Omni Robot
Omni Robot Team
[email protected]
2 Tartalomjegyzék 1
Bemutatkozás ................................................................................................ 3 1.1
Kecskeméti Főiskola .............................................................................................. 3
1.2
Gépipari és Automatizálási Műszaki Főiskolai Kar ........................................... 3
2
Csapat Tagjai ................................................................................................ 4
3
Omni robot célja ........................................................................................... 7
4
Kerék és váz felépítés ................................................................................... 8
5
Elektronika .................................................................................................. 10
6
5.1
Motorok vezérlése ................................................................................................ 10
5.2
Egy motor vezérlése ............................................................................................. 11
5.3
Központi vezérlő................................................................................................... 12
5.4
ROS ....................................................................................................................... 12
Érzékelők, kommunikáció ......................................................................... 13 6.1
7
Kommunikáció ..................................................................................................... 13
Marketing .................................................................................................... 14 7.1
Weboldal és Facebook ......................................................................................... 15
7.2
Rendezvények ....................................................................................................... 15
3 1 BEMUTATKOZÁS 1.1 Kecskeméti Főiskola Főiskolánk az Alföld szívében, Kecskeméten található. A régió egyik legfontosabb oktatási központjában három karon folyik a képzés:
Gépipari és Automatizálási Műszaki Főiskolai Kar,
Tanítóképző Főiskolai Kar,
Kertészeti Főiskolai Kar.
A főiskolán több mint 500 alkalmazott dolgozik, és több mint 4000 hallgató tanul a legváltozatosabb képzési formákban (nappali és levelező tagozat, távoktatás, posztgraduális képzés, felsőfokú szakképzés).
1.2 Gépipari és Automatizálási Műszaki Főiskolai Kar Az önálló GAMF és a GAMF Kar az elmúlt évtizedekben jó hírnevet szerzett. Nap mint nap, az ország bármely részén járunk, GAMF-on végzett mérnökökkel találkozunk. Többségük tanult szakmájában ér el sikereket, sokan közép- vagy magasabb beosztású vezetők, ha éppen nem saját vállalatuk irányítói, tulajdonosai. A GAMF-on végzett mérnökök közül kevés a pályaelhagyó. 1. ábra GAMF kar
Az intézmény jogelődjét, a Felsőfokú Gépipari Technikumot 1964-ben alapították. 1969ben Gépipari és Automatizálási Műszaki Főiskola (GAMF) elnevezéssel főiskolai rangot kapott. 2000. január 1-jétől a Kecskeméti Főiskola legnagyobb karaként működik.
4 2 CSAPAT TAGJAI Drenyovszki Rajmund tanszéki mérnök (hallgatókat összefogó oktató) E-mail:
[email protected] A GAMF Karon majd később a BME Villamosmérnöki és Informatikai Karán végeztem, jelenleg a GAMF Kar Informatika Tanszékén dolgozok tanszéki mérnökként. Mikroelektronikával, mikrovezérlők programozásával foglalkozom. Még a 2011-es év őszi félévében keresett meg pár hallgató egy robot ötletével, aminek eredményeként egy csapat állt össze.
Csík Norbert főiskolai adjunktus (hallgatókat összefogó és segítő oktató) E-mail:
[email protected] Kiskunfélegyházán születtem, az általános iskolát és a középfokú tanulmányaimat
Kecskeméten
végeztem.
Épületgépész-technikusként
Szegedre felvételiztem Fizikus szakra, majd ezt elvégezve Programozó matematikusként tanultam tovább. 2004-től dolgozom a Kecskeméti Főiskola, GAMF Karán. Jelenleg a Szegedi Tudományegyetem Kísérleti Fizika Tanszékének “Zajok és Nemlinearitások és ezek interdiszciplináris alkalmazásai” doktori képzését végzem. Kutatási témám orvosi területen végzett jelanalízissel foglalkozik.
5 Zsupányi Krisztián (Krissz), mérnök informatikus hallgató E-mail:
[email protected] Celldömölkön születtem, itt végeztem el a számítástechnikai programozó szakot, az érettségi után. Másfél évig dolgoztam műszerészként egy elektronikai
cégnél
ahol
HP
lézernyomtatókat
javítottunk.
