Nekorektní blog Petra Kubáče na Blog.cz

Už jsem dolouho nepsal o tom, jak pokračuje Trávoměr - tedy zkratkovitě

Nicméně už mám postaveno celkem 37 (!!!!) verzí různých komponent které vždy měly
"nějakou mouchu" Nicméně nikoliv teď ale příště už budu reportovat o konstrukci, která bude velmi blízká "konečnému řešení"

Nyní si povězme o tom jak jsem do Googlu omylem zadal současně heslo Logarithmic amplifier a Phase detector - a zjistil jsem že jsem vůl. Moderní bezdrátová elektronika je založena na úsporných modulacích jako je QPSK , GMSK, a QAM takže demodulátor signálu nezajímá nic než jeho amplituda (nebo její logaritmus aby se nemuselo používat AVC) a fáze. Ergo - musí existovat "jednočipové" řešení...

A taky existuje a pokud se nebavíme o nějakých ASICech do mobilu tak Analog Devices dostal v roce 2002 cenu za inovaci za sérii obvodů AD830x -což jsou "Logaritmic and phase demodulators"

Vidíme tam dvě mé oblíbené logaritmické kaskády a směšovač, který určuje fázi - vše dokonale přesné a připravené k použití.

Tedy kdybych byl "skutečný inženýr" tak bych vzal LT1223 bratru za 166 (slevnily !!) a AD8302 za ďábelských 666 kč (obojí bez DPH) pak bych to obklopil asi 50 dalšími komponenty, jejichž ceny lze v souvislosti s výše uvdenými zanedbat a bylo by hotovo....

Takových čidel potřebuje můj robot aspoň 8 takže asi tak za 15 tisíc a jsme doma. No pak bych ale určitě nepsal o svém tápání blog ale nejméně diplomku, kde bych předstíral, že konečné řešení mě napadlo už na začátku při tlačení na míse.

Divíte se že moje "konkurence" ;-) firma SICK - prodává své dálkoměry za čtvrt miliónu kus ?

Takže děcka buďte rádi, že mě mladá žena stojí tolik, že stavím roboty z toho "co dalo GME" a vy tudíž nemusíte ukrást taťkovi šrajtofli ....

No a ještě - Analog dostal v roce 2002 cenu za "převratné řešení" - když na to myslím ani nevím jestli je to pocta nebo ostuda mít za ním jako amatér jenom 10 let zpoždění ;-)))

Na konec ještě oblíbená rada pro blondýny - Choďte s chlapem do "Gé eMka" často a rády - je to mnohem lacinější než když se vydá nakupovat do SICKU ...

Aktualizace po otevření Shoping parku "Nová Karolína" dle nápadného krabicového tvaru též zvaná "Nová Fukushima" - chodit s chlapem do GM je ROZHODNĚ lacinějčí než Orsay (alespoň nehrozí, že utratíte peníze určené na tisk diplomky žejo Maruš ;-)) ) ?

Dovolím si prafarázovat název soutěže, která se jmenuje Robotem rovně a každému ji doporučuju navštívít.

Jestli jste viděli nějaký Sovětský (nebo Americký) válečný film jistě víte že když Německý tank najede na Sovětského partyzána v zákopu začne se točit na místě aby jej pásy rozdrtil. Když se točí na místě vidíte že jeden pás se točí dopředu a druhý pás se točí dozadu. To je tzv. Diferenciální řízení, které my robotici milujeme, protože

Takže postavíte svůj první podvozek a v netrpělivosti připojíte holé motory pomocí drátů na baterku a čekáte že robot vyrazí vpřed - což většinou udělá, ale protože žádné 2 motory nikdy nejsou stejné tak se s kýmkoliv vsadím o cokoliv, že to nebude rovně ale do oblouku....

TAkže robotem není problém jezdit rychle a dokolečka, ale pomalu a rovně - takže zvládnout řízení otáček motoru je základní úloha každého robotika a první problém každého robota.

Aby robot jel skutečně rovně musí snímat otáčky levého a pravého motoru a udržovat je pokud možno co nejpřesnějíi stejné - to je pro nás zatím příliš složitá úloha - takže zatím si hrajeme na to že chceme jet jedním motorem rychlostí 1 metr/sec ....

Takže máme v robotu procesor který může do motoru pustit jakýkoliv proud a máme z čidel informaci že v současnosti jedeme 0 metrů /sec (Neřešme nyní detaily jak robot zjistí jak rychle jede a jak to udělá že pustí do motoru náležitý proud)

Intuitivně je jasné, že musíme proud motorem řídit podle rozdílu mezi žádanou (1m/s) a skutečnou (0 m/s) rychlostí - řekněme, že rozdíl vynásobíme 5 a takový proud pustíme do motoru - 5A

V dalším kroku regulace se dozvíme, že jedeme 0,5 m/s tedy prud bude (1-0,5) * 5 = 2.5 A

V dalším kroku se dozvíme, že jedeme 0,9 m/s - proud bude (1-0,9) *5 = 0,5 A

Teď si ale představne že robot potřebuje 0,5 A jenom proto aby se udržel v dané rychlosti, takže příští hodnota bude zase 0,9 m/s - znovu pošleme 0,5A a rychlost bude zase 0,9 m/s atd ...

To co jsme právě popsali je tzv proporcionální regulace, která má výhodu jenoduchost a nevýhodu, že nikdy nedosáhne nastavené rychlosti, protože nepočítá s energií pro udržení ustáleného stavu.

Chyba proporcionální regulace souvisí se "zesílemím smyčky" - to je ta konstanta 5 - a opravdu - pokud místo 5 dáme 50 pak se robot ustálí na rychlosti ( 1 m/s - 0,99 m/s ) * 50 = 0,5A - chyba 1 centimetr za sekundu už není tak strašná - zdánlivě bychom mohli chybu rychlosti vynásobit miliónem a měli bychom chybu v mikrometrech / sekudu a tou už by nikdo nepoznal - ve skutečnosti bychom však měli takovou situaci

což by se projevovalo kmitáním regulace - které se navenek jeví úplně stejně jako když má nějaké zvíře křeče (mnohokrát jsem to na svých robotech viděl).

Takže je třeba jít na to jiným způsobem. Máme základ z Proporcionální regulace (P regulace) a máme chybu, kterou P regulace neumí vyrovnat - takže si tu chybu poznamenáme někam do sešitku a budeme si chyby v jednotlivých krocích sčítat - a podle součtu budeme dávat ještě další proud navíc nad to co nám nařizuje P regulace.

