«Битва Роботов»: ошибки «невыжившего»⁠⁠

Привет всем любителям робототехники! Меня зовут Настя, я — руководитель Студенческого конструкторского бюро НИТУ МИСИС и капитан команды BlackOut, которая в 2023 году участвовала в первой «Битве роботов» и… получила бесценный опыт) Многие знают про когнитивное искажение «ошибка выжившего», когда делают неверные выводы из историй победителей. Я расскажу про ошибки «невыжившего» и поделюсь советами для будущих участников чемпионатов по робототехнике.

Суть соревнований, как понятно из названия, состоит в том, чтобы нанести как можно больше урона противнику. Проще говоря, нужно спроектировать неубиваемую тумбочку. Вроде ничего сложного, но пока не увидишь вживую, что такое «Битва Роботов», не поймешь, что выдержит, а что — нет. На соревнованиях может случиться что угодно, и не всегда победу приносит дорогая электроника или прочная рама. Несколько команд проиграли не из-за поломки робота, а из-за неудачного застревания в покрытии арены.

Начнем с самого робота. Выбирайте любого: колёсный, гусеничный, летающий, шагающий, ползающий. Орудия на нём могут быть пневматическими (флиппер, кирка) или чаще с подвижным крутящимся элементом (с горизонтальной или вертикальной осью вращения). Но никто не запрещает использовать хоть огнемёт.

А теперь хит-парад типичных проблем на «Битве роботов» с вариантами решения.

1.Проблема: Робот пошел на взлет. Это не шутка. Скорость вращения орудия может быть больше 10.000 об/мин. Из-за таких высоких скоростей возникает гироскопический эффект, то есть робот начинает «подлетать», на поворотах его заносит и он может перевернуться.

Решение. Мощные магниты на дне робота, которые притягивают его к полу и не дают «улететь». После производства деталь необходимо отцентровать. А все почему? А потому, что важно иметь сбалансированный вращающийся элемент. Можно рассчитать форму орудия в CAD-программах, чтобы вычислить, в каких местах возникнет наибольшее напряжение или какую часть устройства можно облегчить.

2.Проблема: Перегрев электроники и взрыв двигателя. На «Битве роботов» был случай, когда у одного из участников перегорели литий-полимерные аккумуляторы, а потом — и вся электроника. Это произошло из-за того, что орудие начало вращаться на большой скорости. Конструкторы не предусмотрели, что при таком количестве оборотов орудия возникнет обратная электродвижущая сила (ЭДС) и батарея не выдержит нагрузок. А полыхают LiPo-батареи так, кстати, что их невозможно потушить. Поэтому придется ждать пока они до конца не прогорят. Кроме нагрузок, электроника будет все время подвержена ударам.

Решение. Мотор надо подбирать в зависимости от желаемого kV. Этот параметр показывает на каких оборотах мотор будет генерировать обратную ЭДС 1В. То есть, мотор 4000kV будет генерировать обратное напряжение 1В на скорости 4000 об./мин. Важно подумать о безопасности электроники. «Мозг» робота упаковать в пенку, специальные кейсы или другие демпфирующие элементы. Но здесь тоже не все так просто. Из-за больших нагрузок и больших токов электроника будет нагреваться, поэтому нужно продумать хороший теплообмен и «проветривание», чтобы избежать взрывов.

3.Проблема: Застревание или подбрасывание робота из-за высокого клиренса. Несколько команд проиграли не из-за того, что механизм повредился, а из-за неудачного застревания в покрытии арены выступающей деталью. Часто противники цепляются за дно робота орудием и подбрасывают его.

Решение.  Маленький клиренс. Также стоит подумать о возможной тактике нападения флипперов. Необходимо минимизировать различные выступы, из-за которых вас может подбросить.

4.Проблема: Недостаточно прочная обшивка и рама. Материал – основа всей конструкции. Участники соревнования постоянно спорят, какой лучше. По роботу бьют, его кидают, режут, пытаются пробить. Можно сделать «непробиваемую тумбочку» из стали хардекс 500, но и это не дает стопроцентной гарантии. В «Битве роботов» каждая неточность может стать роковой. Вплоть до расположения отверстий и подбора крепежа. Имейте в виду, болты М8 с высоким классом прочности 12,9 разрывает пополам.

Решение. Мне нравится сталь, вязкие сплавы. Классные варианты — титан и карбон-кевлар из-за своей легкости и прочности. Но они дороговаты, конечно. Кроме того, не стоит забывать про технологические процессы по улучшению характеристик базовых материалов: закалка, отпуск, старение, нормализация, электролитическое оксидирование и многое другое, что помогает упрочнить покрытие.

5.Проблема: Слабые и незащищенные колеса. Робот должен ехать всегда! Если он остановился — это автоматическое поражение. Нельзя недооценивать важность колесного узла. Колеса нашего робота не были прикрыты, противник пробил алюминиевый диск и колесо оторвалось. Робот не смог двигаться дальше, нам засчитали проигрыш, хотя все остальные системы остались неповрежденными.

Решение. Прятать колеса и не выносить их наружу. Чтобы усилить колеса, хороший вариант самостоятельно отливать их из полиуретана и производить под них собственный прочный диск. Это дает хорошее сцепление с поверхностью и позволяет сделать абсолютно любую конфигурацию.

6. Проблема: Неудачная компоновка элементов. Чем меньше свободного пространства будет в роботе – тем лучше, ведь иначе возникает тряска, разъединяются коннекторы,  из-за которых могут повредиться моторы, контроллеры, электроника, в целом.

Решение. Плотная компоновка внутренностей и теплопроводящая пенка, которая поможет сохранить «мозг от сотрясения» до конца боя. Также стоит заранее задуматься о ремонтопригодности, чтобы в любой момент была возможность заменить детали.

7. Проблема: У пилота мало практики. Если ты впервые берешь в руки пульт — считай проиграл. Человек, который только что получил права, не обгонит пилота Формулы 1.

Решение. Как можно скорее собрать полноразмерный прототип и начать тренироваться. Нужно учиться «порхать как бабочка и жалить как пчела». Быстро ускользать от соперника и находить его слабые места.

8. Проблема: Нет денег на хорошие материалы. Создание робота для Битвы — это дорогое удовольствие. Нужны качественные материалы, электроника, большое количество инструментов и оборудования. С ними выше шансы дожить до финала. Хотя и это не гарантирует победу. Своими силами закупить все необходимое без внешней поддержки практически невозможно, особенно студентам.

Решение. Найти спонсора, обратиться за помощью к университету. Преподаватели
всегда помогут советом. Технологическим партнером нашей команды стал Сбер, а
спонсором выступила группа компаний «Уральская сталь», они выделили средства на
приобретение конструкционных материалов для производства робота. Кроме того, помощь оказал Национальный центр промышленного дизайна 2050.Лаб и несколько подразделений Университета МИСИС: «Кинетика», ФабЛаб, лаборатория робототехники, кафедра инжиниринга технологического оборудования и кафедра инженерной кибернетики.

Если вы придумали другие способы, как решить типичные косяки — пишите в комментариях, обсудим)