Как создать Боевого робота. Краткое руководство

Шаг 1: Мозговой штурм

 Процесс проектирования зачастую начинается с мозгового штурма. Первым делом, нужно определиться с типом оружия и весовой категорией робота. Далее нужно сделать следующие шаги:

• · Найти и изучить все известные примеры таких роботов.
•  · Рассмотрите роботов с различными подвидами оружия, с разной бронёй и с различными системами привода.
•  · Попробуйте найти несколько видео, где можно будет посмотреть, как эти роботы показывают себя в бою.
•  · Обратите внимание на то, какие решения работают, а какие - нет.

После того, как вы достаточно разбираетесь в конструкциях интересующих вас роботов, начните объединять вашу идею в концепцию. Сделайте черновые наброски, на которых будут отображены желаемая форма шасси, оружия и т.д.

Вещи, на которых нужно сосредоточиться во время мозгового штурма:

 1. Тип оружия

2. Форма оружия

 3. Система привода

 4. Общая форма корпуса

 5. Броня

Во время мозгового штурма нужно записывать абсолютно все идеи, которые приходят вам в голову, просто для того, чтобы их не забыть. Возможно, большинство из этих идей вы не сможете применить при создании одного единственного робота, к тому же, некоторые идеи могут конфликтовать с другими. Но вполне возможно, что вы сможете реализовать эти идеи позже, когда решите собирать следующего бота, либо когда будете работать в команде над большим проектом. Кстати об этом. Создание действительно хорошего и эффективного робота – это, чаще всего, именно командная работа. В особенности это относится к средним и тяжёлым весовым категориям.

Шаг 2: Эскиз

С этого шага уже начинается проектирование робота. Первым делом можно прикинуть примерные размеры корпуса. Здесь можно отталкиваться от уже существующих роботов того же типа, и находящихся в той же весовой категории. Делаем первый эскиз:

После этого нужно создать ещё несколько, постепенно добавляя детали, такие как расположение колёс, моторов, оружия, предполагаемый тип привода, примерное расположение электроники и аккумуляторов, расположение внутренних структурных элементов и крепежа для электроники. Начинать нужно с самых важных узлов.

После того, как вы создали эскиз вашего бота, пора переходить к следующему этапу.

Шаг 3: Чертёж

 Пора создать более подробные эскизы, или даже чертежи. Чтобы не создавать бота, в которого вы потом не сможете запихнуть желаемую начинку, на этом этапе желательно уже иметь на руках все основные комплектующие, такие как моторы, регуляторы и аккумуляторы, или хотя бы знать их размеры и вес. Тут всё взаимосвязано. К сожалению, мы ограничены стандартными моторами, редукторами и аккумуляторами. Да, их выпускается множество видов, самых разных размеров и форм, но очень часто, для определённой весовой категории, используется всего несколько типов моторов т.к. они подходят лучше всего. А производители аккумуляторов, например, не станут подстраиваться под нас, и делать на заказ несколько единиц аккумуляторной батареи нужного нам размера и веса. Это нам нужно отталкиваться от размеров и веса стандартных комплектующих.

 На этом же этапе нужно определиться с материалами, из которых мы будем собирать робота. Как я уже говорил, каждый робот должен вписываться в выбранную весовую категорию, это основное требование. При создании роботов в различных весовых категориях используются множество различных материалов. В лёгких весовых категория, таких как «Жук» (1,5 кг.) и «Хобби» (5,4 кг.), часто используются алюминий, карбон, нейлон и пластиковые детали, напечатанные на 3D принтере. А в более тяжёлых категориях в основном используются износостойкие стали и титан. Подробнее о материалах мы будем рассказывать в наших статьях, посвящённых определённым весовым категориям.

Здесь я могу предложить использовать таблицу, которую я составил, основываясь на книге по созданию боевых роботов. Эта книга написана командой RioBotz в далёком 2009 году, создателями робота Минотавр, которого вы могли видеть на шоу «BattleBots». Книга доступна только на английском языке, но зато она распространяется бесплатно и её может скачать любой желающий. В этой книге просто уйма полезной информации. К сожалению, у нас пока нет ресурсов, чтобы перевести её на русский. Если вы владеете английским, или сможете осилить машинный перевод (который, к слову, вполне читабелен) то обязательно прочтите эту книгу. Книгу в оригинале можно скачать в нашей группе в разделе документы, или скачать с официального сайта.

Так вот, по поводу таблицы. Здесь представлены все основные весовые категории, ограничения по весу в каждой из них, а так же распределение веса по всем основным узлам. В книге это называется правилом «30,30,25,15». Подобное распределение веса между узлами позволяет собрать достаточно эффективного и сбалансированного бота. Обратите внимание, что в США и Англии максимальный вес для некоторых категорий отличается.

Безусловно, это не Аксиома, но это то, от чего можно отталкиваться. Например, зная вес моторов, аккумуляторов и регуляторов, которые вы хотите использовать, вы сможете узнать, сколько свободного веса у вас осталось на оружие и броню. Прикинув вес оружия, вы узнаете, сколько будет весить каркас и броня вашего робота. А это, в свою очередь, приведёт вас к выбору материалов и к толщине брони, которую вы сможете себе позволить. Да и в целом, знание веса, который вы сможете распределить на шасси, определённо внесёт коррективы в дизайн и размеры робота. Как я уже говорил – здесь всё взаимосвязано, на всех этапах создания робота.