Ezután
jelentkeztem a Kecskeméti Főiskola GAMF karára, ahol mérnök informatika szakos hallgatóként folytatom tanulmányaimat. Itt kerültem kapcsolatba Drenyovszki Rajmunddal, aki segített még jobban megismerni a robotika világát. Örülök, hogy tagja lehetek egy remek csapatnak.
Deák Ádám (Mou) mérnök informatikus hallgató E-mail:
[email protected] Csongrádon születtem, 2007-ben érettségiztem a Sághy Mihály szakközépiskolában, majd itt végeztem el a Webmesteri képzést. Tanulmányaimat a GAMF-on 2010-ben kezdtem. A csapattagjaival rögtön az első félévben megismerkedtem többé-kevésbé közös érdeklődésünknek köszönhetően, és jó barátság alakult ki köztünk. Szabadidőmben Gitározom, valamint a csapat tagjaival a robot tervein dolgozunk.
Rusz Zoltán mérnök informatikus hallgató E-mail:
[email protected] Békés megyében Gyulán születtem, 2008-ban Sarkadon az Ady EndreBay Zoltán Középiskolában érettségiztem tanulmányaimat gyulai Erkel Ferenc Gimnázium és Informatikai Szakképző Iskolában folytattam Informatikai hálózattelepítő és üzemeltető szakon. 2010 Szeptemberében megkezdtem a tanulmányaimat a GAMF-on. Krisztián által egy kitartó, feladat orientált csapatba kerültem.
6 Bessenyei Sándor (gatget), gépészmérnök hallgató Email:
[email protected] Szolnokon, születtem itt végeztem CAD-CAM technikusit és gazdasági
informatikát.
Egy
tanáromnak
dogoztam
gépészeti
projektben, majd a GAMF-ra jöttem gépészmérnöki szakra első évben pneumobiloztam. A csapat tagjaival a kollégiumban ismerkedtem meg első évben, így lettem a csapat tagja. Feladatom a gépészeti problémák megoldása és a robot vázának megtervezése. Mindent szeretek, ami él és mozog akármi is hajtja, örömmel veszem a kihívásokat. Szabad időmben 3D grafikával foglalkozom vagy gitározok Ádámmal együtt.
Mihálycsik Zoltán, gépészmérnök hallgató Email:
[email protected] 1991-ben születtem Szolnokon. A besenyszögi Chiovini Ferenc általános iskolába jártam. 2005-től a szolnoki Pálfy János Műszeripari és
Vegyipari
Szakközépiskolába
jártam
gépész
szakra.
2009-ben kezdtem technikumi tanulmányaimat a szolnoki Jendrassik György gépipari tagintézményben, ahol CAD-CAM informatikusként végeztem. 2010 óta a Kecskeméti Főiskola GAMF karára járok gépészmérnök szakra. Tanulmányaim alatt ismereteket szereztem Auto CAD
2006-ból,
(2004-ből
kezelő
bizonyítvány),
Mechanikal
Desktopból, Inventor 2009-ből, (2011-ből kezelő bizonyítvány), Solid Edgeből,
és
Edge
Camből.
Fogyóelektródás
ívhegesztői
Gépszerkezetek, mechanizmusok létrehozásából kreatív vagyok.
vizsgával
rendelkezem.
7 3 OMNI ROBOT CÉLJA Az ötlet körülbelül fél éve fogalmazódott meg bennünk, egy felvétel láttán, melyben egy hasonló felépítésű robot hajtott végre különböző feladatokat.
2. ábra A robot szemből nézve
Robotunk négy darab ún. omni kerékkel rendelkezik, mely lehetővé teszi a kormánymű nélküli kanyarodást, illetve oldalazást, egy tárgy körül történő adott szögű körözést vagy akár helyben megfordulást.
