Forum Młodych - PAR Pomiary - Automatyka

Nr 4/2010
Forum Młodych
Sumo Challenge
– warsztaty i zawody robotyczne w Łodzi
Dariusz Kominiak, Grzegorz Granosik – SKaNeR
tudenci zrzeszeni w Studenckim
Kole Naukowym Robotyki SKaNeR
prowadzą działalność edukacyjną i popularyzatorską. Na szczególną uwagę
zasługują zawody Sumo Challenge unikalne w skali kraju ze względu na swoją formułę oraz miejsce, w którym się
odbywają.
Trochę historii
Fot. 2. Roboty o napędzie pneumatycznym, od lewej Spike Junior i Spike
Koło SKaNeR działa przy Instytucie
Automatyki Politechniki Łódzkiej od
2001 r. W tym czasie zrealizowaliśmy
kilkanaście projektów, największym
zainteresowaniem cieszyły się te związane z budową robotów mobilnych. Na
początku działalności Koła kilku ambitnych studentów zbudowało roboty kroczące, do dziś będące obiektami
dalszych badań [1, 2, 3] roboty czteronożny i dwunożny napędzane serwami
modelarskimi (fot. 1) oraz roboty czteronożne o napędzie pneumatycznym
(fot. 2). Jeden z nich – Spike Junior –
dzięki niewielkiej masie oraz czterem
przyssawkom potrafi się wspinać po
gładkich pionowych powierzchniach.
Obecnie członkowie Koła budują pojazdy w trzech różnych klasach: sumo,
mini sumo, line follower i wyruszają z nimi na zawody krajowe i zagraniczne. Studenci nie tylko sami budują i programują roboty, ale także uczą
innych jak to robić. Prowadzą zajęcia
warsztatowe dla swoich kolegów oraz
dla dzieci w ramach Łódzkiego Uniwersytetu Dziecięcego. W Kole działają również dwie drużyny budujące bardziej zaawansowane roboty na zawody
Eurobot 2010.
I Warsztaty budowy
robotów na Manufakturze
robotów
Fot. 1. Roboty cztero- i dwunożny
napędzane serwami modelarskimi
Robotyka jest w Polsce dziedziną mało
popularną. Panuje przekonanie, że trzeba mieć ogromną wiedzę, by stworzyć
urządzenie, które będzie samo wykonywało różne działania w zależności od
sytuacji, w której się znajduje.
Aby walczyć z tym stereotypem,
w 2008 r. Politechnika Łódzka wspólnie
z Experymentarium zorganizowała prawie trzymiesięczną wystawę Manufaktura robotów [4]. Tym razem studenci
podjęli się budowy robota Expi (fot. 3)
oprowadzającego po wystawie oraz
przygotowania warsztatów budowy robotów. Na pierwsze warsztaty zgłosiły
się trzy drużyny dwuosobowe. Ich zadaniem było zbudowanie w ciągu miesiąca robotów klasy standard sumo – robota o wymiarach 20 cm × 20 cm oraz wadze do 3 kg. Wymagane jest by robot nie
gubił części, nie emitował gazów, pyłów
ani nie uszkadzał robota przeciwnika.
Zadaniem takiego robota jest wypchnięcie robota-przeciwnika z ringu, który
ma kształt koła o średnicy 154 cm.
Warsztaty
przebiegały
bardzo
sprawnie. Wykorzystaliśmy gotowe
podzespoły przygotowane przez firmę
WObit w ramach projektu Mobot oraz
technologię cięcia blach laserem w celu szybkiego wykonania elementów
konstrukcyjnych
zaprojektowanych
przez uczestników. W ciągu miesiąca
słuchacze poznali podstawy robotyki, mechaniki, elektroniki oraz programowania. Ostatecznie powstały dwa
w pełni działające roboty oraz jedna
bardzo oryginalna choć niedokończona wówczas konstrukcja – robot sumo
z napędem gąsienicowym (fot. 4). Konstrukcje z warsztatów wzięły udział
49
Forum Młodych
Pomiary Automatyka Robotyka 4/2010
sumo. Oprócz pojedynków dla zarejestrowanych zawodników zorganizowaliśmy otwarty Turniej programowania
robotów miniSumo (fot. 6). Na zawody
przybyło około 25 drużyn z całej Polski,
zaś w turnieju wzięło udział kilkanaście
młodych osób. Zorganizowanie tego
wydarzenia w największym w Europie
centrum kulturalno-rozrywkowo-handlowym umożliwiło rozszerzenie grona
widzów o osoby, które nie miały wcześniej styczności z robotami, zobaczyć je
w akcji i porozmawiać z ich konstruktorami (fot. 7).
