Květen 2013

Mozky našich robotů

30. května 2013 v 5:23 | Petr |  Roboti
Byla nebyla - kdysi soutěž autonomních aut zvaná DARPA Grand challenge, které proběhla v letech 2004 - 2005 v poušti severovýchodně od Los Angeles a v roce 2007 proběhla Urban challenge - ve čtvrti prázdných vilek nějaké opuštěné letecké základny.
Jestli jste tak ještě neučinili a chcete se přiučit vřele doporučuju prostudovat všechny dostupné materiály, protože vojenský výzkum roku 2004 se může stát prostředkem k vítězství v amatérské soutěží roku 2014. jedné věci si však nelze nevšimnout.
Ať si inženýři myslí co chtějí - nakonec nás realita donutí postavit analogii mozku.
To je poněkud odvážné tvrzení, které se pokusím na pár řádcích obhájit.
Všímněte si, že v robotice jsou dva přístupy, které jdou tak trochu na opačných stranách:
1. Inženýrská robotika - vycházející z klasického matematického pojetí umělé inteligence, z robustních a výpočetně náročných algoritmů. Typickým hardwarem takového robota (v amatérském pojetí) je ten notebook přilepený izolepou - rozžhavený výpočty do ruda. Typickými algoritmy jsou SLAM, plánování, procházení stavových prostorů všech možností atd.
2. Biologická robotika - vycházející z kopírování přírody, a v současnosti zejména hmyzu - pro ty jsou typické jednoduché algoritmy "Subsumption algoritmy" - žádné nebo minimální plánování - behavior based algoritmy - jednoduché reflexy typu RUKA - OKO. Typickým hardwarem pro tyto roboty jsou (analogová) čidla a síť vzájemně komunikujících mikrokontrolérů.
S čím válčí oba přístupy :
1. Inženýři především s neustálým nedostatkem výpočetního výkonu, který mohou řešit dvěma způsoby
1A. zjednodušováním algoritmů.
1B. přidáváním dalších počítačů nebo jiných "výpočetních jader"
2. Biologové - narážejí na neschopnost řešit všechny potřebné, složité úlohy jednoduchým "hmyzím" způsobem, což mohou řešit dvěma způsoby :
2A. Použitím složitějších algoritmů,
2B. které si vynutí použití složitějších "výpočetních jader"

Kde se tedy obě větve sejdou ? U masivně paralelní "many core" achitektury s křemíkovým ekvivalentem somatotopického ( nebo spíše "světo-topického" ) uspořádání jako má mozková kůra ?! Jsou už tady náznaky ?

1. ze strany inženýrů bych mohl jmenovat mnoho - od toho nejhoršího přístupu - tedy autonomního automobilu, který veze serverovou farmu (viz Grand challenge). Přes paralelení výpočty na grafických kartách, po Intel Larabee, po Epiphany - paralelní procesor na jednou čipu, který si za 99 dolarů můžete taky koupit.
2. Biologický přístup je poněkud náročnější, protože zatím příliš nerozumíme centrálním nervovým soustavám živočichů, nicméně na poli "křemíkové neurovědy" se taky něco děje zejména bych chtěl upozornit na projekt GROK, zakladatele PALMU a vynálezce opravdových PDA (ano Stevene - Apple Newton tam nepočítám) Jeffa Hawkinse.

O co se tedy jedná ? Grok bude křemíková simulace šedé kůry mozkové, která zatím existuje jako simulace v PC - bude obsahovat "jednobitové" neurony v mnoha vrstvách, které budou vertikálně spojeny s neurony nad a pod sebou a horizontálně se sousedy. Principem funkce bude - opuštění mnoha paradigmat současné výpočetní techniky jako je dělení Procesor / paměť, která bude distribuovaná, nebo bitové kódování dat, které je předem dáno bude nahrazeno kódováním, které vznikne až při zpracování dat atd. Podrobnosti vřele doporučuju shlédnout v tomto videu.

Proč se právě teď nerozčiluju, že inženýrský, nebo biologický přístup je cesta do pekel.
Protože vývojem obě větve patrně splynou - inženýri zjistí, že domácí uklízečka serverovou farmu neunese mechanicky ani elektricky a vydají se úspornější cestou "many core" procesorů.

