beam1

BEAM robotika

Fascinujú ťa roboty a rád by si si aj ty nejakého robota zhotovil, ale nevieš ako začať? Máš podmienku, že stavba robota nesmie byť príliš náročná finančne, časovo a ani technicky? Tak práve BEAM robotika môže byť ten správny začiatok! Ale aj keď sa robotike venuješ už dlhšie, môže byť BEAM robotika príjemným spestrením aj pre teba. Začnem teda stručnou charakteristikou.

O čo ide

BEAM robotika je oblasť robotiky, zaoberajúca sa stavbou konštrukčne aj elektronicky jednoduchých robotov. Snahou je napodobniť biologické organizmy na princípe "podnet - reakcia" a využitie energie z prostredia, v ktorom sa robot nachádza. Cieľom je nezachádzať do prílišnej technickej náročnosti. Preto sú v BEAM robotoch použité zväčša analógové obvody, na rozdiel od "klasickej" robotiky, kde sú informácie zo snímačov a aj riadiace signály pre akčné členy spracovávané digitálne procesorom.

Výraz BEAM sa neprekladá doslovne (preklad z angličtiny slova "beam" je "trám" alebo "brvno" a to s týmito robotmi naozaj nesúvisí), ale jedná sa o skratku štyroch anglických slov, ktoré tento odbor robotiky charakterizujú : Biology (Biológia), Electronics (Elektronika), Aesthetics (Estetika), Mechanics (Mechanika).

Biológia - v zmysle napodobňovania princípov z prírody, či už pohybu, reakcie ale aj celkového vzhľadu robota

Elektronika - použitá na spracovanie podnetov z okolia (senzormi) a riadenie akčných členov (napr. motorčeka) tak, aby správanie robota bolo zaujimavé (s náznakom inteligentného správania), pri použití minimálneho počtu súčiastok. Vďaka jednoduchosti elektroniky zvyčajne nie je potrebné vyrábať plošný spoj, ale súčiastky sa spájajú priamo na svoje vývody štýlom "vrabčie hniezdo"

Estetika - čím sa myslí hlavne vonkajší vzhľad robota. Tu sa uplatňuje predstavivosť a nápaditosť konštruktéra, kde vhodným rozmiestnením a úpravou jednotlivých častí (súčiastok) môže robot získať zaujímavý výzor, (napríklad sa podobá na hmyz). Teda robot by mal byť svojim spôsobom "pekný" na pohľad.

Mechanika - zahŕňa zakladnú konštrukciu, ale aj všetky mechanické časti potrebné na pohyb alebo skúmanie prostredia. Opäť je vhodné zapojiť fantáziu či vynaliezavosť a využiť netradičné prvky, povôdne možno určené na iný účel (napr. použitie prítlačnej kladky z magnetofónu ako kolieska na podvozok). Efektné je, keď elektronická súčiastka tvorí zároveň aj dôležitú mechanickú časť.

BEAM robot idúci za svetlom

Zároveň sa pri BEAM robotoch kladie dôraz aj na nasledovné pravidlá:

1. "Dodrž jednoduchosť" - snaha použiť čo najmenší počet súčiastok, vďaka čomu sa udržujú nízke náklady a technická nenáročnosť

2. "Recykluj" - na stavbu používať hlavne súčiastky z elektronického šrotu, čím vlastne ušetríme a v podstate pomáhame životnému prostrediu

3. "Využívaj okolitú energiu" - najčastejšie sa na napájanie používajú fotovoltaické články, teda nie je potrebné vymieňať batérie

Historicky sa o BEAM robotoch hovorí od roku 1986, kedy Mark W. Tilden zavádza a definuje tento pojem. Následne sa BEAM robotika stáva hobby pre mnohých nadšencov a vznikajú najrozmanitejšie BEAM roboty a súťaže s týmito robotmi. Preto sa zavádza určité delenie týchto robotov na hlavné skupiny a podskupiny. Delia sa podľa podnetu na ktorý reagujú, spôsobu reakcie na podnet a tiež prostredia v ktorom sa pohybujú. Presnejšie delenie BEAM robotov so stručným popisom uvediem v ďalšom článku.