Okazaliśmy się chyba dobrymi i hojnymi gospodarzami (żaden z naszych
studentów nie stanął na podium) bo
dzięki licznym pozytywnym opiniom,
w roku następnym również zostały zorganizowane zawody Sumo Challenge
2009. Impreza odbyła się w tym samym
miejscu, zgromadziła znowu wielu widzów zupełnie niezwiązanych ze świa-
Fot. 3. Robot Expi podczas zawodów Sumo Challenge 2008
Fot. 4. Robot Patataj z napędem
gąsienicowym
Fot. 6. Turniej programowania robotów
w sparingach z robotami studentów Politechniki Łódzkiej oraz robotami zbudowanymi przez uczniów technikum
w Koluszkach. Sparingi te zorganizowane zostały pod nazwą Sumo Challenge,
był to przedsmak większego wydarzenia
– ogólnopolskich zawodów.
W tym roku Warsztaty zgromadziły 6
zespołów; studenci zaprojektowali własny uniwersalny sterownik zastosowany
w robotach sumo, mini sumo i line follower (fot. 5).
Zawody Sumo Challenge
Fot. 5. Sterownik robota zaprojektowany
przez studentów Koła SKaNeR
50
Wkrótce po sparingach, przy wsparciu łódzkiej Manufaktury, odbyły się
pierwsze ogólnopolskie zawody Sumo
Challenge Łódź 2008. Roboty mogły
startować w jednej kategori: standard
Fot. 7. Sumo Challenge przyciąga widzów
w każdym wieku
tem robotów. W 2009 r. była to największa impreza robotyczna w Polsce pod
względem liczby konkurencji. Prócz
pierwotnej – standard sumo, w 2009 r.
pojawiły się inne, takie jak:
mini sumo (zasady jak standard
sumo, jedyna różnica w wielkości robotów – wymiary 10 cm × 10 cm oraz
waga do 500 g)
Nr 4/2010
Pomiary Automatyka Robotyka 4/2010
Fot. 8. Roboty startujące w kategorii Freestyle
line follower (roboty mieszczące się
na kartce formatu A4, pokonują trasę wyznaczoną przez czarną linię na
białym tle w jak najkrótszym czasie)
line follower z przeszkodami (jak
line follower, z tą różnicą, iż na trasie znajdowały się utrudnienia – brak
odcinka czarnej linii lub przeszkoda
postawiona na czarnej linii, którą robot musiał ominąć)
LEGO line follower (tak jak zwykły
line follower, lecz roboty były konstruowane z klocków LEGO w czasie trwania zawodów, głównie przez
dzieci)
humanoid sprint (wyścigi robotów
kroczących, dwunożnych)
freestyle (konstrukcja dowolna
– zwycięzca wyłaniany przez publiczność).
Pozostał także otwarty Turniej programowania robotów miniSumo, który i tym razem przyciągnął kilkanaście
osób spośród widzów. W zawodach wystartowało ponad 45 zarejestrowanych
drużyn, w tym goście z Hiszpanii.
Zawody okazały się prawdziwym
wyzwaniem dla zawodników – ostro
świecące słońce rozpraszało układy pomiarowe niektórych robotów i wymagało specjalnych działań (fot. 9), ale
także dla widzów, którzy musieli wybrać najlepszą konstrukcję w kategorii
freestyle, a konkurencja była poważna:
robot układający kostkę Rubika, robot
nano sumo, robot kołowy utrzymujący
równowagę (fot. 8).
