Jeho jméno je podle prvního úkolu, průzkumník do zasněženého prostředí. Nyní slouží jako jeden z testovacích robotů pro další vývoj jeho kolegů.

Snobot je můj první větší robot. Vyzkoušel jsem si na něm různé zapojení senzorů a konstrukce v praxi. Dokáže komunikovat po WiFi a jeho mozkem je Arduino. Je jednoduše sestaven ze stavebnice Merkur, kterou jsem použil pro její snadnou montáž.

Konstrukce

Základem Snobota je robotický podvozek MOB-03 nebo TANK-03 z dílny Hobbyrobot. Výběr podvozku se liší podle toho, zda vyžadujeme kolový (rychlejší) nebo pásový (vyšší průchodivost) pohon. Podvozek je v obou případech osazen čtyřmi motory převodovými GM37 s nízkými otáčkami. Tím robot získá dostatečný výkon pro průjezd náročnějším terénem, který je ovšem vykoupen nižší rychlosti. Vpředu na podvozku je přichycen molitanový nárazník jistoty, který není osazen žádnými senzory a plní jen vysloveně bezpečnostní funkci. Příliš blízké setkání se zběsile ujíždějícím pětikilovým monstrem není ani tak nijak příjemné a bez nárazníku by mohlo dojít i ke zranění nebo poškození překážky i robota.

Na podvozku umístěna nástavba, tvořená dvěma konstrukčními deskami ze stavebnice Merkur a rozpěrnými distančními sloupky. Tímto způsoben lze celkem snadno sestavit konstrukci, která poskytuje dostatek prostoru pro montáž všech potřebných zařízení a kabeláže, jejich jednoduchou údržbu a snadnou výměnu dílů. Do jednotlivých pater konstrukce je dobře vidět, takže případnou poruchu najdeme snadno a rychle. Při výměně modulů nebo naopak podvozku pracujeme jen s konkrétním patrem, které lze z konstrukce snadno vyjmout a pracovat na něm mimo robota. Pokud budu podvozek počítat za jakési nulté patro, pak je Snobot dvoupatrový.

Přímo na podvozku je ještě namontována řídící jednotka motorů Sabertooth 2×5 a pomocná destička s vypínačem napájení motorů a s pojistkou jištěným konektorem pro nabíjení trakční baterie, tvořené dvěma olověnými genovými akumulátory 12 V / 1,3 Ah zapojenými paralelně. Na ty dokáže Snobot jezdit nepřetržitě několik hodin.
V prvním patře nástavby je umístěn jen WiFi router s vyšším vysílacím výkonem, který se ale výrazně podepisuje na jeho spotřebě. Proto je také nutno použít vlastní napájecí zdroj – olověnou gelovou baterii 12 V / 1,3 Ah, tedy stejnou jako jsou baterie trakční. Stejná je i pomocná destička s vypínačem a nabíjecím konektorem. Protože modem potřebuje ke svému provozu stabilizované napájecí napětí 5 V a proud více než jeden ampér, bylo by ke stabilizaci nehospodárné použít lineární stabilizátor, nemluvě o potřebě jeho chlazení. Proto je ke snížení napětí použit integrovaný spínaný stabilizátor LM2575-ADJ.

Ve druhém patře je umístěna celá ovládací elektronika. Ta je složena z vývojové desky Arduino Duemilanove s Ethernet shieldem, pomocné desky s mikrokontrolérem Picaxe 28X2 a malé svorkovnice, určené k propojení Arduina s Picaxem po I2C sběrnici. Na této destičce jsou jen konektory a dva zdvihací (pull-up) rezistory. I ovládací elektronika má samostatný zdroj napájení, stejný jako WiFi router, jen v tomto případě nebylo nutno použit stabilizátor 12 / 5 V, protože veškeré řídící moduly mohou být napájeny nestabilizovaným stejnosměrným napětím ve značném rozsahu.

Senzory, kterými Snobot „osahává“ své okolí jsou rozmístěny především na vrchním patře, aby hlídali i maximální výšku robota. Ale i první patro posloužilo dobře, kdyžbylo potřeba více senzorů. Pro montáž senzorů jsem využil tvarované pásky ze stavebnice Merkur a univerzální držáky pro senzory. Aktuálně má na sobě Snobot ještě další nástavbu o velikosti poloviny patra; na ní je namontována deska s mikrokontrolérem PICAXE 08M a reproduktorem. Po odzkoušení funkčnosti a odladění programů ale plánuji přesunutí veškeré elektroniky na plochu druhého patra. Celé toto zapojení generuje různé zvuky, které zvyšují atraktivnost Snobota při předvádění. Největší pozornost vzbuzuje program pro generování zvuků spalovacího motoru, který bydí dojem, že je Snobot poháněn silným dieselovým motorem. Pokud ovšem do Picaxe nahraji zvuk parního motoru, není Snobot k rozeznání od parního válce…

V minulosti měl Snobot na zádi namontován ještě přibližně metrový hliníkový sloup, na jehož vrcholu byl umístěn kompas a GPS lokátor. To vše proto, aby našel cestu při účasti na soutěži Robotem Rovně, konané v Písku.

