Каркас головы.

Много лет назад я уже как-то излагал некое подобие “теории каркаса” применительно к бумажной модели танка Т-24. Время прошло, задачи немного изменились, инструменты, технологии, навыки и возможности – тоже. Но суть остается все той же: если это сложный механизм имеющий подвижные части или требующий устойчивости к физическим нагрузкам, то начинать его надо с каркаса или рамы.


На самом деле, как и ожидалось, этот этап оказался пока самым скучным. Что делать – понятно. Сюрпризов – никаких. В той или иной форме, все это уже проделовалось неоднократно. Как следствие, я постарался проскочить этот этап проекта побыстрее, лишь следя за тем, чтобы халтуры не наворотить. Халтура на этом скучном этапе чревата нескучными, такими, последствиями, которые уже не один проект для людей сгубили.

Во многих случаях, несущей частью конструкции может стать сам ее корпус. Но этот вариант прокатит только в том случае, когда вы точно и во всех деталях знаете, что делаете. А такое случается довольно редко в среде самоделкиных.

В отличие от несущего кузова, каркас может себе позволить лишь в общих чертах следовать конечной идее, но без ущерба для текущего функционала. Оно позволит легко и просто добавлять, убирать или изменять детали конструкции по ходу дела. Если очень повезет, то путем последовательных незначительных модификаций каркаса, в итоге, вы получите возможность более детально сформулировать в голове и идею того, что делаете.

Я уже не раз указывал на факт того, как мудра природа: дырочки в коже у кошки, расположены точно в тех местах, где у кошки глазки. Надо быть, как природа. Она, по ходу, тоже не особо в начале знала, что делала, но получилось же!

Соответственно, начиная разрабатывать пока еще общую, очень приблизительную версию каркаса, все равно нужно знать, в каких местах у него должны быть дырочки.

Вот, скажем, голова моего будущего компаньона:

Не бог весть что по форме, зато какие перспективы для начинки! Десятки сенсоров и датчиков, механизмы, мозги…


Сперва пришлось внимательно рассмотреть основные компоненты. Ну, вот, те же глазки, например…

В моем случае, глазки = камеры. Вероятно две. Одна – сервисная – для системы (ориентация, распознавание). Другая – для развлечения человека (трансляция на сервер, фото/видео). Сами по себе, современные камеры весьма компактны. Соответственно, им самим много места не надо. Но вот это красное забрало…

Его конструкция пока неясна. Вероятнее всего я буду делать его подъемным. Как другой вариант – жалюзи. И то и другое предполагает какие-то механизмы. Плюс подсветка. Плюс, возможно, еще какой-нибудь “орган чувств” будет уместно разместить в этой части.

Итого – довольно сложная комбинация может выйти, которая запросто может потребовать своего собственного каркаса внутри каркаса. Поэтому, надо сходу этот момент в конструкцию заложить, чтобы упростить себе жизнь в будущем.


Далее – носик! Чтобы нюхать и чихать. “Чихать” – пушкой. “Нюхать”, всем, что вокруг нее разложится в носу.

Можно “нюхать” температуру воздуха, влажность, свет, живое/не живое, направление и т.п… Причем все это сейчас уже делается (спойлер!) раздельно справа и слева, для получения более совершенной трехмерной картины состояния окружающего мира…

Ладно, кого я обманываю… На самом деле – для усреднения показаний дешевых китайских электронных пыхтелок, типа кривых клонов на базе температуро-влагомеров DHT11…

“Чихать” из ствола можно много чем и этот вопрос до сих пор открыт.

Вероятно потребуется “помощь зала”. Есть у кого какие идеи оригинальнее очевидной лазерной указки? А то, я уж и пушку сделал (спойлер!), но до сих пор не решил, что в нее запихнуть…

Весь этот потенциальный и неясный пока еще функционал, подразумевает размещение не только, скучных неподвижных электронных компонентов, но и очередных механических подвижных деталей. А с ними, я знаю, важно не столько свободное место, сколько количество крепежных отверстий в раме, к которой они будут прикручены. Итого – заложить в каркас побольше дырочек в носу.