Для облегчения дальнейшего проектирования можно сделать наброски, на которых будут изображены отдельные узлы, конструкцию которых нужно продумать заранее.

Так же на общем чертеже можно прикинуть расположение структурных элементов и крепёжных отверстий в деталях. Нужно подумать над тем, из каких отдельных деталей и узлов будет состоять бот, и как всё это будет собираться в единое целое.

Шаг 4: Выбор моторов

При выборе мотора нужно учитывать 3 момента:

Характеристики мотора (ТТХ двигателя, которые заложены производителем, и которые нельзя изменить).

Дизайн вашего робота (форма и размеры вашего бота, которые вы можете изменить)

Желаемые характеристики (ТТХ собранного робота, такие как мощность оружия, скорость и маневренность).

Свойства мотора, от которых нужно отталкиваться:

KV (оборот \ вольт) - Это значение нужно умножить на напряжение аккумулятора, чтобы узнать максимальные обороты в минуту.

Мощность (W) - Это значение нужно знать, чтобы вычислить время раскрутки оружия до максимальных оборотов.

Максимальный ток (A) - От потребляемого тока зависит выбор регулятора. Чем больше потребляет двигатель, тем более мощный и тяжёлый регулятор оборотов потребуется для него.

Максимальное напряжение (V) - Максимальное напряжение, которое двигатель может выдержать, от него зависит выбор регуляторов и аккумулятора.

Размеры двигателя – это тоже важный момент. Чем больше размеры моторов, которые вы используете, тем больше будет корпус робота, который сможет их вместить. А чем больше корпус – тем тоньше будет броня, которую вы сможете себе позволить, ведь робот должен вписываться в ограничения по весу для своей категории.

Вес. Здесь всё аналогично предыдущему пункту. Чем тяжелее моторы, тем меньше веса вы сможете выделить на остальные части робота.

Обратите внимание, что некоторые продавцы указывают вес упаковки с мотором, а не самого мотора.

Кроме того, имейте ввиду, что большинство (если не все) характеристик мотора, которые указывает продавец или производитель, являются теоретическим максимумом. Скорее всего, на деле все характеристики будут ниже заявленных, но их всё ещё можно использовать для предварительных расчётов.

Характеристики вашего бота, которые вы можете изменять:

Передаточное число – это соотношение межу диаметром шкива (шестерни, звёздочки и т.д.) установленного на двигатель, и диаметром шкива, установленного на оружие, к примеру.

Для привода оружия и колёс, как правило, устанавливаются понижающие редукторы. Чем больше разница в диаметрах, тем выше коэффициент редукции. От коэффициента редукции зависит максимальная скорость вращения оружия, и максимальная скорость, с которой робот сможет передвигаться.

Момент инерции (J): Эта величина нужна для расчёта времени, которое понадобится для раскручивания оружия до заданных оборотов, а так же для вычисления силы удара этого оружия.

Итоговые характеристики, которые вам нужно знать:

Скорость вращения оружия (об\мин.).

Этот параметр является одним из основных для создания разрушительного оружия. Для вращающегося оружия сравнительно небольшого диаметра, например такого, как барабан, желательно использовать высокие обороты - от 8000 об\мин. и выше. Для более крупного и тяжёлого оружия, например такого, как вращающееся лезвие горизонтального Спиннера, обороты должны лежать в диапазоне от 2000 до 5000 об\мин. Тут всё зависит от массы и размеров оружия – чем больше скорость вращения тяжёлого оружия с большим радиусом, тем большую отдачу получит ваш робот при ударе. Это может повлечь за собой серьёзные структурные повреждения вашего робота. Разорвать вражеского бота пополам одним ударом – это здорово. Но какой в этом смысл, если от такого удара и ваш собственный робот разлетится на части.

Время разгона.

Это значение показывает, насколько быстро оружие раскручивается с нуля до максимальных оборотов. Первый удар в бою часто имеет решающее значение. Если вражеский бот столкнётся с вашим оружием до того, как оно наберёт максимальные обороты, то вы не нанесёте максимально возможный урон, а оружие будет снова раскручиваться с нуля, что даёт вражескому роботу время для манёвра. Потому очень важно, чтобы оружие раскручивалось до максимальных оборотов как можно быстрее. Для роботов в лёгких весовых категория, например, выход на максимальные обороты за 1 секунду считается хорошим результатом. Для ботов в более тяжёлых весовых категориях это могут быть 2 секунды. 3 секунды – это уже средний результат.

Кинетическая энергия (Дж)

Это значение представляет собой фактическую энергию, которую ваше вращающееся оружие будет производить и, следовательно, передавать другому роботу при ударе.

Вам потребуется вычислить ещё несколько значений, подробнее об этом мы напишем в отдельных статьях о расчётах силы удара оружия робота, и о подборе моторов.

Так же для примерных расчётов силы удара оружия можно использовать вот этот простой калькулятор.