Neurovědci vyrobí křemíkový mozek 2.0 který bude více než jednobitový a nakonec může dojít k paradoxní situaci, kdy budeme mít kameru, která po sériové lince bude místo obrazu posílat pakety "pejsek na 10;23", "kočička na -3;7", "Auto na 3;15" atd .... Bude pak záležet jaký hardware obraz analyzuje ? Těžko!

Otázka je proč vyhrají architektury spíše paralelní, s menším výkonem na jádro, a proč to nakonec nebude "třetí cesta" v podobě supervýkonného "single core" počítače. Je otázka jestli na to vůbec musím odpovídat, ale třeba ano - nelze do nekonečna předstírat, že v reálném světě se nedějí tisíce drobných věcí paralelně, a že řešit je nutno je taky paralelně, a že 100 x 1 GHZ MCU berou 100 x 100 mA = 10A. (Grok má potenciál k ještě nižší spotřebě) zatímco procesor který by měl 100 GHZ v jednom jádru - je z fyzikálního hlediska nepostavitelný současnými technologiemi. Nemluvě o tom, že ani matka příroda nešla cestou do běla rozžhaveného - sériově pracujícího mozku.

Zbývá už jenom tradiční rada pro blondýny - až se na vás domácí robotický vysavač podívá svou inteligentní kamerou a na displeji začne blikat "FUJ" - je jasné, že technika pokročila a vy jste v průšvihu....

Tvrdá realita měkkých dovedností

28. května 2013 v 5:33 | Petr |  Filosofování
Dnes žijeme v té nejohleduplnější možné době. Takže když je někdo líný, jak veš, ještě blbější a jeho psychice dominuje neukojitelné ego velikosti galaxie - řekneme o takovém člověku, že má "soft skills". Soft skills by se daly přeložit jako "měkké schopnosti" - což bych já - přízemí idiot - hodnotil skoro jako krycí název pro "neumí nic". Dokonce jsou mezí námi podvraceči, kteří osoby s převahou "soft skills" označují velice sprostě jako "zmrdy".

Takže je čas rozebrat co to znamená mít "soft skills" a co to znamená pro Geeka přežít mezi lidmi se "soft skills". Tedy z definice je to něco jako ve starém bolševickém vtipu " vzdělaný policajt je ten, který zná někoho, kdo umí telefonovat "
Tedy "soft skiller" neumí nic, ale dovede si řešení všech problémů "vykomunikovat". Možná vás už napadlo jestli to není další z variací na mou oblíbenou hru na ovce a vlky a jestli vlastníci "soft skills" - vlastně nejsou ten "vlčí" - destabilizující element - zatímco ti, kteří jsou vlastníci "hard skills" - tedy opravdu něco umí nejsou vlastně vykořisťované ovce ??

Nebudeme se pouštět na nebezpečné pomezí matematiky a filosofování - v každém případě - ačkoliv není jasné, zdali vlastníci Soft skills jsou zmrdi z definice pana D-fense nebo ne - jednu vlastnost s nimi mají společnou a to snahu shlukovat se a sdružovat mezi sebou. Tudíž se zhusta stává že ten kdo (optimistickým pohledem) má nejvíce "soft skills" - se stává šéfem a z titulu této funkce určuje pravidla hry. Pak se není příliš čemu divit, že i lidi z profesí kde bez "hard skills" nelze existovat smysl toho - něco umět - zpochybňují.

Cituji kousek z výše uvdedeného linku doslova :
Možná si říkáte "sakra, vždyť někdo musí rozumět technice", ale není to doopravdy tak. Mnohem důležitější než být zašlapaný introvert, který je v reálně velké firmě, natož v podnikání absolutně nepoužitelný je lepší být někdo, kdo svoje znalosti s radostí sdílí s ostatními.
Aníž bych chtěl překrucovat - člověk, který něco umí je "zašlapaný introvert - absolutně nepoužitelný", zatímco prázdné měchuřiny - "své znalosti s radostí sdílí s ostatními".... Chápu správně ?

Pokud je situace taková - pak je otázka, proč ještě "hard skills" existují ? Osobně si tento paradox, že lidi pracují proti svému prospěchu, vysvětluji jako atavismus z minulosti. Schopnost lidstva přežít totiž tak dlouho závisela na schopnosti "něco umět", že naše psychika se zatím nepřizpůsobila faktu, že "něco umět" dnes znamená být považován za "zašlapaného introverta k ničemu nepoužitelného", což je jenom povrchní ospravedlnění toho, že takového člověka vlastníci "soft skills" využívají / zneužívají a místo "děkuji" mu servírují nelichotivá epiteta...