3. ábra A robot oldalról nézve
A tervezett szerkezeti felépítés stabilitásának köszönhetően akár 150 kg szállításra is képes, így akár raktárkezelési célokra is használható. A robot több érzékelővel is rendelkezik, ezáltal emberi beavatkozás nélkül is képes mozogni és lehetőséget biztosít adatgyűjtési feladatok elvégzésére is. Csapatunk célja, hogy a robot elkészüljön és minél több neves rendezvényen jelenjen meg a Főiskola és a csapat hírnevét öregbítve, valamint a támogatóit hirdetve. Célunk még a helyi illetve országos TDK-n történő nevezés is, valamint a megszerzett tapasztalatok kamatoztatása hozzá kapcsolódó kutatási területeken.
8 4 KERÉK ÉS VÁZ FELÉPÍTÉS Az Omni kerék megtervezése és elkészítése az egyik legnagyobb kihívást jelentő feladat. A kialakításának olyannak kell lennie, hogy megfeleljen a teherbírási követelményeknek, valamint biztosítania kell a robot sima haladását is. Fontos szempont még a minél egyszerűbben gyárthatóság.
Szintén nehéz feladat volt a már meglévő motorokhoz való alkalmazkodás. Olyan omni kereket és kerék agyat kellett tervezni, ami könnyen felszerelhető a motor tengelyére.
4. ábra A robot váza, kerekekkel és motorokkal
A másik fontos szempont a könnyű szerelhetőség, a burkolat és a motorok egyszerűen eltávolíthatóak, ezáltal az elektronika is jól hozzáférhető.
9 A teherbírás, mint szempont a robot egész vázszerkezeténél végigkísérte a tervezési folyamatot. A robotnak így 100-150 kg a terhelhetősége.
5. ábra Terhelés vizsgálat véges elemes feszültség analízissel.
A váz anyaga alumínium, ami megfelelő terhelhetőség és forgácsolhatósági szempontból is, bizonyos helyeken alkalmas lehet a plexi is, de ez későbbi elgondolás tárgya. A tervezett váz többször ellenőrizve lett véges elemes feszültéség számítással. Bár igyekeztünk minél költséghatékonyabb kialakításra, az alumínium vázszerkezet a teherbírási szempontok miatt így is meglehetősen költséges.
6. ábra Az omni kerék robbantott rajza
10 5 ELEKTRONIKA Az Omni kerekek oldalirányú mozgást is biztosítanak a robot számára, ehhez azonban szükség van arra, hogy a kerekek egymástól függetlenül is tudjanak forogni.
5.1 Motorok vezérlése A robot mozgatását 4 db 24V-os DC motor végzi. Az alábbi ábra szemlélteti a motorok vezérlését.
7. ábra Motorok vezérlésének áttekintése
A motorok irányítását több kisebb mikrovezérlő végzi. Mindegyik motor rendelkezik egy saját kontrollerrel, amely elvégzi a szabályzást és felügyeli a motor helyes működését. Felügyeletet a fordulatszám és az áramfelvétel figyelésével, a motor szabályzását pedig PWM jel segítségével végezhetjük el. A rendszerben az összes motor irányítását egy központi beágyazott számítógép végzi. A kommunikáció I2C buszon történik az egyes mikrovezérlők között.
11 5.2 Egy motor vezérlése A következőkben részletesebben láthatjuk egy motor vezérlését. Az előző fejezetből kiderült minden motort arra a feladatra dedikált mikrovezérlő irányít (egy-egy Atmel gyártmányú ATmega8 mikrovezérlő).
8. ábra Egy motor vezérlése
A motor forgásának szabályzását a Cytron 10A-s motorvezérlője végzi, melyet PWM jel segítségével vezérel a mikrovezérlő. Helyes működés fenntartására két szenzort használ a rendszer, egyik a motor áramfelvételének, másik pedig a motor fordulatának figyelésére. Ezeket a feladatokat is az ATmega8 egység látja el. A motorok áramfelvételét 4db 22Ah-s ciklikus zselés akkumulátor szolgálja ki.