Zainteresowanie publiczności oraz
pozytywne opinie uczestników zmotywowały organizatorów do kontynu-
Fot. 9. Niektórzy zawodnicy wymagali
specjalnej ochrony przed słońcem
acji zawodów Sumo Challenge również
w 2010 r. Początkowo planowaliśmy zawody na 24 kwietnia, jednak natłok imprez w tym czasie spowodował konieczność przesunięcia terminu na jesień. Jak
w poprzednich latach, zapowiada się
całodzienna zabawa. Nawet bez swojego
Fot. 10. Zabawna konferansjerka i profesjonalny serwis to standard Sumo Challenge
51
Forum Młodych
Pomiary Automatyka Robotyka 4/2010
robota warto przyjechać na Sumo Challenge aby wziąć udział w warsztatach
lub zobaczyć pojedynki różnorodnych
maszyn z całej Polski. Zapewniamy
znakomitych prowadzących oraz profesjonalny serwis (fot. 10) – zapraszamy.
Więcej informacji na sumochallenge.eu.
Mamy nadzieję, że zawody Sumo Challenge oraz pozostała działalność edukacyjna Koła SKaNeR przyczyniają się
do zwiększenia zainteresowania robotyką w Polsce.
Autorzy dziękują wszystkim członkom koła SKaNeR oraz głównym
sponsorom – firmom: Transition Technologies i TME za wkład w organizację
warsztatów i zawodów Sumo Challenge. Autorami zdjęć z archiwum SKaNeR są: Michał Ciąćka, Mateusz Delong, Grzegorz Granosik, Dariusz Kominiak i Konrad Pigoń.
Bibliografia
1. Cygan J.: Czteronożny robot kroczący. Praca magisterska, Instytut Automatyki, Politechnika Łódzka 2001.
2. Dąbrowski T., Feja K., Granosik G.:
Biologically inspired control strategy of a pneumatically driven walking
robot. Proc. of the 4th Int. Conference on Climbing and Walking Robots
CLAWAR 2001, pp. 687-694, Karlsruhe 2001.
3. Nocuń M.: Proste maszyny kroczące
– interakcje ze środowiskiem. Praca
magisterska, Instytut Automatyki,
Politechnika Łódzka 2002.
4. [www.mobot.pl] – strona internetowa projektu Mobot.
wać i dać nowe pomysły aplikacyjne. Koło SKaNeR aktywnie uczestniczy w wystawach, zawodach oraz pokazach promujących robotykę.
Założycielem i opiekunem Koła jest, zatrudniony w Politechnice Łódzkiej od roku 1994, dr inż. Grzegorz Granosik ([email protected]), obecnie adiunkt w Instytucie Automatyki.
Koło SKaNeR działa przy Instytucie Automatyki Politechniki Łódzkiej
od 2001 r. Realizujemy projekty w czterech zasadniczych dziedzinach:
budowa i sterowanie manipulatorów oraz robotów mobilnych
zastosowanie napędów pneumatycznych
systemy wizyjne w robotyce
układy automatyki przemysłowej i PLC.
Zazwyczaj studenci poszukują w kole naukowym inspiracji, tematu do
badań i rozwoju swoich zainteresowań ale bywa i tak, że osobiste pasje
są na tyle silne a umiejętności wystarczające aby samemu rozpocząć
interesujący projekt. Koło zaś może wspomóc te działania, ukierunko-
Więcej informacji na temat koła naukowego, realizowanych projektów
oraz możliwości współpracy można uzyskać na stronie internetowej
http://skaner.p.lodz.pl oraz pod adresem e-mail: [email protected].
Dane kontaktowe:
Studenckie Koło Naukowe Robotyki SKaNeR
Instytut Automatyki, Zakład Sterowania Robotów
Stefanowskiego 18/22, 90-924 Łódź
Budynek A10
Wykorzystanie światła UV do badania
stopnia rozpuszczenia cząsteczek fulerenów
w oleju elektroizolacyjnym
Daria Wotzka, Piotr Kalus – Studenckie Koło Naukowe Nano
Prace naukowo-badawcze w Instytucie
Elektroenergetyki Politechniki Opolskiej dotyczą badania wpływu fulerenów typu C60 na właściwości dielektryczne oleju elektroizolacyjnego.
W pracy [1] udowodniono, że domieszkowanie oleju fulerenami C60 ma korzystny wpływ na wspomniane właściwości. W ramach prac koła naukowego
prowadzone są badania umożliwiające
pomiar stopnia rozpuszczania się fulerenów w oleju elektroizolacyjnym.
W tym celu do próbek oleju elektroizolacyjnego wsypuje się określoną liczbę
cząsteczek fulerenów (rys. 1), a następnie poddaje procesowi mieszania. Fulereny [3, 4, 5, 6] to cząsteczki trudno-
52
rozpuszczalne, mieszaninę można uzyskć samoistnie dopiero po odczekaniu
około trzech tygodni od momentu do-
dania fulerenów do oleju. Prowadzone
są prace nad przyspieszeniem procesu
rozpuszczania cząsteczek fulerenów
w oleju. Krótszy czas rozpuszczania
można uzyskać między innymi przy pomocy mieszadła magnetycznego.
Układ pomiarowy
Rys. 1. Struktura fulerenu C60, składa się
z 60 atomów węgla związanych w strukturę
wielościenną, złożoną z pięciokątów
i sześciokątów foremnych [1]
W celu zbadania stopnia rozpuszczenia
fulerenów w oleju, niewielką szklaną
kolbę wypełniono czystym (transformatorowym) olejem elektroizolacyjnym.
Następnie wewnątrz kolby umieszczono dipol. W eksperymentach wykorzystano silnikowe mieszadło magnetyczne, które usytuowano pod kolbą.
Nr 4/2010
Pomiary Automatyka Robotyka 4/2010
FYL 5013VC emitującej światło UV zamontowanej po jednej stronie kolby oraz z przetwornika światło/napięcie typu
OPT101P firmy Burr-Brown. Sygnał napięciowy podawany
jest na 10-bitowy przetwornik A/C zintegrowany w mikroprocesorze Atmega16 firmy Atmel. Dane pomiarowe transmitowane są łączem USB na port szeregowy komputera klasy
PC i zapisywane w pliku w celu późniejszej analizy. Jednocześnie, zmierzone wartości wyświetlane są na alfanumerycznym wyświetlaczu LCD, co pozwala na bieżącą obserwację
mierzonych danych pomiarowych.
Wyniki pomiarów
Rys. 2. Schemat blokowy układu pomiarowego [2, 3]
Po uruchomieniu silnika mieszadła powstaje pole magnetyczne, w którym dipol kręci się z prędkością równą prędkości
obrotowej silnika mieszadła (rys. 2).
Stopień rozpuszczenia fulerenów w oleju określany jest
przy pomocy promieniowania ultrafioletowego. Emitowana wiązka fal UV przechodzi przez kolbę wypełnioną olejem elektroizolacyjnym (rys. 4). Do pomiaru fal UV wykorzystano szerokopasmowy czujnik, którego zakres mierzonych częstotliwości obejmuje pasmo światła widzialnego.
Aby wyeliminować niekorzystny wpływ światła widzialnego, elementy układu zamknięto w światłoszczelnej obudowie
(rys. 3). Układ optyczny składa się z diody LED UV typu
W ramach badań wykonano dwie serie pomiarów. Rys. 5
przedstawia przykładowe wyniki pomiarów uzyskane podczas badań w laboratorium. W pierwszej serii (Pomiar 1
– czerwona linia na rys. 5) częstotliwość próbkowania wy-
Rys. 5. Wyniki uzyskane podczas dwóch podobnych eksperymentów,
różniących się częstotliwością próbkowania. Widoczny jest gwałtowny
spadek napięcia od chwili dodania fulerenów do oleju. Następnie
wartość ta stabilizuje się co świadczy o rozpuszczeniu się fulerenów
w oleju [2, 3]
Rys. 3. Zdjęcie układu eksperymentalnego przedstawiające światłoszczelną obudowę, w której umieszczone są elementy układu.
Wyświetlacz LCD znajduje się na zewnątrz, co umożliwia bieżącą
kotrolę danych pomiarowych [2, 3]
Rys. 6. Wykres przedstawia zależność znormalizowanej wartości
poziomu absorpcji w funkcji czasu. Znormalizowane wartości
aproksymowano krzywą Weibulla [2, 3]
Rys. 4. Zdjęcie przedstawiające elementy układu optycznego oraz
szklaną kolbę w powiększeniu. Po prawej stronie widoczna jest
dioda emitująca światło UV. Fale przechodzą przez szklaną kolbę
wypełnioną olejem elektroizolacyjnym. Po lewej stronie widoczny jest
przetwornik światło/napięcie [2, 3]
nosiła 1 Hz, a pomiary trwały około 18 godzin. Analiza wyników pomiarów wykazała, że wartość napięcia na przetworniku światło/napięcie maleje gwałtownie na skutek dodania
fulerenów do oleju, a następnie wartość ta stabilizuje się na
53
Forum Młodych
Pomiary Automatyka Robotyka 4/2010
poziomie 35 mV. Można zatem, przy pomocy mieszadła magnetycznego, skutecznie przyspieszyć proces rozpuszczania
się fulerenów w oleju. Celem drugiej serii pomiarów (Pomiar
2 – niebieska linia na rys. 5) było wyznaczenie modelu opisującego zmiany napięcia bezpośrednio po dodaniu fulerenów
do oleju.
Zwiększenie częstotliwości pomiarów do dwóch wartości
na sekundę pozwoliło na dokładniejszą analizę zmian napięcia. Dane pomiarowe przanalizowano wykorzystując metody
dostępne w środowisku MATLAB. Rys. 6 przedstawia znormalizowane wartości pomiarowe uzyskane w drugiej serii
pomiarów w funkcji czasu. Dane zaaproksymowano stosując
dwuparametrowy model Weibulla, który opisany jest następującym równaniem:
Dla krzywej z rys. 6 otrzymano parametry (a; b) = (0,8839;
28,1139), przy czym współczynnik korelacji R2 = 0,9942.
Podsumowanie
Na podstawie badań naukowych przeprowadzonych w Instytucie Elektroenergetyki Politechniki Opolskiej stwierdzono
[1], że dodanie fulerenów C60 do oleju elektroizolacyjnego
poprawia jego właściwości dielektryczne. Z uwagi na długi
czas rozpuszczania się cząstek fulerenów w oleju prowadzone są badania dążące do optymalizacji tego czasu. Metoda
pomiarowa opisana powyżej może być zastosowana do optymalizacji prędkości rozpuszczania się fulerenów w oleju. Na
podstawie wyników pomiarów wywnioskowano: 1) możliwe
Koło Naukowe Nano powstało na Wydziale Elektrotechniki Automatyki i Informatyki Politechniki Opolskiej w 2006 r. Obecnie w kole pracuje 15 studentów i doktorantów różnych kierunków inżynieryjnych.
Członkowie koła poszerzają swoje zainteresowania w następujących
dziedzinach: badanie właściwości oleju elektroizolacyjnego domieszkowanego cząsteczkami fulerenów, pomiar i analiza fal mózgowych
uzyskanych przy pomocy elektroencyfalografii, analiza fal emisji akustycznej generowanej przez wyładowania niezupełne w transformatorach elektroenergetycznych oraz pomiar małych wartości prądów
i napięć (rzędu nano i piko Amperów, Voltów).
Opiekunem Studenckiego Koła Naukowego Nano jest stypendysta
Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego oraz laureat stypendium dla
jest przyspieszenie procesu rozpuszczania fulerenów w oleju
przez zastosowanie mieszadła magnetycznego; 2) znajomość
modelu matematycznego pozwala na predykcję czasu rozpuszczenia się fulerenóww oleju elektroizolacyjnym.
Bibliografia
1. Aksamit P.: Analiza wpływu fulerenów C60 na elektryzację
mineralnego oleju transformatorowego. Praca doktorska,
Politechnika Opolska 2009.
2. Kalus P.: An ultrasonic mixer for fullerene solution in
transformer oils. Zeszyty Naukowe Politechniki Opolskiej, Elektryka nr 62, 2009.
3. Kalus P.: Dissolution profile of fullerene-doper mineral oil.
Zeszyty Naukowe Politechniki Opolskiej, na etapie recenzji.
4. O’Hara T., Dunne A., Butler J., Devane J.: A review of method used to compare sissolution profile data. PSTT Vol.
1, No. 5 1998.
5. Hosier I. L., Vaughan A.S., Sutton S. J., Cooper J.: An ageing Study of Blends of Dodecylbenzene and Mineral Oil.
IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation.
Vol. 16, No. 6. pp. 1664-1680, 2009.
6. Lánský P., Weiss M.: Role of heterogeneity in deterministic
models of drug dissolution and their statistical characteristics. BioSystems, Vol. 71, pp. 123–131, 2003.
7. Costa P., Sousa Lobo J.M.: Modeling and comparison of
dissolution profiles. European Journal of Pharmaceutical
Sciences, Vol. 13, No. 2. pp. 123–133, 2000.
Wybitnych Młodych Naukowców Fundacji na Rzecz Nauki Polskiej
dr hab. inż. Dariusz Zmarzły, który obecnie zatrudniony jest na stanowisku profesora nadzyczajnego w Instytutucie Elektroenergetyki na Wydziale Elektrotechniki Automatyk i Informatyki Politechniki Opolskiej.
Dane kontaktowe:
Politechnika Opolska,
Wydział Elektrotechniki Automatyk i Informatyki,
Instytut Elektroenergetyki
Prószkowska 76, 45-758 Opole
telefon: 77 400 0573, e-mail: [email protected]
OPOLCHESS – robot do gry w szachy (2)
Konstrukcja mechaniczna
Krzysztof Gawlik, Radosław Gruszka, Krzysztof Galeczka, Marcin Hnatiuk, Marcin Kupczyk,
Michał Tomczewski, Krzysztof Tomczewski – SKN Spektrum
Większość istniejących rozwiązań robotów do gry w szachy
to manipulatory o strukturze kartezjańskiej. Założeniem do
opracowania konstrukcji mechanicznej było, aby robot został
wyposażony w manipulator typu RRR i w pewnym stopniu
przypominał rękę XVIII-wiecznego Turka. Jako podstawę
do zamocowania manipulatora zamiast skrzyni wykorzysta-
54
no stół. Na jego blacie zamontowano szachownicę. Ważnym
założeniem było, by robot został wykonany przy niewielkich
nakładach finansowych.
W przyjętym rozwiązaniu elementy mechaniczne wykonano głównie z profili i blachy aluminiowej oraz typowych
śrub i nitów. Jako jednostki napędowe złącz kinematycznych
Nr 4/2010
zastosowano serwomechanizmy modelarskie. Przyjęto, że
układ sterowania robota bazować będzie na wcześniej poznanych mikroprocesorach rodziny ATMega firmy Atmel.
Zakres prac podzielono na trzy etapy. Działania koordynowano, aby uzyskać spójną konstrukcję robota. Wszystkie
elementy konstrukcji mechanicznej robota wykonano ręcznie.
Jedynym odstępstwem od tego jest przezroczysty blat szachownicy, osadzony na kratownicy w wyfrezowanych w tym
celu rowkach.
Pomiary Automatyka Robotyka 4/2010
mię. Końcowym etapem realizacji manipulatora było zamontowanie złącza w nadgarstku oraz chwytaka. Manipulator
składa się z ponad 50 elementów.
Dla poprawy precyzji pozycjonowania, w manipulatorze
zastosowano układy odciążenia i kasujące luzy w przegubach. Elementy te zaznaczono na rys. 1. prezentującym budowę manipulatora: A – ciężarek stabilizujący ruch wykonywany przez serwomechanizm 1, B - przeciwwaga odciążająca
serwomechanizm 2, C - sprężyna kasująca luzy serwomechanizmu 3.
Konstrukcja manipulatora
Konstrukcja chwytaka
Ramię robota wykonano jako manipulator o trzech stopniach
swobody mechanicznej. Dodatkowe dwa stopnie swobody
mechanicznej zrealizowano w nadgarstku, stosując swobodne, bez jednostek napędowych, zawieszenie chwytaka. W rezultacie chwytak pod wpływem grawitacji utrzymuje orientację pionową. Ze względu na przeznaczenie zastosowano
chwytak trójpalczasty. Manipulator, zgodnie z założeniami
składa się z trzech obrotowych par kinematycznych o strukturze antropomorficznej. Zastosowane do budowy manipulatora profile aluminiowe umożliwiły ograniczenie masy przy
zachowaniu dużej wytrzymałości mechanicznej i stosunkowo
prostej obróbce [1, 4].
Rys. 1. Manipulator - konstrukcja mechaniczna. 1, 2, 3
– serwomechanizmy w przegubach, A, B, C – układy odciążające
i kasowania luzów
W początkowej fazie projektowania przyjęto rozmiary
i położenie bierek i szachownicy oraz pól dodatkowych przeznaczonych na figury do promocji. Na tej podstawie ustalono
długość członów i zakres ruchu złącz kinematycznych, umożliwiające uchwycenie wszystkich bierek szachowych [2, 3].
Jako jednostki napędowe wykorzystano serwomechanizmy
modelarskie: w barku ruch lewo-prawo Tower Pro MG-996R,
w barku ruch góra-dół Hitec HS-805BB i w łokciu ruch lewo-prawo Hitec HS-645MG.
Pierwszym etapem realizacji ramienia było wykonanie
konstrukcji nieruchomego korpusu, do którego przyłączono
manipulator. Korpus został zamocowany do stołu. Następnie wykonano elementy mocujące jednostki napędowe złącz
kinematycznych. Serwomechanizm podnoszący i opuszczający całe ramię został umieszczony na łożysku wzdłużnym.
Umożliwia ono ruch obrotowy i stabilne mocowanie ramienia
manipulatora podstawy. Realizując kolejne elementy wzorowano się na budowie ręki ludzkiej: ramię, przedramię i dłoń.
Dlatego następnym krokiem realizacji manipulatora było wykonanie ramienia. Po jego zmontowaniu wykonano przedra-
Chwytak zaprojektowano i wykonano jako trójpalczasty element chwytający bierki, imitujący dwa palce dłoni i kciuk.
Układ ten wykonano w całości ręcznie z profili, blach i prętów aluminiowych. Chwytak składa się z 210 elementów.
Do zamykania i otwierania palców chwytaka zastosowano dwa serwomechanizmy Hitec HS-55 (rys. 2). Konstrukcja
chwytaka zamocowana została do ramienia robota na dwóch
ruchomych złączach nadgarstka. W związku z tym chwytak
zwisa swobodnie i przyjmuje zawsze ustawienie pionowe
w stosunku do powierzchni szachownicy.
Rys. 2. Konstrukcja mechaniczna chwytaka.
(1, 2 - serwomechanizmy, A, B – złącza nadgarstka)
Stany pracy chwytaka sygnalizowane są przez trzy diody
LED umieszczone w nadgarstku. Kolory podświetlenia sygnalizują odpowiednio: niebieski – gotowość chwytaka do
pracy, zielony – poprawne uchwycenie bierki, czerwony –
błąd uchwytu bierki. Do detekcji prawidłowości uchwycenia
bierki zastosowano trzy mikroprzełączniki na końcówkach
palców. Zadziałanie dowolnego z nich oznacza uchwycenie
bierki.
Konstrukcja szachownicy
Zgodnie z regułami międzynarodowej federacji szachowej
gra w szachy odbywa się na szachownicy złożonej z 64 pól.
Ze względu na konieczność wymiany informacji między człowiekiem i robotem na temat figur użytych do promocji zastosowano 8 dodatkowych pól, po cztery dla człowieka i robota.
W tym celu wykonano dwie dodatkowe szachownice boczne
zawierające po cztery pola. Projekt szachownicy uwzględnia
odpowiedni stosunek wielkości pól do średnicy bierek, poprawiający zarówno komfort osoby grającej, czyli człowieka
jak i możliwości operowania chwytaka. Szachownica główna
wraz z szachownicami bocznymi stanowią integralną część
55
Forum Młodych
Pomiary Automatyka Robotyka 4/2010
łączeniu z układem sterowania zapewniającym komunikację z komputerem stanowi w pełni funkcjonalne urządzenie
umożliwiające wykonywanie ruchów generowanych przez
komputer i rozpoznawanie ruchów wykonywanych przez
człowieka.
Rys. 3. Szachownica główna i szachownica boczna oraz konstrukcja
bierek zawierających magnesy
Rys. 4. Konstrukcja szuflady: po lewej część ruchoma, po prawej część
nieruchoma
Rys. 5. Robot do gry w szachy
robota. Umożliwiają rozpoznanie położenia bierek i detekcję
wykonania ruchu, oraz informowanie o tym gracza.
Powierzchnia szachownic wykonana została z pleksi oklejonej dwukolorowymi foliami umieszczonej w drewnianej
ramce. Pod powierzchnią szachownicy zamontowano kratownicę oddzielającą od siebie sąsiednie pola. Umożliwia to niezależne podświetlanie wybranych pól. Wewnątrz szachownicy zamontowano układy zbierające dane o pozycji bierek na
szachownicy.
Aby ułatwić proces chwytania, wszystkie bierki mają jednakową średnicę. Wykonane zostały z rurki aluminiowej.
W podstawie bierek zamontowano centralnie magnesy neodymowe, zalewając je żywicą epoksydową. Rozmiary magnesów dobrano w ten sposób, by pobudzały umieszczone
wewnątrz szachownicy czujniki, a jednocześnie nie powodowały zmiany położenia bierek pod wpływem pola magnetycznego sąsiednich bierek.
W trakcie gry w szachy odkładanie zbitych bierek przez
człowieka nie stanowi problemu. W przypadku prowadzenia
rozgrywki przez robota konieczne jest zapewnienie miejsca
na zbite bierki. W projekcie przyjęto, że manipulator będzie
odkładał bierki w jedno miejsce, które pomiędzy kolejnymi
ruchami powinno być opróżniane. Przewidziano dwa takie
miejsca, po jednym dla człowieka i robota. W tym celu wykonano dwa otwory w blacie stołu, przez które bierki wpadają
do specjalnie w tym celu zaprojektowanej szuflady.
Szuflada jest elementem automatyzującym proces odkładania bierek i umożliwia ich przechowywanie. Składa się
z dwóch części: ruchomej, czyli szuflady, w której za pomocą
serwomechanizmu bierki są odsuwane z miejsca wrzutu na
bok oraz części nieruchomej, w której skład wchodzą dwie
rurki zamocowane w blacie stołu, wyposażone w czujniki
optyczne.
Bibliografia
1. Niederliński A.: Roboty przemysłowe. Wyd. Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa 1981.
2. Dulęba I.: Metody i algorytmy planowania ruchu robotów
mobilnych i manipulacyjnych. Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, Warszawa 2001.
3. Tchoń K., Mazur A., Dulęba I., Hossa R., Muszyński R.:
Manipulatory i roboty mobilne: modele, planowanie ruchu, sterowanie. Akademicka Oficyna Wydawnicza PLJ,
Warszawa 2000.
4. Jacak W., Tchoń K.: Podstawy robotyki. Wyd. Politechniki
Wrocławskiej, Wrocław 1992.
Podsumowanie
Efektem kilkunastomiesięcznej realizacji projektu jest robot (rys. 5). Przedstawiona konstrukcja mechaniczna w po-
56
Autorzy projektu robota do gry w szachy