Tomu sčítání chyb se říká Integrační regulace neboli I regulace a ted měl nastat odstavec, kde bychom si ručně spočítali I-regulaci - jenomže to by blonďaté čtenářky dostaly asi psotník takže mi prostě věřte, že robot řízený P regulací jede pomaleji než by měl, mezitím se díky I regulaci v jeho procesoru nasčítá chyba, která vede k tomu že regulátor přidává proudu a chyba se bude sčítat tak dlouho dokud rychlost nastavená - rychlost skutečná nebude 0 (pak už se nemá co sčítat) - takže díky I regulaci konečně dosáhneme toho, že robot jede přesně tak rychle jak má nastaveno.

Problémem I regulace je že může nastat taková situace (opět náš příklad - nasčítaná chyba od začátku je 1,6 m/sec )

(1-0,9) * 5 + 1,6 * 0,1 = 0,66A

- a to je pro udržení rychlosti 1 metr / sec příliš mnoho - takže robot v příštím kroku zpomalí - tím P regulace přidá proudu - tím robot zase zrychlí - k tomu I regulace ještě něco přidá - a máme tu zase kmitání smyčky - neboli robota v křeči - svým okem doktora (měl jsem zkoušku z neurologie, která se tohle řeší u lidí) poznám kdy kmitá P-regulace (krátké a rychlé křeče- jakoby chvění) a kdy kmitá I-regulace (delší záchvěvy kdy robot má tendenci pojíždět dopředu a dozadu)

K tomu aby se křeče omezily - slouží Derivační - alias D regulace - ta bere jako základ rozdíl mezi současnou a minulou rychlostí (na rozdíl od I regulace, která bere součet chyb) a ten přičtě k nastavenému proudu - takže představme si naši situaci kdy robot překmitnul a jede rychlostí 1,1 metrů / sec

(1-1,1) * 5 + 1,6 * 0,1 - tohle vby dávalo součet -0,34 A ted do motoru by nešlo nic a v příštím cyklu by robot zpomalil a zase by šlo mnoho -jenomže máme D regulaci která ví e předminulá rychlost byla 0,9 současná je 1,1 rozdíl je 0,2 metrů / sec vycucáme si z prstu že výsedek se násobí řekněme 4 - takže máme 0,8- 0,34 = 0,46 - derivační regulace zachránila situaci a (téměř) zabránila kmitání.

I D regulace může kmitat - to už vůbec nebudu matematicky zdůvodňovat - tohle kmitání se projevuje u robotů stejně jako u lidí Parkinsonova choroba - když jsou v klidu - jsou volní a vláční a když se mají pohnout najednou "ztuhnou v křeči"

Takže si to ještě zrekapitulujeme jako malinký prográmek

Proud_do_motoru = P * Chyba_rychlosti + I * Suma_chyb + D * Rozdíl_rychlosti

P, I a D - jsou Proporcionální, Integrační a Derivační koeficienty regulace - v našem případě

P = 5, I = 0,1 D = 4

Většinou to tak bývá, že I koeficient je malý (aby robot nekmital). Nicméně P, I, a D koneficienty se musí nastavit a je to veliká věda když se to dělá "vědecky" a je to spousta pokusů a omylů když se to dělá metodou pokus-omyl (takhle to děláme všichni možná jenom Martin a Kamil - jsou geniání natolik, že to zvládají výpočtem)

Pro hardcore matematiky tady je základ teorie na Wikipedii

Pro všechny ostatní robotiky - kluci škoda že jste taky neměli neurologii - ta podoba mezi křečováním lidí a cukáním robotů při ladění PID regulace je až hrůzu budící - po podlaze se vám šmrdlá něco, co zavání SkyNetem.

Nakonec tradiční rada pro blondýny - když si zvědavý chlap bude chtít vyzkoušet vaši sukni - nepohoršujte se - vy taky nosíte (jeho?) kalhoty !!

Únor bílý pole sílí - v květnu bude Robotický den, takže už je pomalu čas vytáhnout trafopájky a stvořit nového robota pro letošní sezónu.

Když jsem začínal s roboty zachytil jsem v mailové diskusi problém, který někdo lapidárně popsal slovy "musíme mít zvlášť baterku pro procesor, protože pokud vše napájíme z jedné baterky - když se roztočí kola procesor se resetuje !!"

Jako člověk co postavil rádio v 8 - mi to bylo hned jasné a okamžitě jsem reagoval - "dejte do napájecí cesty procesoru diodu !". Nastalo dotazování kam diodu, jakou diodu, a dokonce "co je to dioda". Od té doby uběhlo 9 let a "Kubáčova magická dioda" je pro každou generaci mladých robotiků vždy převratný objev. Prot o zveřejňuji zde, ačkoliv to žádná novinka není.

Potíž s robotiky je v tom, že elektronice příliš věří, pokud mají v robotovi "olověnku na 12 voltů" tak ta předce dává 12 voltů a ve všech drátech, co jsou na ni připojené je přece vždycky 12 voltů nebo ne ?

Vtip je v tom, že ne, a jak jsem psal v seriálu o H-Můstcích - tak motory jsou "elektromagnetické peklo" kde to jiskří jsou tam proudové, napěťové nárazy, magnetické pole, elektrické pole - fujtajbl radši je v robotech nemít (kdyby to šlo).

Takže když se do stojícího motoru pustí proud - není v něm žádná protiEMSA a proto proud tekoucí motorem je obrovský - největší možný. Protože každý drát se chová trochu jako odpor a trochu jako cívka (i když rozmnotaná) - může se stát že v drátech co vedou do motoru prudce poklesne napětí a pokud stejné dráty napájejí i procesor - je vymalováno.

Takže pokud se podíváte na schémátko - C3, který by měl být největší jaký se vám tam vejde se přes Magickou diodu nabije na napětí baterie (- spád na diodě) pokud napětí na drátu z baterie pak prudce poklesne, stabilizátor je dočasně zásobován proudem z C3 a pokud stačí napěťový pokles vyrovnat - procesor nic nepozná.

Předem upozorňuju že tohle zapojení není samospasitelné a neřeší jiné složky elektromagnetického rušení , ale na napájení malého motorku přes L293D stačí.