Шаг 5: Создание 3D моделей в программе САПР

Этот шаг нужно выполнять одновременно с подбором моторов и других комплектующих.

Помните, что большинство деталей для роботов, особенно тяжёлых, часто изготавливаются на заказ. Если вы создали деталь, которую можно изготовить из большого бруска алюминия, например, но большая часть материала ( 50% и более) при этом будет превращена ЧПУ фрезером в стружку, то такие детали будут обходиться довольно дорого. Иногда лучше пересмотреть подход и попробовать оптимизировать процесс изготовления или упростить саму деталь, чтобы для её изготовления требовалось как можно меньше материала.

Вот несколько советов по созданию 3D моделей:

Расставляйте размеры таким образом, чтобы в любой момент можно было вернуться к самым первым шагам и изменить их. Для этого все размеры должны быть расставлены вручную, и не должны зависеть друг от друга там, где этого не требуется.

Используйте готовые 3D модели стандартных частей, таких как моторы, регуляторы и прочее, для своих сборок. Модели типовых деталей, которые используются чаще всего, можно найти в сети и таким образом сэкономить время.

Не забудьте указывать в свойствах детали материал, из которого она должна быть изготовлена, и его плотность. Это поможет легко вычислить точный вес детали ещё на этапе проектирования. Если этого не делать, то при постройке робота можно обнаружить, что вы едва собрали его наполовину, а его вес уже превышает максимально допустимый. Зная вес каждой детали в процессе проектирования, вы можете изменить её размеры, или вырезать окна облегчения, чтобы снизить вес, если это потребуется. Таким образом, даже не имея на руках основных деталей, таких как моторы, регуляторы и аккумуляторы, но зная их размеры и вес (указанные производителем) вы уже можете приступать к проектированию корпуса для вашего робота. Когда вы закончите сборку робота в программе, вам останется дождаться доставки всех деталей, проверить их размеры и вес и, если всё сходится, то можно будет приступать к изготовлению.

Шаг 6: Сборка проекта в программе САПР

Как только 3D модели всех деталей созданы, пора переходить к их сборке в единое целое. Важно создать полную сборку со всеми деталями, чтобы убедиться, что всё собирается и работает так, как и задумано. Далее небольшой список советов:

· Удостоверьтесь, что вес всех деталей, необходимых для сборки робота ниже, чем максимально возможный в той весовой категории, в которой будет выступать ваш бот.

· Учитывайте вес деталей, которые могут отсутствовать в сборке. Это могут быть провода, разъёмы, винты и прочие мелочи.

· Создайте сборки отдельных узлов робота, чтобы вы могли работать над несколькими из них параллельно.

· Не назначайте деталям случайные цвета и текстуры. Это может усложнить восприятие цельного проекта. Например, если деталь должна быть изготовлена из стали, то у неё должен быть соответствующий цвет и фактура.

· Не стоит недооценивать время, которое придётся потратить на сборку. Очень часто проблемы возникают уже после того, как всё собрано в единое целое, и на их устранение тоже может потребоваться время.

· Не вносите все поправки в одну единственную сборку, лучше сохраните несколько вариантов. Это позволит вернуться к старым версиям при необходимости.

После создания (или даже во время) сборки можно начать составлять список материалов и комплектующих. В такой список могут входить следующие пункты:

· Размеры стандартных листов материалов, которые можно купить, и размеры листов, которые необходимы вам для изготовления тех или иных деталей.

· Список и количество всех типовых деталей необходимых для сборки (помимо электроники), которые можно купить, такие как винты, подшипники, ремни и прочее.

· Ссылки на источники, где можно приобрести все необходимые материалы.

· Все необходимые замечания, связанные с деталями и материалами, просто чтобы не забыть.

Наличие такого списка позволит вам как можно быстрее приступить к созданию робота, сразу после завершения проектирования.

Шаг 7: Обзор проекта

Если вы создаёте робота в команде, а не в одиночку, то вероятно вам нужно будет продемонстрировать свой проект остальным товарищам, особенно, если вы новичок, а для создания бота будут использоваться материалы и оборудование, которые принадлежат всей команде. Ваши коллеги и наиболее опытные члены команды будут задавать вам вопросы по поводу вашего проекта, укажут на недостатки в конструкции и посоветуют, как их можно исправить. Критика вашего первого проекта может показаться излишне суровой, но не забывайте о том, что эти люди просто пытаются помочь вам создать лучшего бота. Проекты тяжёлых роботов обычно проходят 3-5 проверок до того, как они будут одобрены, т.к. тяжёлые роботы – самые дорогие в производстве, и любые ошибки в проектировании могут обойтись очень дорого. Так же важно делать заметки и записи во время таких проверок, просто чтобы не забыть все советы по устранению проблем.

Шаг 8: Постройка

Вот и всё, теперь вы готовы воплощать ваш проект «в металле». Во время сборки настоящего робота у вас может возникнуть необходимость внести небольшие изменения в конструкцию по тем или иным причинам. Очень сложно учесть все нюансы при моделировании на компьютере. Не забудьте внести эти изменения в вашу сборку в программе САПР, когда робот будет закончен.