Затылок – там мозг. Кто б еще знал какой… Пока-то, я его эмулирую, либо настольным писюком, либо очередной ардуиной, сконфигурированной для проверки той или иной отдельной функции головы.

С очень высокой вероятностью это будет один из одроидов (oDroid). Будет ли он однокомпонентным или “групповухой по эзернету” – тоже вопрос. Как я уже сказал во вступлении, краеугольным камнем всей затеи является отсутствие прямого управления роботом. Значит во многом он будет вынужден справляться сам. Хватит ли вычислительных возможностей одного микрокомпьютера, чтобы быть чем-то большим, нежели самобеглой коляской с моторчиком? Пока это под вопросом.


Ситуация в задней части каркаса усугубляется тем, что туда приходит шея. Под нехорошим, таким, неустойчивым углом. И уже сходу было понятно, что голова со всем фаршем будет весить немало. Значит шее придется держать весь этот вес на себе. Да еще и мотать им вверх-вниз.

Особые нагрузки придутся на точки крепления шеи к корпусу и шеи к голове. Корпус, как и шея, планируются композитные (комбинация силовых алюминиевых профилей с пластиковым крепежом). С ними все будет ОК. Но голову делать композитной – плохая идея. Каркас головы – пространственная конструкция сложной формы, переделывать части которой придется не раз (и уже пришлось). Слишком жирно выходит по деньгам и трудозатратам, каждый раз перерезать алюминиевые детали.

Соответственно, голову лучше всего печатать. Благо, что с новым печатающим узлом я добился от своего принтера не только приемлемого качества, но и серьезной прочности печатаемых изделий. Но это не отменяет того факта, что срастить пластиковую голову шеей, это, как минимум – тонна винтов и гаек, усиление переборками и т.п. Не говоря уже о том, что механизм шеи пока существует только в виде примитивной модели из кубиков и какой она там окажется в итоге – тайна покрытая мраком есмь.

Как вывод – затылок и “шейную часть” не трогать пока вообще. В первичный каркас заложить побольше дырок, а как до дела дойдет – там будет более понятно, что в нем и как распределиться.


Верхняя “теменная” часть над затылком – там есть только ушки. Они шевелятся (клик по картинке для посмотреть как).

Скажем, как реальные то антенны они совершенно несостоятельны – это очевидно. Да и нахрена домашнему роботу антенна? Поди, к локальному вайфаю накрывающему весь дом плотным одеялом, он и без антенны подцепится – только в путь. Хоть в клетку Фарадея его запихни. Мой домашний гигабитный роутер, разве, что стены не прожигает силой сигнала.

Но мне нужны микрофоны! Два комплекта, двух разновидностей, причем. Один комплект, в качестве простейшего инструмента реагирования (sound meter), другие – полноценные – для взаимодействия с человеком. Оно же должно уметь человека слышать буквально, а не просто силу шума от него улавливать. Два комплекта справа и слева, не для стерео. Оно похрену, само по себе. Тут важна площадь покрытия. Чтобы слышать человека нормально со всех направлений, а не только прямо перед собой.

Но это еще не все, что касается “ушной” части каркаса.


Уши, важны еще и как инструмент коммуникаций иного рода. Обезьяны любят эмоции. Без этого, процесс общения не считается полным. Помимо голоса, эмоции могут передаваться посредством мимики и движений.

С учетом формфактора головы в целом и ее конструкции, эти уши – чуть ли не единственный инструмент этой части тела, способный передавать эмоции.

Да, там будет еще где-то хвост. Но он будет слишком сзади, чтобы его проявление эмоций было существенным для восприятия. Когда вы говорите с другим мозгом, вы обычно располагаетесь к нему лицом. Мешки с мясом так привыкли. Есть выражение “общаться лицом к лицу”. Выражение “общаться лицом к жопе” встречается существенно реже.

К сожалению, как мне это видится сейчас, обе эти функции ушей (микрофоны и эмо) могут оказаться взаимоисключающими. Для выражения эмоций уши должны шевелиться. Должны шевелиться = их должны шевелить сервоприводы.