Druhé upozornění C3 by měl být velký elektrolyt určený na napětí vyšší než má baterie (protože na něm je napěti baterie) a správně pólovaný - ne malinký ubožáček na 5V.

Ještě obyklá rada pro blondýny, které dočetly až sem - tentokrát výjimečně elektronická - je pochopitelné, že motor a ostatní elektronika, která má nárazový odběr proudu musí být PŘED magickou diodou, pokud máte motory za diodou, nebo dokonce na výstupu stabilizátoru je vám dioda houby platná.

Dokonce není ostuda mít v robotu více 5 voltových stabilizátorů a jeden s magickou diodou a velkým kondem jenom pro procesor....

Plním své novoroční předsevzetí a píšu zase po dlouhé době článek o robotech.

Pokud nerozumíte divnému sovu trávoměr v nadpisu tak si nejprve přečtěte první díl. Tedy trávoměr je čidlo které uvidí kde je chodník a kde je tráva aby robot v parku se choval jako slušná stará dáma, nikoliv jako zfetovaná mládež, která si s cestičkami a trávníkem hlavu nedělá.

Před rokem bylo teoreticky vše jasné - bude se blikat barevnými LED diodami a fotodiodou se bude snímat odraz. Pracovní frekvence bude taková, se kterou se dobře pracuje v mikroprocesorech - to jest kolem 10 kHz a odezva fotodiody bude kolem 1 uA (jeden mikroampér - fotodiody totiž produkují proud - nikoliv napětí). Vše bylo nalajnováno jako 26. sjezd VKS(b).

Dokonce jsem takový frajer, že vám ukážu kompletní schéma analogové části - velmi elegantní a po postavení fungovalo jako hodinky...

Jelikož ale technický vývoj je boj proti fyzikálním zákonům tak ty hodinky šly výborně ale nikoliv na zemi .

Problém 1 - čidlo má maximum citlivosti na 10 kHz ale "úsporné žárovky" alias zářivky s měničem blikají od 10 do 100 kHz a čidlo v domácnosti dosti zásadním způsobem ruší. To se nezdá jako velký problém ale nač stavět čidlo barev, které je doma slepé když se dá postavit čidlo které doma funguje dobře. Drobným vedlejším problémem bylo že jsem snímal proud čidla na velké impedanci (blonďatým blogerkám vysvětlím někdy později) a tím se všechny vady fotodiody jako je velká kapacita a šum projeví naplno.

Takže jsem zvolil novou pracovní frekvenci 1 MHz, se kterou se mikroprocesorech dobře pracuje a vyrobil druhou verzi - jelikož i ta měla problémy opět budu frajer a zveřejním schématko

>

Tady je

V čem je problém č.2 (čidla 2 ;-) ?

Rušení zářivkami to už není, a čidlo opět fungovalo jako z partesu, ale opět to nebylo ono - Mimochodem je to okopírovaný geniální kaskódový zesilovač od anglického radioamatéra žijícího ve švédsku Harryho Lythalla SM0VPO.

Abych odstranil vliv zářivek musel jsem v každém stupní zesílení použít RC člen, který filtruje nízké frekvence, RC článek v každém stupni zanáší do zesilovače fázové zpoždění. Zesilovač jak jej vidíte je ještě stabilní, ale po přidání dalšího zesilovacího stupně se již díky parazitním vazbám rozkmital. Důvod proč jsem přidával další stupně zesílení (již tento zesilovač zesiluje 1,6 milion krát) je v tom, že fotodioda bez optiky si z odraženého světla od stěny vzdálené byť jen metr vůbec nic nedělala. Naopak když jsem z jakkoliv velké vzdálenost blikl na fotodiodu přímo vždy to skončilo naprostým zahlcením zesilovače silným signálem.

Tedy idea, že fotodioda se bude jen tak volně (bez čočky) dívat na to jakou barvu mají kytičky padla a celý dizajn analogové částí trávoměru nabral jiný směr.

1. Bude nutno použít tzv "Soustředěnou selektivitu" - třeba keramický filtr který je v mezifrekvencích rádií, proto aby veškerá filtrace probíhala na jednom místě a nedocházelo k postupným posuvům fáze signálu, který elektroniku rozkmitá.

2. Bude nutno použít logaritmický zesilovač, aby se signál měníl o 5 voltů ne o 5 řádů.

Body 1 a 2 se lehce vylučují (pokud použijeme klasické učebnicové obvody), takže jsem vlastně začal stavět rádio, které místo antény má fotodiodu a ještě díky logaritmickému zesilovači hraje mizerně. Zjistil jsem že ze součástkami je to v současné době horší než jsem si myslel a nakonec jsem skládáním nápadů vykradených od jiných k něčemu dospěl, ale to si nechám až na Trávoměr 3, aby si i blondýny ještě užily nějaké to napětí.

Nazdar děcka učte se pilně.

Když už jsem slíbil, že končím s politikou a všeobecným hnusem a začínám s roboty tak aby ta změna nebyla tak šokující tak začnu s lehkou historií, která povede od 80 let až ke dnešku.

Tedy moje první zapojení byl "indikátor vlhkosti" postavený z NPN tranzistoru a LED diody když jste mokrým prstem nebo hlínou přivedli na bázi tranzistoru proud - LEDka se rozsvítila. Tranzistor KC508 i LED LQ100 to byl zázrak shánění mého otce Vím bezpečně že to bylo na chatě na Pražmě u mojí tety, takže to mohlo být tak 1980 +- A bezpečně vím že na té samé chatě jsem tahal dráty po stromech a motal z nich cívky abych pomocí hrotové diody, (ve skle byl krásně vidět ten hrot co se opírá o křemík) vyrobil první krystalku co na ní byla slyšet "Stanice Hvězda" dneska známá jako Radiožurnál - hlavní bolševická hlásná trouba vysílající na dlouhé vlně na frekvenci 272 kHz.

Pak začala škola a s ní problémy s psaním, tělocvikem, češtinou a paní učitelkou Hájkovou, což byla obzvlášť odporná forma bolševizmu zabalená do masa vyschlé babizny. Jako zástupkyně ředitele mi udělila ředitelskou důtku, protože jsem prohlásil, že na biologickou olympiádu se jí můžu vys*** a moje spolužačka - donašečka (mimochodem, později moje taneční partnerka v tanečních a nyní ctihodná paní učitelka - ředitelka školy, kam chodí dcera) ji to za tepla donesla.

