельзя сказать, что трасса в средней группе основной категории Международных Состязаний Роботов в этом году простая.

Практически сразу после старта робот по пандусу должен заехать на возвышение и довольно большое время проводить там, время от времени съезжая за "товарами" или наоборот, чтобы выгрузить их. Конструкция робота должна позволять ему без последствий подниматься и опускаться по горкам (наклон - 18 градусов). Также робот должен уметь аккуратно передвигаться уже по мосткам, без боязни упасть вниз.

Попробуем рассмотреть те особенности конструкции, которые необходимо иметь в виду при разработке механизма робота.

I. Центр тяжести.

Когда идет речь о Lego Mindstorms NXT роботах, то самыми тяжелыми частями конструкции являются NXT блок и моторы. Если из-за ошибки в проектировании, расположить эти детали неверным образом, то центр тяжести робота будет может оказаться смещенным в сторону "носа" или "кормы" робота. Это приведет к тому, что при заезде на горку сила тяжести будет опрокидывать механизм.



На этой схеме, показано, что блок находится в задней части тележки, что является следствием к смещению центра тяжести к "корме". Если теперь блок сместить вперед, то конкретно эта проблема решается.



Но ведь роботу также придется, затем, и съезжать вниз. Тогда из-за смещенного к "носу" центра тяжести, робот опять опрокидывается.



Как видно из данных экспериментов, довольно трудно сохранять устойчивость при высоко расположенном центре тяжести - когда при наклоне робота воображаемая вертикальная линия выходит за пределы опоры механизма. Решением здесь будет либо расширение опоры, либо смещение центра тяжести ближе к опоре - все тяжелые части робота должны быть помещены, по возможности, на небольшой высоте и не выступать за пределы опоры.

II. Ось поворота.

Скорее всего большинство конструкций в состязании будут стремиться к тому, чтобы занять конструкцией робота весь разрешенный объем: 25 см. в ширину, 25 см. в длину и 25 см. в высоту. В то же самое время, площадки на мостках имеют вид квадрата стороной 30 см. Это означает, что выполнения поворотов создатели, скорее всего, предпочтут поворот сразу двумя колесами вокруг оси поворота - ему нужно меньше места для разворота и выполняется он быстрее.

Однако в этом случае следует учесть такую деталь, что в некоторых случаях геометрическая ось робота не совпадает с осью поворота вокруг своей оси. В таком случае, если робот выехал на центр квадратной площадки, он не будет вращаться вокруг этого центра. Ось поворота будет смещена в ту сторону ведущих колес робота - будет находиться в центре между ними.




Если в основе механизма передвижения робота - гусеницы или группа колес, соединенных шестернями, то ось поворота будет лежать примерно на пересечении прямых проходящих через противоположные концы активной части шасси.


Повороты выполняемые роботами с такой конструкции должны быть тщательно рассчитаны. Иначе робот рискует во время поворотов оказаться за краем мостков, а из этой позиции выбираться будет довольно трудно.

Например, робот успешно заезжает по горке на мостки и останавливается вот в такой позиции:



Теперь он выполняет поворот, причем, не вокруг своей оси (геометрической), а вокруг оси поворота. Во время движения одно из поддерживающих колес оказывается за пределами мостков.



К концу разворота, не только два поддерживающих колеса свешиваются с возвышения, но и одно из ведущих колес тоже "ушло" с площадки.



Теперь, чтобы роботу двигаться прямо ему нужно будет затащить опорные колеса и хорошо, если там нет сильно выступающих частей и корма робота не сильно перегружена. Иначе сзади может случиться зацеп за края мостков, который заблокирует перемещение. Другая возможная проблема - опорное колесо а) находится ниже по уровню, на горке - у робота крен; б) может запнуться о бортик на пересечении зон, что приведет к опрокидыванию робота с возвышения.

Решением в этом случае может быть, как уже сказано, взвешенный просчет траектории разворотов или может вообще изменение метода разворота - например, только вокруг одного колеса, что может привести к изменениям конструкции.