Наш мир не совершенен. При работе, сервопривод производит тонну вибраций. Куда эти вибрации хлынут в первую очередь? Правильно – в ближайший микрофон. Вопрос стоит, скорее, не в том, насколько эти вибрации будут сильными – они будут чудовищными! Вопрос, насколько это будет критично для функционала микрофона в целом. Отсекать микрофоны в момент движения сервов – задача не сложная. И, конечно, мозг робота сможет делать это переключение так быстро, что вы и не заметите. Но насколько адекватным это окажется в реальности? Пока неизвестно.

Итого, в каркасе ушам хоть места много не нужно, но место под сервоприводы зарезервировать необходимо. Как и под микрофоны (вне зависимости от того, будут они именно там или нет).


В средней области у головы, промеж глаз, есть присоска на палочке. До сих пор не очень понимаю на кой хрен она была нужна К9. То он им жизненные формы детектил, то использовал, как манипулятор… Похоже, киношники за прошедшие пол века и сами не пришли к окончательному выводу о том на кой конкретный ляд оно там нужно.

В любом случае, этот мини-вантуз у меня является “планом Б” для размещения микрофонов, на случай если сервы ушей уж совсем им жизни давать не будут.

В качестве манипулятора, может, тоже сойдет. Чихалкой на носу тыкать во все подряд не всегда уместно. Особенно, если я таки решусь разместить в чихалке, что-нибудь посерьезнее лазерной указки или какое оборудование не любящее чрезмерных нагрузок.

Чем конкретно в итоге станет присоска на палке – время покажет. На уровне создания каркаса необходимо лишь обеспечить ей пространство для движения в центре объема головы. Ведь, понятно, что удвигаясь в голову, она там не растворяется в пятом измерении – она занимает место внутри головы. И надо постараться про это помнить.


И еще есть рот… Пускай, даже робот и не будет им говорить. Даже К9 в фильме не говорил ртом. Зато он ртом печатал на бумажной ленте.

И это – потенциально большой геммор будет. Под такую задачу, как мне видится, надо найти какую-нибудь машинку, по типу портативного кассового аппарата или “бухгалтерского” калькулятора. Выдрать оттуда печатающий узел и как-то подцепить его к мозгу.

Пока ничего внятного не попадается. Все, либо дорогое и избыточное для задачи, либо слишком громоздкое и тупо не лезет в голову, либо неясно, как это можно будет подключить к мозгам в принципе. Но я знаю, что другие самоделкины это делали в своих моделях того же робота. А значит проблема однозначно решаема по факту.

Как следствие, область пространства в каркасе, условно назовем ее скулами и нижней челюстью – это тоже надо постараться не захламлять и организовать там побольше дырочек для внезапного крепежа.


Все, изложенное выше, было теми размышлениями с которых я начинал. А теперь о том, как это воплотилось на практике…

Разумеется, сперва голова была подвергнута лоботомии на уровне чертежа, с целью установления наиболее длинных прямых вертикальных сечений, проходящих через всю голову. Они оказались тут:

Вот нам и ширина будущего каркаса из двух продольных вертикальных рам. Буквальный обвод головы в горизонтальной плоскости будет сформирован уже обшивкой. Вертикальный же профиль – одновременно и каркасом, и обшивкой.

Оставалось продумать только поперечные переборки. Вот тут пригодился весь тот опыт рассмотрения деталей, описанный выше. Где сколько места предусмотреть, сколько в каких местах дырок заготовить и т.п… Недели полторы на все это ушло:

Череп выходит немаленький. Соответственно, отпечатать его одним куском не представлялось возможным. А если бы и представлялось, то я бы все равно этого делать не стал.

Помните, выше говорилось, что с высокой степенью вероятности, самые первые варианты каркаса придется переделывать? Так, вот, лучше перепечатывать какую-то его небольшую часть, чем тратить пару дней на перепечатывание целиком. А потом окажется, что и это надо переделывать… Нет уж…

Конструкция каркаса была разбита на восемь отдельных компонентов, собранных на годзилионе винтов и гаек:

Может показаться, что рисование всех этих винтиков – исключительно понтов ради. Чтобы картинки на блоге были покрасивше… Довольно часто, оно так и есть… Но не в данном случае.

Там, в самом начале упоминалось, что я хотел проскочить этот скучный этап побыстрее. Проскочил, блин… Уверяю вас, на стадии сооружения каркаса, его трехмерная модель никаких винтиков и гаек не имела… До тех пор, пока, сильно позже, когда шла разработка одного из внутренних узлов, я не разработал его крепеж под отверстия… которые уже были заняты винтами.

Понятно, что я не таращусь на физический объект постоянно днями и ночами, помня его во всех мельчайших деталях. Поскольку основная работа сейчас происходит в компьютере, то днями и ночами я таращусь в монитор.

Как следствие, такая мелочь, как уже занятая винтом дырка, если она не отображена на трехмерной модели, может влегкую ускользнуть от моего внимания и спустить в унитаз пару часов моделирования крепежа и пару же часов последующей печати оного. Потому что, в итоге, все пришлось переделывать под совсем другие отверстия и совсем другой формы.

Поэтому я теперь скрупулезно добавляю в модель каждый закрученный в реальности винт или гайку.

Безусловно, все это для меня не явилось, ни сюрпризом, ни откровением – всегда старался делать виртуальную модель максимально соответствующей реальности. Но, как говорится, и про старуху бывает порнуха. Был невнимателен, ленив и поспешен…


Все детали печатались парами: большая деталь + какая-нибудь маленькая.

Расчет строился не столько из занятости полезной пощади стола, сколько из времени печати. Выгоднее всего печатать ночью, пока спишь или днем, когда торчишь на работе. Соответственно, комбинации подгонялись так, чтобы печать заканчивалась, либо к утру, либо к вечеру.

Итого вышло четыре “печатных сессии” продолжительностью по 5-9 часов каждая. Перед сном принтер запускал, к утру пара была готова и перед уходом на работу запускал следующую пару. Возвращаюсь с работы – и она уже готова. Вечером могу собрать минимум половину каркаса, а не бродить без дела вокруг принтера, пока он там пластиковые сопли по стеклу размазывает. Вот так, всего за пару вечеров управился со всей конструкцией…


Ориентация всех деталей при печати – строго плашмя. Т.о. все нагрузки на самые критичные участки и отверстия будут приходиться перпендикулярно слоям печати, а не вдоль них, что исключит расслаивание.

Ширина любой планки каркаса – не менее дюйма. Высота всех ребер жесткости – не менее четверти дюйма. Толщина ребер – не менее одной восьмой дюйма. В этой конструкции я вообще оперировал размерами, которые можно измерять в “пальцах”, не прибегая к линейкам и штангенциркулям.

Среди моих последних “принтерных” поделок оно вышло настоящим гигантом! Могу даже винтами ( минимальный #6 UNC, это по вашему, самый близкий – M4) в отверстия попадать без пинцета голыми пальцами!


Параметры печати были тоже заданы самые зверские: 4 периметра, 4 сплошных слоя для низа и верха, толщина слоя 0.15мм., заполнение 45% “ханикомбом”(структура заполнения в форме шестигранных сот – более прочная, чем заполнение обычными клеточками):

Вышло, если и не монолитными кусками сплошного пластика, то весьма близко к тому.

В общем, череп, он и есть – череп. Сложно еще что-то рассказать про каркас дополнительно…

Нет, ну, надо мне что-то со светом делать над столом… Так фотографировать невозможно…


На одной паре деталей принтер у меня сбойнул и сделал сдвиг слоев. Пришлось перепечатывать. Зато представилась возможность проверить прочность деталей самым варварским способом – попробовать сломать. Руками не смог. Согнуть – смог. Сломать – нет. Пришлось пассатижи взять… Сломал, конечно, в итоге… Но время и усилия на это понадобившиеся – вселили оптимизм.

Короче, вероятно, это самое крепкое изделие, что я когда-либо выдавливал из своего принтера. Уж если и этого окажется недостаточным… Тогда – не знаю… Придется голову делать алюминиевой. Хотя это и выпихнет завершение проекта далеко-далеко за границы обозримого будущего. Не хотелось бы… Но пока все, вроде, идет, как ожидалось.


Продолжение читайте в следующих статьях цикла…

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.