Tedy soudružka Hájková nás nutila odebírat Rudé Právo - sobotní s přílohou Haló Sobota, kde někdy v polovině osumdesátek začal vycházet seriál o elektronice. Díky tomuto seriálu jsem postavil astabilní multivibrátor, který pískal přes reproduktor od 100 HZ až do blízkého ultrazvuku. Problém byl že s frekvencí se měnila i střída (potenciometr určoval šířku pauzy ale délka impulsu byla konstantní) tím pádem ty tóny z multivibrátoru nebyly nic moc ale v oblasti na hranici slyšitelného pásma byla už střída signálu skoro 1:1 takže čím vyšší tón tím pískal reprák hlasitěji až jsem ho přestal slyšet, ale pes (který slyší až do blízkého ultrazvuku) se mohl zbláznit.

Pak jsem dostal Atari 800XL a vrhl jsem se na BASIC. Mimochodem tak snadné psaní i složitých programů jsem od té doby nezažil - to už jsem chodil na gympl, ale s elektronikou jsem prakticky přestal, protože mého otce povýšili a tím už neměl možnost přinést občas nějaký ten polovodič z práce a situace na trhu byla zoufalá - a na mně uhrovitém gymnazistovi se prodavači alias "správci podpultových zásob" jen pásli.

Pak se rodiče začali rozvádět, třetí ročník jsem spal na nafukovacím lehátku a úkoly psal na podlaze ve zcela rozkradeném baráku, čtvrtý ročník jsem strávil ve sklepení služební ubytovny bachařů věznice Brno Bohunice. Pak přišla revoluce, nástup na medicínu - na elektro nebylo ani pomyšlení až do roku 1993.

V tom roce jsem nastoupil jako "Pomocná vědecká síla na katedru fyziologie" do elektrofyziologické laboratoře k Ing. Šimurdovi, který byl genální elektronik a specialista přes operační zesilovače. Nějakou dobu jsem si hrál s jejich přistroji a více-měně náhodou jsem snad týden po otevření v Brně objevil tamnější GM elektronic. Ve stejnou dobu jsem se vsadil s máti, že postavím vlastní EKG - což jsem taky udělal, a dokonce jsem jej připojil místo tzv "paddle ovladače" na jeden ze dvou analogových pinů gameportu Atari 800XL - takže EKG křivka jela po obrazovce televizoru. O nějakém galvanickém oddělení pacienta od sítě jsem tehdy netušil a taky výsledek se dostavil. Ne že by mně zabila elektřina ale jeden ze dvou pinů v Atárku jsem odpálil (stejně jsem paddle ovladač nikdy ani z dálky neviděl).

Pak byla doba kdy s EKG v krabičce od mýdla běhal náš pes - lidi z toho šíleli, zejména, poté co jsem párkrát diskusi s pejskaři ukončil rázně slovy "to je dálkové ovládání od umělého srdce" a od zkoprnělého pejskaře jsem odešel.

Při běhání s EKG bylo psovi nutno holit hrudník - chudák ANDY - ale blikající LEDka vzadu na obojku byla úžasná při venčení, protože jinak se chytrý, ale asociální baset pořád ztrácel ve tmě. Tak jsem objevil NE555 a postavil z něj, blikač, který se i s 3 bateriemi LR44 vešel do krabičky od sacharinu, která se izolepou přilepila vzadu na objek. LEDka byla připojena bez srážecího odporu a NE555 byl nastaven tak že ledka 1milisekundu svítila, a 999 milisekund byla tma - navic jestli si dobře pamatuju tak NE555 má pin 4-reset který musí být kamsi připojen. Na zem nebo VCC - už si nepamatuju, ale vím že ten můj byl připojen přes dělič s fotodporem takže blikačka přes den sama zhasla a díky celkové mikroampérové spotřebě vůbec nepotřebovala vypínač - pes vydával ostré záblesky jak Titanic pod plnou parou a celé to bylo ÚŽASNÉ.

Pak nastal spor s mojí máti a mé vyhození z rodného domu. Naštěstí, protože její třetí nebo čtvrtý manžel Jiří Papež - herec byl afektovaný hystrión ne nepodobný "Dramatickému mělci Beno Mertensovi" ze známé komedie pro pamětníky Hostinec u kamenného stolu.

Moje svoboda stála ubohého baseta život - podle báchorky určené pro mně prý utekl, nikdo mě nepřesvědčí, že v tom "mistr dramatický umělec", který ho nenáviděl, neměl prsty.

Na koleji nebyl na nějaké eletro čas a navíc jsem podlehl kouzlu PC. Zejnéna hra Wolfenstein 3D byla pro mně takový šok až jsem se prostě musel naučit X86 assembler a něco podobného si naprogramovat aspoň jako demo.

Pak jsem se dal dohromady s Ondřejem Bendou, což je dneska právník v té době vágností umění otrávený student dramaturgie na JAMU. S ním jsme začali vyvíjet program pro tzv. Technickou analýzu burzovního trhu. Když si vzpomenu, že tehdy začínal třeba i Karel Janeček - který ve stejné oblasti - počítačového obchodování - vydělal miliardy tak je mi dodnes mdlo. Nicméně dobře mi tak, nedokázal jsem si na hysterické matce vyvzodorovat mat-fyz., medicína mi požrala veškerý čas, tím mi vývoj utekl - tak mi to patří...

Pozůstatatkem po programu TEREZA což je zkratka TEchnická tREndová analýZA (vidíš Terezko po kom se jmenuješ ;-)) jsou statisíce řádek kódu (mnoho z toho v assembleru) a knihoven pro grafické ovládání tehdy vládnoucího DOSu

NA obrázku vidíte File manager, který jsem si napsal jen tak pro radost-je to rozvinutý a do grafiky převedený DOS NAVIGATOR, což je zase zlepšený ortodoxní manager typu NORTON COMMANDER. O kvalitě mé progamátorské práce v assembleru svědčí i to že přes veškerou snahu jsem nenašel progámek, který by z mých knihoven pracujících přimo se SuperVGA registry uměl udělat snímek obrazovky, tak jsem jeden musel udělat mobilem....

