• Биология - мир вокруг нас после миллиардовлет эволюции служит прекрасным источником идей, особенно когда в нашем распоряжении современные материалы, двигатели, электроника.
• Электроника - позволяет добиться сложногоповедения простыми средствами; сама схема тоже должна быть простойи понятной.
• Эстетика - конструкция должна быть "красивой",причем не только с точки зрения дизайна, но и по своим конструктивным решениям.
• Механика - "хитрая" конструкция может значительноупростить другие системы робота (например, уменьшить число двигателей или датчиков).

Типичный вариант "современного" BEAM-робота "серийного" производства был представлен в экспозиции Центра робототехники Кувейта (Kuwait Robotic Center) на выставке "ЭКСПО-Наука 2003" в Москве.

Конструкцию отличает популярная сейчас схема с практически полным отсутсвием "ходовой части" (модель опирается непосредственно на валы миниатюрных двигателей, установленных под углом к корпусу), а также "классические" контактные датчики в виде "усов".

Питание осуществляется от солнечной батареи. Прочая "электроника" размещена с нижней части корпуса.

Вот так он выглядит. Вообще-то собрал я его just for fun, без какой-то конкретной цели. Однако конструкция в целом получилась миниатюрная и универсальная. За счет простой модификации программы контроллера бота можно заставить совершать заранее задуманное движение по маршруту или реализовать алгоритм "свободного поиска". А если поставить rfPIC - то можно получить мобильный маячок с возможностью измерения пройденного расстояния. Многие элементы конструкции являются обычным мусором, т.е. сняты с различных девайсов, предназначенных в утиль. Треш-технология так сказать:)
10 копеек и 10 сентов позволят представить его реальные размеры.

 
 Вся конструкция собрана на трафаретной монтажной плате. Основой модели является микроконтроллер фирмы MICROCHIP PIC16F84A, частота не особо важна - тут он запущен на кварце 32768 Гц от китайских мертвых часов лишь за неименеем кварца с меньшей частотой. Питание от 6В мини-батарейки для брелка автосигнализаций. Крепление для батарейки скомпановано из каркаса дохлого аккомулятора от мобильника. Переднее колесо с креплением - колесико-прижимка шарика в старой мышке.

 
 Отдельные приводы для каждого заднего колеса - бывшие вибромоторчики с каучуковыми держателями от мобильника NOKIA 3310. Миниатюрнее движков я просто не нашел, и тяга у них вполне достаточна. Раздельные приводы и трехколесная конструкция реализованы неспроста - на четырехколесной базе почти нереально собрать простую и надежную рулевую колонку. А на подобной конструкции повороты реализованы "танковым" способом - простым ВКЛ-ВЫКЛ нужного ведущего мотора. На валы движков надеты кусочки изоляции провода для улучшения сцепления с ободами колес. Питание привода управляется через ключи на транзисторах КТ315Б, мощность регулируется программно через ШИМ. 
 Каждое колесо имеет свою ось и крепление, вырезанное из крышки антистатического экрана от NOKIA 3310. На оси надето крепление из обычной изоляции мышиного провода. Вообще-то это второй вариант конструкции - на первом не был смонтирован микрик и еще один КТ315. На нем реализован ключ для управления сигнальным SMD-диодом, смонтированом на брюхе рядом с такими же резисторами. При нажатии на микрик в исправной конструкции диод мигает с периодом в 2 сек. Резисторы и микрик сняты с мертвого сидюка, диод - с подсветки NOKIA 8890. 
 Задающий кварц утоплен в панельке под контроллером. Можно было конечно обойтись обычной RC-цепью, но для надежной реализации ШИМ рекомендуется точно знать частоту работы схемы.
Поскольку батарейка маленькая и выдает малый ток ШИМ для управления движками реализован сильно нессиметрично с уклоном в сторону экономии питания. Новой батареи хватает примерно на 1 час "задумчивого блуждания" бота. 
 Общий монтаж достаточно компактен и несложен для повторения даже новичками. Запас места на плате позволяет при желании приделать боту "глаза" - фоторезисторы для реализации алгоритма "иди на свет". Особые маньяки автономии могут приделать еще и второй этаж конструкции - для подзарядки батарей с помощью солнечных батарей или установить дипольную рамку с StepUp преобразователем. У меня не было желания усложнять конструкцию.