Přiklad z živočišné říše - je marné odnaučovat psa vrtět ocasem - má to vrozené a ať jej bijete sebevíce - vrtí stále. Stejně lidé se nejsou schopni zbavit - dnes už zbytečného - citu pro smysluplnost práce a vlastní existence. To znamená že jako vlastník "Soft skills" vždy nějakého "užitečného idiota", pro své záměry najdete.

Vzhledem k tomu, že jste dočetli až sem tipuju však druhou možnost - prostě jste v situaci, kdy litujete, že jste se něco naučili - což se stalo poukázkou pro vaši lehkou šikanu. Zažil jsem to taky - tak dlouho jsem dával najevo heslo "já jsem Ferda Mravenec - práce všeho druhu" až jsem se dostal do situace, kdy jako šéfovi v laboratoři mi volali řemeslníci, že na opravu kohoutků se jim chodit nechce, že je venku zima a oni stejně vědí, že si to umím spravit sám...

To byla jedna z kapek, která vedla k dramatické změně směru mé kariéry před 4 roky, je však otázkou co dělat, abyste se do takové situace nedostali.
Soukromě bych radil řídit se mým oblíbeným heslem "co společnost žádá, to společnost dostane". Máte mezi sebou "negociující idioty" - staňte se jedním z nich ! Když je průser, který umíte vyřešit - velmi opatrně si promyslete jak na to, ale nehněte ani brvou. Na venek dělejte to, co dělají ostatní - obviňujte z průseru někoho, kdo se nemůže bránit, zmatěně lítejte, vyvíjejte jinou horečnou a neúčelnou činnost, telefonujte a mailujte na všechny strany. Choďte na schůzky a "mítingy" vyrábějte prezentace - konec konců papír snese všechno, Excel a PowerPoint ještě více.... atd ..... Mimikry jsou požadavkem č. 1

Až situace vygraduje k neřešitelnosti - hlavně se sami do ničeho nevrhejte - začněte udělovat smysluplné rady - až rozkazy - vedoucí k řešení - ty uděláš toto - ty uděláš toto. Majitelé Soft skills to samozřejně nebudou chtít udělat - neb to umenšuje jejich ego - a pokud to neudělají - a průser dopadne špatně - vaše rekace musí být rezolutní - neposlechl`s - tvůj problém....

Že vám tento přístup je cizí ? Někomu něco přikazovat ? Pak musíte připustit že jediná druhá možnost je pozice "zašlapaného introverta - absolutně nepoužitelného". Vaše dosavadní ( a mylná ! ) představa, že dosáhnete kompromisu a korporátní hajzlíci vás nechají někde "stranou a v klidu" dělat, co umíte nejlépe - je stejně naivní - jako představa vejce stojícího na ostří břitvy.

Smutné, ale pochybuju, že vymyslíte něco lepšího. Variantu "být stejně blbý jako oni" - vám raději nenavrhuju, protože současný model společnosti pomalu končí a není nic horšího než "být generálem co bojuje v minulé válce". Navíc v nejisté budoucnosti bude možná obsah naší hlavy našim jediným majetkem - naplnit za těcho okolností hlavu jenom technologií podrazů - mi nepřipadá příliš produktivní.

Vidlákovo elektro 41. Schmidtův klopný obvod.

26. května 2013 v 5:54 | Petr |  Vidlákovo Elektro
Jestli jste byli naladěni na pokračování článku o zkratech - musím se omluvit. Jak jste si jistě všimli jsem zmatený a mojí specialitou je v polovině výkladu zjistit, že jsem neprobral nějakou fundamentální věc, bez které se nelze hnout dále, ale která k tématu přímo nepatří - mea maxima culpa...

Takže minule jsme celou oblast napěťových zdrojů rozdělili na lineární - kdy výkonový tranzistor je pootevřený a funguje jak o řízený odpor a spínané - kde tanzistor rychle přechází mezi stavem vypnuto a zapnuto. Tahle informace je elementární, a možná se zkouší u tabule na elektro-průmyslovce. Poněkud méně elementární je fakt, že lineárním zdrojům nejlépe sluší lineární pojistky a spínaným zdrojům spínané, protože když spínací tranzistor přepnete blbě postavenou proudovou pojistkou do lineárního režimu - obvykle shoří i přesto - jen o pár desítek milisekund později.