To se dostáváme na konec 90 let, kdy jsem dostudoval a šel na vojnu a tam v dubnu 1997 jsem se poprvé setkal s Internetem. Bylo to na Vojenské lékařské akademii a bylo to šokující setkání. proseděl jsem u Internetu dny a noci a díky němu vojna nebyla taková pruda. Po třech měsících jsem byl nemilosrdně poslán na Libavou, tam to taky nebyla pruda, protže jsem dělal zdravotní dozor při střelbách a trhacích pracech, kdy jsem střílel ze všeho co má hlaveň a dokonce mě pyrotechnici učili odminovat sanitu, zažil jsem velké povodně 1997 a vůbec - díky celkem dobrému šéfovi Markovi Obrtelovi, který později býval plukovník a velitel nemocnice v Afgánistánu to celkem šlo.

Pak jsem hledal místo ve zdravotnictví, bohužel v době kdy manažeři špitálů mysleli, že budou s mediky "dláždit". Takže se mi stalo, že jsem v nemocnici Frýdek Místek dostal přímou otázku jaký "sponzorský dar" ;-))) dají moji rodiče špitálu za to že mě přijme. Od té doby tento špitál pro mně neexistuje, přestože bydlím na dohled. Vypadalo to zoufale, že budu hladovět a tak jsem se šel do Nemocnice na Fifejdách zeptat na místo, kde mě z personálního poslali do laboratoře, kde mi primář - můj milovaný nejlepší šéf, který pro mně udělal více než rodiče (pokud nepočítám narození) okamžitě usadil slovy "chlapče je vidět, že nemáš žádnou tlačenku" - tím jsem okamžitě věděl, že jsem tam doma.

No jestli jste bastlíří tak netušíte co to laboratoř je - to je jediné místo, kde i v díře jako je Rýmařov, Jeseník, Krnov, nebo Bílovec najdete roboty, fotonásobiče, lasery - elektronický orgasmus celou dobu. "Táááákhle jsem měl stroj za 8 miliónů rozebraný a rozložený po zemi". kdo s vás to má ? První 3 roky jsem jen na opravách ušetřil špitálu průměrně 3 násobek mého platu a to nemluvím o tom, že ač to zní neuvěřitelně tak jsem se naučil i léčit lidi.

Ještě na vojně jsem čuchl k vysílačkám a měl jsem s Pavlíkem Fajnorem volací značku Gama3. Doma - jak jsem měl první větší výplatu jsem v únoru 1999 koupil CB radiostanici a pod volačkou Petr-Frýdek jsem začal vysílat.

Když máte vysílačku potřebujete anténu, zdroj, pokud nemáte peníze musíte to vyrobit sami, tak jsem se zase vrátil k elektronice. Antény nechám stranou - na to jsou experti jiní.

Zdroje ty mně ale chytly a jako první "široko daleko" jsem vysílal pomocí upraveného pulsního zdroje z PC a vyvrátil jsem pověsti o jeho "rušení". Snad jako jediný v republice jsem vyrobil spoustu zaměřovacích antén, které jsem zadarmo rozdal abychom vychytali rušílky a "gumáky" a trochu pročistili pásmo, modifikované Baycom modemy jsme dělali na veliko a leta letoucí jsem platil provoz serveru pro Packet radio, který poskytoval celému okresu aspoň mail a přístup k textovému obsahu Internetu. (Nikdy jsem za to nedostal ani korunu, ani děkuji, a dokonce několikrát jsem dostal vynadáno, když server spadl)

Kolem roku 2000 jsme dostali Internet do práce. Opět jsem byl jediný široko daleko kdo "už na něm někdy byl" ale moje zkušenosti z vojny v roce 1997 se střely s tvrdou realitou překotného vývoje. Intenet v roce 1997 vůbec neobsahoval reklamní klikací banery, zato v roce 2000 už ano tak jsem klikal jako moucha co naráží do skla a nikdy jsem nevěděl jestli mi vyskočí odkaz nebo reklama na porno ;-))

V té době jsem narazil na stránky člověka, který měl psa se zánětem spojivek a naučil jej aby strkal čumák do speciálního stroje, kde mu robotická ruka kapala oční kapky. Psisko pak dosalo za odměnu granuli přímo do papule. Druhé stránky byly od farmáře z USA, který měl robotickou sekačku na trávu, která se "pásla na sluníčku". Odkazy dávno odvál čas, ale třetí robot, který mě dostal k robotice se jmenoval KYTRON. Schválně se podívejte - už jen starosvětský design stránek stojí za to... Schema Kytronu, který nepoužíval procesor mi pomohlo postavit prvního robota, kterého jsem začal stavět v roce 2002 a dokončil v roce 2004 - tady je fotka z Prvního veřejného Robotického dne v roce 2004.

Protože jsem nevěděl jak se takoví roboti staví tak je to dodnes můj nejsložitější robot ;-))

Ručně dělné převodovky s Enkodéry, které použivají ozubená kola pro počítání otáček, motorky z Walkmanu - nejlepší jaké šly sehnat - čidel jak naseto dodnes jej mám (rád).

Po dokončení tohoto robota jsem přemýšlel co dále - chtěl jsem soutěžit v Eurobotu, ale bylo mi 32 což mě diskvalifikovalo kvůli věku, tak jsem se rozhodl, že se vrhnu na Mini-Sumo a mezitím si to rozmyslím.

Při stavbě robota na Mini Sumo jsem měl jediný cíl - technologicky šokovat soupeře. Což se mi dokonale povedlo, protože jsem dva roky stavěl "robota Primuse" abych pak z ničeho nic "skoro vyhrál" proti zkušeným borcům, kteř mě nepřekonali počtem bodů, ale tím že ve vzájemném zápase jejich -"hloupý ale silikonový" robot vyhrál právě kvůli silikonovým pneumatikám, které jsem tehdy neměl. Viz tabulka na konci stránky.

Technologické šokování mělo svoji cenu - stálo mě dva roky vývoje "stereofonního ultrazvuku" tedy něčeho co je úplně jednoduché - každý netopýr tak loví mouchy. Zatímco ostatní roboti slepě kroužili po hřišti (a to i tehdy když měli nějaké čidlo soupeře) moji roboti měli už prvním měřením jasno přesně na centimetr jak daleko a kterým směrem je soupeř, pro kterého "si pak jeli".