Hlavní elektronika

Hlavní elektronikou je myšlena koncepce robota, která nejčastěji zůstává neměnná. Ta se skládá především z Arduina ve verzi Duemilanove s nasazeným Ethernet shieldem pro komunikaci po síti. Arduino je hlavní výpočetní jednotkou robota. Pro snadnou bezdrátovou komunikaci jsem zvolil WiFi router. Toto řešení je výhodné především kvůli snadnému použití bezdrátové sítě, je ale vykoupeno vysokou spotřebou a určitou nevzhledností provedení.

K Arduinu je jako koprocesor připojen modul s PICAXE 28X2. Ten je osazen v desce AXEboard 28, čímž odpadly všechny starosti o stabilizaci napájení, programovací obvod, ochranné rezistory a konektory. Jedinou drobnou úpravou je vyjmutí vstupního integrovaného bufferu 75541 z patice a jeho nahrazení zkratovací spojkou. Buffer je sice velice užitečný, ale bohužel jen jednosměrný. A protože jsem zvolil pro komunikaci Arduina s Picaxem I2C sběrnici, která je obousměrná, musel jsem ho nahradit paticovou propojkou dodanou s vývojovou deskou.

Arduino nalevo a jeho pomocník PICAXE napravo.

Router plánuji v budoucnu nahradit méně „žravým“, případně WiFi modulem, nepovažuji jeho napájecí obvody za trvalé řešení, ovšem WiFi připojení zůstane v každém případě zachováno, protože je jedním z hlavních atributů Snobota.

Trakční část Snobota, tedy jeho kola nebo pásy jsou řízeny již výše zmíněným Sabertoothem 2×5, který je s Arduinem spojen jednosměrnou sériovou komunikační linkou (tedy jen dvěma tenkými drátky), která pracuje v úrovních TTL. Na vzdálenost několika desítek centimetrů je při relativně nízké komunikační rychlosti přenos dat zcela spolehlivý.

Vývojová elektronika

Do kategorie vývojové elektroniky patří na Snobotu veškerá čidla a další připojitelné prvky – procesory, výstupní zařízení a pod. Všechny tyto prvky se dají na robotu snadno vyměňovat a tím přizpůsobovat Snobota pro krátkodobé speciální úkoly. Stejně snadno si mohu testovat funkčnost a vlastnosti různých čidel a dalších prvků a poté opět demontovat.

Momentálně robot nese dva ultrazvukové dálkoměrné senzory typu SRF 05, napájecí moduly s baterií pro WiFi router a výše zmíněný AXEboard-08 s reproduktorem pro generování zvuků.

Pohled z vrchu na přimontované půl patro s reproduktorem a obvody pro generování zvuků. Na předku má dva ultra zvukové senzory, mezi kterými je umístěna baterie pro elektroniku.

Toto uspořádání se ukázalo být pro celkovou variabilitu velice výhodné. Veškeré výměnné prvky se připojí ke koprocesoru, tvořenému mikrokontrolérem Picaxe 28X2, který je obsluhuje a vyhodnocuje, případně naměřená data předběžně zprcovává. Následně získaná data a povely přenese po sběrnici I2C z a do Arduina. Arduino následně může upravit směr trasy robota, nebo jen přenést data do nadřazeného PC po WiFi. Takto jsou při výměně komponent nebo celých větších celků nutné jen minimální úpravy v řídicím programu Arduina a veškeré úpravy programu se velice snadno a rychle provedou v Picaxu.

Uplatnění

Kromě soutěžních a testovacích účelů slouží Snobot k předvádění robotiky veřejnosti. Snobot využívá mnoho dílů ze stavebnice Merkur, kde jako jeho konstruktér ukazuji, co všechno lze z této stavebnice sestavit. Díky možnosti obousměrné komunikace s nadřazeným PC po WiFi a díky jednoduché možnosti úprav lze Snobota nasadit jako dálkově řízený průzkumný prostředek (UGV). Přidáním kamery může přenášet obraz až do PC a poslouchat příkazy od uživatele nebo naopak se chovat autonomně. Velmi snadno je upravitelný pro potřeby různých průzkumných misí.

Veškerý materiál pro konstrukci lze zakoupit na shop.snailinstruments.com .
Kompletní fotogalerii nalezete zde.