 

Классификация BEAM роботов
Sitters (сидячие) – роботы, которые служат либо маяками для навигации других роботов, либо просто являются настольными (настенными) украшениями. Эти роботы не содержат механических узлов в своей конструкции и, преимущественно, питаются энергией получаемой с помощью солнечных батарей. Сидячие могут, например, помигивать светодиодами, издавать звуки и т.д. Эти роботы являются простейшими в изготовлении и простейшими в эволюционной иерархии BEAM роботов.

Сидячие роботы разделяются на:

1. Beacon (маячки) – самые простые в изготовлении роботы, состоят, как правило, из конденсатора, светодиода и солнечной батареи. Энергия от солнечной батареи накапливается в конденсаторе и питает светодиод даже при отсутствии света.

2. Pummer (сверчки) – накапливают днем солнечную энергию, которую они используют с наступлением темноты для красочных световых или музыкальных эффектов.

Rollers (колесные) – роботы, передвигающиеся с помощью колесных механизмов, посредством контакта оси двигателя с поверхностью по которой движется робот или даже путем вращения самого робота относительно поверхности движения. Подавляющее большинство из них использует для передвижения солнечную энергию. Для преобразования солнечной энергии в электрическую используется т.н. solar engine (солнечный двигатель) – электронное устройство, позволяющее накапливать электроэнергию в конденсаторах, а затем резко разряжать ее в электромотор.

Колесные роботы разделяются на:

1. Symet (симметричные) – используют симметрию своей конструкции для обхода препятствий. Симметричные представляют собой почти вертикально расположенный двигатель, опирающийся на свою ось и округлую часть корпуса, конденсаторы или батареи симметрично располагаются по периметру конструкции. Отличительная особенность этого класса роботов – элегантность движений и простота изготовления.

2. Solarroller (солнцемобили) – небольшие колесные роботы, накапливающие энергию полученную с помощью солнечных батарей для дальнейшей ее резкой разрядки в электромотор. В зависимости от конструкции, солнцемобиль на одной зарядке может проехать от нескольких миллиметров до нескольких шагов. Соревнования солнцемобилей проводятся на трассе длиной в один метр. Сердцем солнцемобиля является solar engine (солнечный двигатель), эффективность солнцемобиля во многом зависит от типа и конструкции солнечного двигателя.

3. Photovore (солнцеядные) – фактически это два Solarroller объединенных вместе, что определяет солнцеядное поведение робота. Два или более двигателя контролируются электронной схемой, которая с помощью световых сенсоров определяет направление к источнику света, а с помощью тактилных сенсоров выбирает путь, обходя препятствия. Как правило, конструкция солнцеядных такова, что они опираются на три точки: конденсатор солнечного двигателя и оси двух электромоторов. Такая конструкция определяет внешний вид этого класса роботов и позволяет отказаться от применения редукторов.

4. Miniball (минисферы) – роботы шарообразной формы, механика и электроника располагаются внутри прозрачного сферического корпуса. Минисферы были изобретены Richard Weait город North York, штат Toronto. Они используют один или два электромотора для перемещения своего сферического тела по поверхности.

Squirmers (?) – настольные роботы, не могут самостоятельно передвигаться, но имеют механические узлы,позволяющие двигать различными частями робота:

1. Magbot (магнитные роботы) - используют магнитные поля чтобы двигать крыльями, усами и т.д. Типичными представителями этого класса являются бабочки и стрекозы, использующие в своей конструкции solar engine (солнечный двигатель).

2. Flagwaver (знаменосцы) – простые настольные роботы, которые используют мотор, чтобы развивать флаг.

3. Head (головы) – очень популярные киберсоздания, с помощью фото или тепловых сенсоров поворачивают голову (свое тело собственно говоря) к источнику излучения. Голова может поворачиваться как вправо-влево, так и вверх-вниз.

Sliders (извивающиеся) – змеи и черви, ну что тут еще добавить.

Классификация:

1. Snake (змеи) – перемещаются горизонтальными движениями тела.

2. Earthworm (черви) – перемещаются волновыми изменениями длины тела.

Crawlers (ползающие) – гусеничные роботы, гусеницы и другие создания копирующие динамику передвижения ползающих насекомых.