I přes vyspělou konstrukci jsem byl v roce 2006 druhý a v roce 2007 dokonce až 4. Což mě přesvědčilo o tom, že mini-sumo není o mozku ale o svalech. Jenom jako potvrzení tohoto podezření jsem postavil robota Ferdíka - což je motorky, plexisklem epoxidem a olověnými broky obestavěná 9V Baterka. Robot Ferdík pak vyhrál v roce 2008, 2009, 2010, v roce 2011 jsem byl požádán abych nesoutěžil a neodrazoval tak začátečníky - což jsem s úlevou přijal.

Robot Ferdík - jak slavně bojoval tak slavně skončil - před televizními kamerami ve vysílání Dobrého Jitra z Ostravy spadl 20 září 2010 ze hřiště a polámaly se mu obě převodovky - které byly neustálými nárazy i tak dost ojeté ;-))

Mezitím se od roku 2006 rozjela soutěž Robotur - soutěž robotů pod širým nebem v parku, která mě od začátku vzrušovala. Ale do účasti na ní mi pořád něco lezlo - nejprve SUMO, pak vyhození z práce. Ne že bych něco provedl, ale odmítl jsem být "bílým koněm" při porušování 6 milionové smlouvy s našimi dodavateli, tak mi zaměstnavatel "vytvořil pracovní podmínky" kdy prostě nešlo než "odejít na vlastní žádost". Pak jsem rok dělal internistu a něměl na nic čas, pak jsem si našel mladou přítelkyní a rekostruoval byt, takže letos konečně DOSTAVÍM !!!!!!!!! po 4 letech dalšího robota, který opět nemá jiný cíl než "technologicky šokovat" a vyhrát Robotur s minimálními prostředky (ale maximálním úsilím při vývoji - bohužel).

Jen tak pro zajímavost - tohle je 11 let vývoje robotů a celkem 30 let bastlení - jenom těchto několik skromných beden a více už nic - až mě chytá smutek z toho jak šílenost jmnénem Vánoce pominula a prázdnota jménem Nový rok je před námi.

Mějte se všichni dobře a těšte se na spoustu příspěvků o tom jak budu svými roboty "technologicky" šokovat ;-))))

Kdysi nás otravovala reklama - "Nevíte li co by najdete to v Obi" - jak pravdivé.

Je na čase napsat jak to jde s roboty a případně i s jejich čidly (kompasy, trávoměry) atd...

Tedy nadpis asi popisuje vše, ale abych nevypadal jako pesimista, tak to trochu rozvedu.

Představte si, že jste vůl, který si až do nedávna myslel, že vrcholem robotiky je udělat každému robotovi veškerou elektroniku na míru. Takže máte doma plnou skříň, elektroniky, která se hodí do minulých robotů, kteří vás už nebaví, ale nehodí se do nových robotů, protože je "na míru". Protože vám táhne na 40 a čas je čím dál dražší, tak začínáte ustupovat směrem k "Univerzálním modulům". Představa je že - velmi poctivě zkonstruujete, elektroniku - de facto spec. malý počítač, který bude pasovat do všech budoucích robotů, pak si ji necháte profesionálně vyrobit v desítkách kusů a s krabicí od bot těchto desek vystačíte až do smrti ....

Jenomže ve 40 přehodit z jednoho způsobu uvažovaní na jiný není tak snadné, takže naplánujete nového robota s několika typy "univerzálních desek" - ovládámí motorů, navigace, sonar komunikace s PC atd ...

PAk Vás začne poněkud hryzat svědomí - není to přece jenom ještě moc ? A katastrofa je na světě!!!

Detailním rozborem všech - pracně navržených!!! - elektrických obvodů jsem zjistil, že aniž bych to plánoval tak každý specializovaný obvod (sonar, výkonová elektronika k motorům) je připojena k procesoru robota přesně 8 piny

Takže by stačilo vyrobit desku s procesorem - vyvést z ní těchto 8 pinů apak už jenom doplnit několik velice jednoduchých obvodů, které postaví i pionýr v kroužku... Dokonce mnou používané procesory by utáhly dva až tři takovéto "porty".

Jak je člověk starej tak je člověk blbej. Jenom zpytuju svědomí, jestli jsem na to mohl přijít už před rokem a tím si půl roku vysedávání po nocích ušetřit, nebo jestli je to ten vzácný typ zkušenosti, který vzniká až detailním rozborem situace, též známým jako "co dělat když je průser"?

A navíc co dělat teď ? Vyrobit novou elektroniku ještě o něco univerzálnější ? Nebo dokončit tu dosavadní, s rizikem že možná skončí za dva roky zase ve skříni, protože do nových robotů nesedne ? Nebo až začnu dělat verzi 2 napadne mě verze 3 a 4 a to bude můj konec !?

Jenom poznámka, aby mě Karel pak nepoučoval, nebo Kamil s Bedřichem nelitovali. Vím že tomuhle stavu se říká Analysis paralysis, ale stejně jako psychiatr neumí léčit sám sebe, ani mně vědomí, že i jiní jsou v průseru nijak nepomáhá.

V každém případě roboti nejdou - z robotické soutěže Robotour ve Vídni jsem se pokorně odhlásil, protože místo robotů doma obkládám kachličkami kuchyň. Doufám že se za to dočkám aspoň nějakého vděku.

Do prdele práce ....

V Evropě už mnoho let probíhá krásná soutěž Eurobot. KAždý rok je tématicky zaměřený - Roboti kolonizují Mars, Roboti sbírají ovoce atd. KAždý rok je pricnip soutěže velice podobný - hrací pole he rozděleno na dvě barvy a robot sbírá něco a ukládá to do schránky vlastní barvy. Hřiště pro tyto roboty je přibližně 2,5 x 3,5 metrů jeden robot startuje  (většinou) z červeného rohu, druhý z modrého a zbytek hřiště je zelený.  Tudíž  určit přesně  barvu  předmětu (podlahy)  je v této soutěži stejně důležité jako v  parku určit  barvu trávy.

Každý rok se jdu na tuto soutěž podívat a každý rok je to stejné - bolestivé stížnosti účastníků - podívej jaké je v té místnosti světlo, podívej jakými mizernými barvami mají to hřiště natřené. Jak má můj robot poznat takové barvy, nebo - letos jsme to projeli, protože jsme zase neviděli barvy...

Tudíž je čas probrat barvy.