Takže jak na spínací proudové pojistky - Schmidtovým klopným obvodem. Takže si vysvětleme lidsky jak to funguje - představte si automatiku která udržuje hladinu v nádrži - není dobré když čerpadlo spíná každé 3 sekundy, proto je taková automatika udělnána většinout takto - začni čerpat když je hladina pod 80 cm a vypni se až je hladina nad 120 cm. Mezi 80-120 cm udržuj předchozí stav. Průměr obou těchto hodnot je "střed přepínání" - v našem případě 100 cm a rozdíl - v našem případě 40 cm je tzv hystereze.

Analogicky v elektrickém obvodu - vypni tranzistor když je proud nad 1 A a zapni ho až proud poklesne pod 0,5 A - jasné ?
Obvodově se Schmidtův klopný obvod staví nejšastěji z operačního zesilovače- vidíte sami "obvyklé zapojení" akorát odpor ve zpětné vazbě z výstupu na vstup nejde do invertujícího vstupu aby obvod linearizoval, ale naopak do neinvertujícího aby překlápění ještě zrychlil a stav mezi jedním a druhým překlopením maximálně urychlil.

Jak to celé funguje - výstup operačního zesilovače ovlivňuje rozdíl mezi invertujícím (-) a neinvertujícím (+) vstupem. Představme si že napětí na neinvertujícím vstupu postupně roste, protože výstup OZ je na maximálním negativním napětí - "odsává" přes R2 z neinvertujícího vstupu proud, takže k překlopení dojde teprve pokud - k překlopení dojde teprve tehdy, pokud je větší než referenční napětí Vref o napětí Vref * R1/R2 - což je taky vzoreček pro výpočet hystereze klopného obvodu. Pokud se klopný obovod překlopí - jeho výstup místo aby přes R2 odsával proud tak začne přídávat proud, takže k překloopení zpět může dojít teprve když napětí na vstupu je menší než Vref o podíl Vref * R1/R2.

V tomto režimu je klopný obvod ztv "neinvertující" to jest když máte na vstupu 0 na výstupu je taky 0 a naopak. Pokud chcete schmidtův klopný obvod jako "Invertující" prostě jenom zapojíte Vref místo Vin a naopak - ostatní je naprosto stejné.
Uvnitř operačního zesilovače jsou nějaké ty differenciální tranzistory, takže pokud si differenciální pár tranzistoorů zapojíme někde na bastldesce můžeme si schmidtův klopný obvod postavit i z diskrétních součástek. Hystereze tohoto obvodu je V*R1/R2 a práh překlopení je přibližně V*R1/R2 + 0,7V. principem je totéž co u operačního zesilovače a "drát" z kolektoru Q1 do báze Q2 je totéž co odpory ve zpětné vazbě Operačního zesilovače.
Abychom probrali všechno - když se řekne Schmidtův "klopný obvod" - zavání to digitální logikou - a taky ano. Schmidtovy klopné obvody existují j jako součástky pro digitální obvody, kde většinou upravují signály, tak aby měly jednoznačné ostré hrany. Jak je takový obvod zapojený vidíte na obrázku
A schematickou značku vidíte tady - nahoře Schmidtův klopný obvod neinvertující a dole invertující (čistě pro blondýny - rozdíl je v kolečku u výstupu).

Tím bychom probrali základy, které jsem měl probrat předem, a příště se vracíme k proudovým pojistkám. Dnes už zbývá jenom oblíbená rada pro brunety : Víte že český právní řád nezná znásilnění muže ženou - už jste to někdy na miláčkovi zkoušela ? Bránil se doopravdy, nebo vrněl jako kocour ?

Matematika v robotice 3. Co je to přesnost.

23. května 2013 v 5:39 | Petr |  Roboti a Matematika
Dneska už tak ostře neodmítám ideu robota, který má na hřbetě izolepou přilepený notebook, ale pořád se mi mnohem více líbí roboti řízení mikrokontroléry, co z nich nikde nic neleze a robot vás nemá tendenci zabít, protože propadl "computerovému šílenství", protože Windows, místo plánování trasy, právě "nahrávají aktualizace".

Pokud nemáte v robotovi notebook, a přesto potřebujete mít nějaký sofistikovaný software. Sofistikovaný software většinou vznikne tak, že použijete chytrá čidla a chytrou elektroniku a chytré digitální (matematické) zpracování. