WoEN: ArkStone Super Leicht Mark II - модифицированная версия робота ArkStone SL, который, в свою очередь, является преемником робота ArkStone Pioneer Mk II, победившем в чемпионате Робофинист 2022. Робот собран на базе Президентского ФМЛ №239 при поддержке ООО «НПО «СтарЛайн» и ПАО «Газпром нефть».

Краткое описание

Робот представляет собой двухколесную тележку с щеточным захватом шайб и роторной системой сортировки.

Каркас

Рама робота собрана из резной фанеры толщиной 4 и 6 мм и пластиковых (PLA) деталей, напечатанных на FDM-принтере. Для соединения фанеры используются т-соединения с гайками и шайбами, в пластиковых деталях используются вплавляемые гайки. Для лучшей обтекаемости и безопасности углы робота скруглены, а по бокам используется потайной крепеж. Робот окрашен в фирменные цвета WoEN, по бокам и сверху нанесены названия команды и спонсоров. Оптимизированная геометрия деталей позволила снизить вес робота до 4.1 кг с элементами питания.

Колесная база

В качестве силовой установки ипользуются два мотора TETRIX TorqueNADO номинальным напряжением 12В и частотой вращения 6000 об/мин с установленным понижающим планетарным редуктором DK36 с передаточным чистом 1:13.7 и дополнительным радиатором для охлаждения. Колеса состоят из печатного обода и покрышки, отлитой из полиуретана твердостью 40А, которая дает оптимальное сцепление с баннером полигона, при том не нанося ему ущерб. Помимо колес робот стоит на четырех шаровых опорах CY-15A. При номинальном напряжении батареи робот преодолевает весь полигон примерно за 1 секунду.

Система захвата

Спереди робота стоит щеточный захват, состоящий из алюминиевой сердцевины c прутками из HDPE пластика (полиэтилена), приводимым в действие двигателем JGB37-520 при помощи ременной передачи. В активном состоянии частота вращения захвата составляет примерно 700 об/мин. Дно робота оснащено рейками, направляющими шайбы к система сортировки, расположенными таким образом, что бы исключить потерю захваченных шайб.

Система сортировки

В для сортировки шайб между двумя отсеками используется трехлепестковый барабан, приводимый в движение мотором LEGO Mindstorms NXT. Для определения цвета шайбы используется RGB-датчик цвета TCS34725. На сортировку одной шайбы уходит до 420 мс.

Система выгрузки

Снизу робота установлен датчик HiTechnic NXT Color Sensor V2. Когда датчик определяет, что робот находится на квадрате своего цвета, высокоскоростной сервопривод K-power DMC027 открывает заднюю заслонку.

Система навигации

Помимо датчика поля, робот определяет свое местоположение на поле при помощи установленного спереди ультразвукового датчика расстояния GY-US42v2 и датчика углового положения BNO08X.

Электроника

Робот управляется при помощи контроллера TETRIX PRIZM на базе чипа ATmega328p c платой расширения TETRIX MAX DC Motor Expansion Controller со встроенными драйверами двигалелей ST VNH5019A с выходной силой тока до 30 А. Питание обеспечивается 4S литий-ионным аккумулятором HRB номинальным напряжением 14.8 В и емкостью 6 Ач. Для управления роботом сверху установлен тумблер питания и пусковая кнопка. Также перед щетками установлена декоративная адресная RGB светодиодная лента.

Программное обеспечение

Программа робота реализована на языке С++ на основе библиотеки Arduino. Структура программы организована таким образом, что бы не зависеть от конкретных параметров робота и используемого аппаратного обеспечения, поэтому большинство алгоритмов могут быть адаптированы под друого робота со схожим функционалом. Для управления моторами колесной базы, удержания линейного и углового положения и управления барабаном сортировки использутся ПИД-регуляторы. Показания гироскопа и ультразвукового датчика сверяются с показаниями энкодеров на колесной базе, что бы повысить отказоустойчивость и достоверность значений. Для определения цвета поля используется адаптивный алгоритм, не требующий подстройки под конкретный полигон и условия освещения. Работа регуляторов и взаимодействие с аппаратной частью оптимизировано таким образом, что бы максимизировать частоту обновления программы, что в свою очередь повышает отзывчивость и производительность систем управления.