Méně vdělaní berou barvy prostě jako barvy. Vzdělanější mají pocit, že barva má něco společného s vlnovou délkou světla.  Ti nejvzdělaněší  ví, že barva je  iluze , která vzniká až v našem mozku.  Na sítnici máme celkem 4 druhy světlocitlivých buněk, tyčinky, které vidí černobíle - teď nebereme v úvahu, ale kromě nich máme na sítnici tři druhy čípků, které vnímají barvu.

Povšimněte si vlnových délek maximální citlivosti. Modrá 420 nm, zelená 534 nm červená 564 nm. V čem je iluzornost barev? Bude - li do oka dopadat směs dvou vlnových délek - řekněme  červená  564 nm a modrozelená  498nm  pak jejich  směs  budeme vnímat jako barvu odpovídajcí průměru vlnových délek - to jest 531 nm - což je v oblasti, kterou oko vnímá jako zelenou.  Také diky tomu existuje celá paleta hnědých barev, kterým neodpovídá žádná vlnová délka světla a vždy se jedná o směs více vlnových délek světla.

Navíc kromě lidského trichromatického vidění, existuje vidění založené na vnímání 4 tetrachromatické  (ptáci, hmyz) nebo dokonce 5 pentachromatické (někteří ptáci, motýli) vlnových délek.  Kromě toho  máme samozřejmě  i  monochromatické vidění (psi) nebo bichromatikcé (barvoslepí muži).  Dokonce ani dva živočichové, kteří vidí trichromaticky (například my a kočky) bychom se neshodli na barvách, protože kočky vnímají jiné vlnové délky než my.

Naštěstí naše fotoreceptory vnímají nejemom vlnovou délku, na které mají maximální ciltivost, ale i okolní vlnové délky, proto je možno kombimací tří světel vytvořit v mozku iluzi téměř jakékoliv barvy.

Nicméně - porovnejte vyzařování televizní obrazovky s citlivostí lidského oka - Modrá 450 nm (místo 420), Zelená 535 nm, červená 635 nm (místo 564). Co to znamená -  Televize "vidí" trichdomaticky ale na jiných vlnových délkách než my !!!  Tedy shodnout se s televizí na interpretaci barev prakticky nelze. Ženy to znají, že barva šatů se nedá vybírat na počítačovém monitoru - spektrum odražené šaty interpretuje monitor jinak než by jej vnímalo oko - červená je sice červená, ale trochu jiná.

Jistě už tušíte kam mířím - soutěž založená na barvách vyžaduje od robotů, aby vnímali barvy stejně jako my - což není ve skutečnosti pravda.

Všimněte si jak vypadá profesionálně vyrobený sensor barvy.  v centru vidíme  RGB tříbarevnou LED diodu a vedle ní  fotodiodu, která snímá odražené světlo.  Problém RGB didod je, že z technického hlediska je těžké vyrobit diody, které vyzařují přesně na vlnových délkách citlivosti lidských čípků, proto se používají diody, které vyzařují na vlnových délkách televizní obrazovky.

Tedy čidla založená na LED diodách vnímají barvy jinak než liské oko, což je u soutěže, ktera je postavena na vnímání barev (jak je vidíme my) dosti velký problém. A to ani nemluvíme o tom, když robotik amatér použije do svého čidla "nějakou zelenou diodu", co měl doma v šuplíku, protože přece "zelená je pořád zelená" že ano.

Možná by se organizáoři dali přesvědčit aby soutěžní plochu nedefinovali barvou, ale odraženým spektrem daného povrchu, ale jelikož ani oni sami tento problém vlastně nevnímají jako problém tak o tom dosti pochybuju. Proto prosím až se budete chystat na Eurobot - dávejte si na své barevné senzory pozor.

Aniž bych se chtěl někoho dotknout, tak vidím věc takto: Rozdíl mezi obyčejnými koníčkáři, jako jsou letečtí modeláři a neobyčejnými konstruktéry robotů je tento: Zeptáte - li se modeláře co je třeba aby mu letadlo letělo řekne vám - Motor, regulátor otáček, RC přijímač a RC vysílač. Zaptáte-li se robotika co potřebuje robot aby jel tak pravděpodobně dostanete odpověď  - Poslat data na sběrnici. ;-(

Neboli v česku jsou stavitelé robotů především programátoři, které cokoliv co není na monitoru otravuje a reálný svět je otravuje nejvíce, protože z něho pochází akorát tak vybité baterky, hlad, žízeň a šum v datech z čidel.

Snažím se neupadnout do této izolace od reality (východisko z nouze, protože moje programování je prachmizerné). Takže se nestydím za to, že vyrábím analogovou elektroniku a vymýšlím cesty které tu ještě nikdy nebyly jako je Trávoměr, nebo Stereofonní ultrazvuk.

Předposlední nápad z mé dílny je řízení motorů bez snímání otáček, který jsem nazval BackEMF můstek, neboli vědečtěji a anglicky Back EMF H-Bridge.

Informace pro neinformované: Mobilní robot je počitač na kolečkách. Kolečky hýbají motory, motory řídí polovodičový obvod zvaný H-Můstek neboli H-Bridge, skládající se ze 4 výkonových tranzistorů a další pomocné elektroniky. Robot když jede musí svůj pohyb regulovat (aby si mohl ujetou vzdálenost "odškrtnout na mapě" a tudíž věděl, aspoň přibližně, kde je). Aby robot věděl kam jede musí mít snímače otáček motorů. Zabudovávání snímačů otáček do robotu je složité, navíc je dobré mít motory s hřídelí vyvedenou na obě strany, které se těžko shánějí atd. Tedy snímání otáček je nutné, ale snímače "jsou otrava". Nejlepší by bylo aby člověk připojil motorky z rozbitého čínského autíčka ke krabici s elektronikou a měl robota.

Lze se obejít bez snímání otáček? Lze a letečtí modeláří to vědí už dávno, protože používají  BLDC motory. BLDC - Brush Less Direct Current motor - je stejnosměrný motor, který je udělaný jako střídavý třífázový motor, aby se rozočil musí mít střídač - v modelářské terminologii regulátor, střídač musí vědět v jaké poloze je motor aby věděl kdy má přepnout napětí do vinutí motorů, proto regulátor vždy na zlomek sekundy vypne a snímá napětí, které motor generuje. Tak pozná v jaké poloze je kotva motoru a kdy přepnout vinutí.

Napětí které motor generuje se nazývá Back EMF - a v česku se kdysi v 50 letech používal pojem protielektromotorická síla neboli zkráceně protiemsa. Napětí samozřejmě generují i kartáčové motory, i rozotočený motorek z čínského autíčka, takže i pro ně lze použít napětí rotujícího motoru jako informaci o jeho otáčkách. Motor je sám sobě čidlem, připojíme dva drátky ke krabičce a robot jede.

Na obrázku vidíte jak to vypadá - napětí snímané na motoru obsahuje mnoho šumu (červená) proto se musí počitat klouzavé průměry (zelená) které dávají mnohem lepší představu o otáčkách. Napětí na motoru může řídící procesor v robotu měřit a podle toho jednak regulovat otáčky a jednak hrubě plánovat trasu - řešení za pár kaček - využívá analogově digitálních převodníků, které jsou dneska v každém procesoru a často jenom zahálí.

Samozřejmě, že nejsem první kdo si této možnosti všiml. ZDE je krásný článek o experimentování s Back EMF ZDE a je dokonce úplný návod jak postavit modelářský regulátor / střídač.

Protože si myslím, že jsem čtenářky už opět unavil a navíc - Tragédie za bílého dne !!! Agáta Hanychová je těhotná !!! Tak už radši zase končím a konstrukční detaily probereme někdy příště.

Na zcela jimý příspěvek si necháme to, jak jsem se dostal k mobilním robotům, a co to vůbec mobilní roboti jsou. Prostě budeme předpokládat, že domácí stavění autíček nabitých mikroprocesory. "které se řídí samy" má mějaký hlubší smysl pro lidstvo, nebo aspoň pro mně.

Přesdstavte si úlohu tohoto zadání : Autíčko musí jezdit v parku po cestičkách a nesmí najet na trávník. Kravina? Ani byste nevěřili kolik lidí se soutěží na toto téma zabaví.

Abychom mohli jezdit mimo trávu, musíme vědět kde tráva je a kde tráva není. Zjistit tuto informaci je možno mnoha způsoby a u nás i ve světě zatím vítězí řešení hrubou silou. Vezmete kameru, k ní napojíte počítač nejrychlejší, a nejvíce-jádrový, který se vám do robota vejde a pak už jenom proháníte obraz složitými algoritmy a sledujete jak ten počítač žere baterky rychleji než motory, a vaši asistenti běhají s "olověnkami" k nabíječce a zpět.

Pak je druhá možnost, která je zatím na okraji zájmu robotiků, ale v centru zájmu mého - "Trávoměr". Položme si otázku jak komár najde místo kam bodnout, jak včela najde květy atd. Hmyz mená mnohajádrový procesor, a deset kilo olověných akumulátorů. Má jen velmi jednoduchý mozek o pár neuronech a k tomu perfektní čidla, která většinou vnímají jen to co hmyzáka zajímá. Takže včely vidí květy v ultrafialovém světle, ale nic jiného prakticky nevidí. Kůrovec má fenomenální čich na fermony samičky (nebo pytlík v lapači), ale žádnou jinou molekulu prakticky necítí atd.

Pod vlivem těchto informací jsem se rozhodl - postavím přístroj - Trávoměr , který bude detekovat jednoduchým způsobem kde je tráva a kde je cesta - bude stačit jeden drát - 0 voltů tráva - 5 voltů cesta - a žádně "Quintium" na 20 GHz s 20 GB RAM nebude potřeba.

Možná je to divné, ale trávoměr už stavím druhý rok.

Nejprve bylo nutné zjisiti čím se vlastně tráva liší od zahradní cestičky - což není zase taková legrace, pokud chcete postavit čidlo jednodušší než mozek hmyzu. Tráva je vlhká měkká, zelená chladná atd. Na druhé straně Trávoměr musí být velmi robustní - tedy fungovat za světla i za tmy, za deště i za sucha, musí to být velmi spolehlivé čidlo. To klade na jeho konstrukci a i na jeho fyzikální princip značná omezení - například se nelze spolehnout na barvu trávy, protože ta závisí na osvětlení a na tom jestli je travička svěží po dešti nebo schnoucí v létě. - Beznadějné ?

Přece jenom ne. Podívejte se na snímky dole.

Oba zobrazují stejná křoviska, pravý je v blízké infračervené oblasti, ve spektru, kde pracují dálkové ovladače k televizi. Všimněte si jak jsou křoviny na infračerveném snímku světlé. Vykreslíme li si spektrum světla, které zelené rostliny odrážejí uvidíme křivku jako je tato :

Těsně pod pásmem viditelného světla 800 - 1500 nm (nanometrů) rostliny odrážejí světli jako hrom. Není tedy pravda, že jsou zelené. Rostliny jsou Infračervené !!!

Protože trávoměr musí být nezávislý na vnějším osvětlení - musí měřit stejně dobře ve dne i v noci, ve stínu i na slunci, nemůže využívat pasivního měření - tedy např. snímat odražené sluneční paprsky, ale musí využívat aktivního měření, tedy reagovat pouze na světlo, které vysílá sám.

Každý kdo jste měli baterku v ruce víte, že blízké předměty osvětluje až moc a do dálky už zdaleka tak nesvítí. Navíc trávoměr nebude koukat jenom na zelené rostliny, ale i na hliněné cesty, beton atd. jejich spektrum nebude mít jemom ten nádherný odraz v infračervené (IR) oblasti, ale i odrazy v jiných pásmech. jako například toto spektrum:

Trávoměr se tedy nemůže spoléhat na osvětlení okolí paprskem jedné barvy a snímání jen jediného odrazu.

Nyní po dvou letech bádání je to jasné - trávoměr potřebuje nejméně dvě LED diody
svítící na vlnové délce 635 a 880 nm. Jako referenční a hlavní měřící vlnovou délku. Navíc aby nebyl citlivý na sluneční světlo a jeho změny tak nebude těmito diodami svítit trvale, ale velmi rychle blikat na frekvenci kolem 50kHz (podobně jako dálkové ovladače k televizi) a snímat bude použe odražené paprsky blikající na této frekvenci. Navíc nelze použít již hotová jako integrovaný obvod prodávaná čidla, protože ta nejsou citlivá na viditelné (červené) světlo na vlnové délce 635 nm.

Jak tedy bude trávoměr vypadat - v mé hlavě se již rodí, ale abych svým blogem neunudil zdejší blogerky k smrti o detailech až příště. Děcka mějte se.