Ползающие роботы разделяются на:

1. Turbot (?) – передвигаются руками или фалангами, на вид очень необычно выглядят, ни на что не похожи.

2. Inchworm (гусеницы) – копируют динамику передвижения гусеницы, имитируют «волну» гусеницы. Для создания такого робота необходимо минимум два сервопривода, которые могут приводить в действие уже четыре члена гусеницы. Очень перспективны т.к. обладают высоким потенциалом к развитию динамики поведения.

3. Tracked robot (гусеничные) – похожи на танки или на трактора. Устройство движителя в комментариях не нуждается, хотя есть свои особенности. Классическая схема – по мотору с редуктором на каждую гусеницу (т.е. два мотора для простейшей модели), но во времена моего детства в продаже была одна игрушка, не помню точно как она называлась – танк с прожектором вместо башни, в которой был один маршевый двигатель, второй двигатель отключал правую или левую половину маршевого редуктора (выводил из зацепления ведущие шестерни), а заодно и поворачивал прожектор. Такая конструкция не может выполнить фирменный разворот «на месте», но имеет интересное инженерное решение.

Jumpers (прыгуны) – используют вибрацию для передвижения, разделяются на:

1. Vibrobot (виброходы) – в свое время были популярны в домах пионеров, кружках «умелые руки» и т.д. так как кроме двигателя с эксцентриком на валу и упругой щетины не содержат никаких механических деталей. Классическая конструкция – мыльница с приклеенными к ней снизу зубными щетками, сверху – двигателем, на вал которого нанизан кусок ластика. Батарейки кладутся внутрь мыльницы. Мыльница вибрирует и движется за счет упругости щетины зубных щеток. Любой школьник может изготовить за один вечер. Если батарейки заменить solar engine – солнечным двигателем, то получится полностью автономный робот.

2. Springbot (пружинные) – используют энергию пружины для прыжка. До конца конструкция этого класса роботов еще не определена, но есть серьезные наработки.

Walkers (ходящие) – самый большой и красочный класс роботов – количество ног и способы их передвижения не ограничены Именно в этом классе широко используются нейронные сети, осцилляторы, транзисторные мосты и, даже, микропроцессоры.

Ходящие разделяются на:

1. Biped (двуногие) – имеют две широкие стопы, передвигаются за счет переноса центра тяжести с одной стопы на другую. Копируют динамику передвижения человека.

2. Four Legged (четвероногие) – в основном это одномоторные, двухмоторные и трехмоторные. В одномоторных в качестве движителя используются две шестеренки, оси которых расположены под углом около 15 градусов относительно друг друга. К шестеренкам крепятся ноги. При повороте шестеренки, робот приподнимается на передних ногах и толкается задними, затем двигатель меняет направление вращения. Одномоторные просты в изготовлении, но не могут ходить задом на перед и делают очень маленькие шаги. Двухмоторные для передвижения используют разобщенную систему управления ногами. Сначала робот приподнимается на передних ногах, затем перемещает задние. Это самые распространенные роботы, они делают грациозные шаги и копируют динамику передвижения насекомых. Трехмоторные – это двухмоторные, только передние ноги имеют еще одну степень свободы, что позволяет роботу корректировать направление движения. Во всех этих классах роботов используется принцип осциллятора. Осциллятор собирается на микросхемах - буферных усилителях КМОП серий, что позволяет упростить конструкцию и серьезно сэкономить на электроэнергии, необходимой для работы робота.

3. Hexapod (шестиногие) – дорогие в изготовлении, но очень привлекательные. Из-за того, что у них так много ног, используют для их передвижения свой процессор. Динамика передвижения такова: робот приподнимает один свой бок (например правый) с помощью средних ног и передвигает оставшиеся конечности. Те ноги которые не касаются земли (правая сторона), просто переносятся вперед, а на тех, на которых робот стоит (левая сторона), он теперь идет. Уффф… Далее тоже самое, только для другого бока…

Swimmers (плавающие) – вся классификация определена названием, это надводные катера и подводные лодки с использованием всех возможных видов энергии и движителей, в общем все на что хватает фантазии.

Flyers (летающие) – пока еще не очень развитый класс в семье BEAM роботов, классифицируются:

1. Plane (планеры) – не используют энергию непосредственно для полета, но с помощью электроники управляют планером.

2. Blimp (воздушные шары, дирижабли) – летательные аппараты в качестве подъемной силы используют баллон наполненный газом легче воздуха (как правило - гелием), на котором крепится сервомеханика и системы телеуправления.