BEAM robot, tzv. "Roller"

Myslím, že teórie zatiaľ stačilo, teraz si ukážeme, ako to môže vyzerať v praxi. Na úvod, aby som neodradil začiatočníkov, som vybral konštrukciu extrémne jednoduchého BEAM robota (možno trochu silný výraz pre takú jednoduchú konštrukciu, ale podmienky uvedené vyššie spĺňa). Svojou vtipnou konštrukciou a funkčnosťou určite zaujme.

BEAM robot - "Štetináč"

Samotný názov čo to napovedá o konštrukcii - ako "podvozok" je použitá zubná kefka, teda jej "štetinová" časť. Tým sa značne zjednoduší mechanická časť a pohyb robota na štetinách je zaujímavý. Potrebný materiál k výrobe Štetináča je minimálny.

Základné konštrukčné prvky pre Štetináča

Ako je ukázané na obrázku, tri základné stavebné prvky tvoria: a) solárne (fotovoltaické) články - slúžia ako zdroj energie pre robota a zároveň ako senzory, b) vibračný motorček - akčný člen, ktorý "rozhýbe" robota, c) zubná kefka - podvozok, na ktorom sa robot pohybuje (veľmi použitú nedoporučujem, iba v extrémnom prípade)

Obyčajná zubná kefka sa doma určite nájde, prípadne si kúpite tu najlacnejšiu za pár korún. Vibračný motorček ľahko získame zo starého mobilného telefónu, prípadne pagera. Najväčším problémom sú práve solárne články, ktoré sa síce dajú získať napr. z kaľkulačky, no zvyčajne nedodajú dostačujúci prúd potrebný na roztočenie motorčeka. Skôr sa dajú použiť články z populárnych solárnych lámp do záhrady, pokiaľ nemajú príliš veľké rozmery. Ideálne je kúpiť si sadu solárnych článkov, takzvaných "rezov", ktoré ak vhodne prepojíme, získame požadované parametre pri zachovaní primeraných rozmerov. Ja som použil dva takéto články (kde jeden článok má parametre: 30x12 mm, Uo < 0,57V; Is < 90mA, Pm < 40mW) zapojené do série, čo postačuje na roztočenie bežného vibračného motorčeka pri slnečnom dni.

Zo zubnej kefky odstránime rukoväť, tak aby zostala iba štetinová časť. Potom postupne odstraňujeme štetinky z jednej strany v strede kefky tak, aby sme tam mohli pripevniť vibračný motorček. Motorček, na ktorého kontakty sme prispájkovali dostatočne dlhé prívody je najlepšie prilepiť(silikónovým tavným lepidlom, alebo chemoprénom), kde je potrebná opatrnosť, aby sa nezlepil aj rotor. Pri prilepení dbáme na to, aby sa závažie vibračného motorčeka mohlo voľne otáčať. Týmto krokom máme hotový podvozok.

Samotné solárne rezy sú veľmi krehké, preto je vhodné ich prilepiť na nevodivú stranu plošného spoja (alebo iný pevný podklad), ktorý zabráni rozbitiu rezov pri náraze. Kúskom priehľadného plastu, ktorý pripevníme zvrchu solárneho článku, čiastočne ochráníme solárne rezy pred poškodením. Solárne rezy vhodne prepojíme (v mojom prípade dva do série, teda kladný pól na záporný pól) Takto pripravený solárny článok prichytíme kúskom obojstranne lepiacej pásky na už pripravený podvozok. Následne vhodne skrátime prívody z motorčeka a prispájkujeme ich na solárny článok. Na krehkosť solárnych rezov treba pamätať aj pri spájkovaní, aby sme ich zbytočne neprehrievali a nepoškodili sa.

Hotový Štetináč na dlani

Podstatou pohybu je prenos vibrácie z motorčeka na štetiny kefky, teda robot akoby poskakuje na štetinách a je závislý od podkladu, na ktorom sa pohybuje. Pohyb robota je teda náhodný a pripomína pohyb hmyzu.

Teraz stačí len pekný slnečný deň alebo dobre osvetlená miestnosť a Štetináč začne pobehovať až dovečera, alebo kým nezhasneme.