A motor paraméterei:
Max. fordulatszám:
110 fordulat/perc
Max. áramfelvétel:
10 A
Tápfeszültség:
24V
Súly:
6 kg
12 5.3 Központi vezérlő A motor szabályzásával foglalkozó mikrovezérlők adatait egy Raspberry Pi dolgozza fel. Az eszköz előnye hogy ARM processzorának köszönhetően képes akár Linux-ot is futtatni, ezáltal a lehetőségek széles tárházát biztosítva a robot számára a képfeldolgozás és még sok más területen. Így a tervek között szerepel még egy kamera, vagy akár egy Kinect mozgás érzékelő szenzor felszerelése a robotra.
9. ábra Raspberry Pi
5.4 ROS A ROS (Robot Operating System) egy Linux alatt futó robotok irányítására használt operációs rendszer, amely a robotikában leggyakrabban alkalmazott algoritmusok implementációját is tartalmazza. Rendkívül sok funkció került bele a rendszerbe a kamera képfeldolgozástól az érzékelők kezeléséig. Már több mint 1000 könyvtár lelhető fel a weboldalán.
Ahogy már arról szó volt, a Raspberry Pi egy Linuxot futtatni képes eszköz, így a csapat azt szeretné elérni, hogy képesek legyenek az együttműködésre.
13 6 ÉRZÉKELŐK, KOMMUNIKÁCIÓ A robot adatgyűjtési célokra is megfelel ezért össze is gyűjtöttünk pár érzékelőt és szenzort a teljesség igénye nélkül, amik felszerelhetőek rá:
Hőmérsékletérzékelő, Távolság érzékelő, Fényérzékelő, Gyorsulásmérő, Giroszkóp, Piezo (rezgésméréshez), Kamera, GPS.
A szenzorokból több már rendelkezésre áll, illetve beszerzése viszonylag könnyű.
6.1 Kommunikáció A szenzorok segítségével a robot akár önállóan is képes lehet mozgásra, viszont mégis szükség van távoli felügyeletre.
A Raspberry Pi eszköz segítségével WIFI kommunikáció könnyen megvalósítható. Emellett még XBee Rádió Frekvenciás távvezérlés is kialakítása is tervbe van véve.
14 7 MARKETING A robotunk elég nagy ahhoz, hogy nagy és közepes matricák, logók elférjenek rajta. Csapatunk arra a döntésre jutott, hogy akár a robot teljes szabadfelületét is biztosítja ilyen célra.
10. ábra A robot egy minta logóval
Az alábbi listában a roboton található felületek mérete látható melyet csapatunk kész támogatók számára biztosítani:
Első és hátsó oldal:
2x927 cm2
Jobb és baloldal:
6x300 cm2
Felső burkolat:
6180 cm2
Kerékagy (furat is található benne):
4x207 cm2
15 7.1 Weboldal és Facebook A
roboton
kívül
lehetőség
van
még
weboldalon
történő
megjelenésre
is
(http://gamfrobotics.hu), itt is kisebb és nagyobb banner területek kerülnek kialakításra.
11. ábra Csapat honlapja folyamatos fejlesztés alatt
Csapatunkban több web programozó hallgató is tálalható, akik megfelelő minőségű honlapok készítenek számunkra. Manapság nagyon népszerű közösségi portálon is jelen vagyunk (http://www.facebook.com/OmniRobotTeam), ahol a későbbiekben a robottal kapcsolatos hírek események ugyanúgy elérhetőek lesznek akárcsak weboldalunkon.
7.2 Rendezvények Iskolánkban több nagy tömeget megmozgató rendezvénynek is helyet ad, ahol robotunk is meg fog tudni jelenni. Ezeken a rendezvényeken természetesen a roboton található logók ugyanúgy láthatók lesznek hirdetve a csapatunkat segítő cégeket, vállalkozásokat. Terveink között szerepel csapat pólók készítése is, amelyeket az eseményeken szintén viselnék a csapattagok így a logók itt is megjelenhetnek. Néhány rendezvény a teljesség igénye nélkül:
Más-Kép(p) Tudomány Interaktív Kiállítás, Kutatók Éjszakája a GAMF Karon, GAMF Nyíltnap évente kétszer, KEFO RoadShow (a főiskolát népszerűsítő középiskolai látogatások), Educatio Nemzetközi Oktatási Szakkiállítás.
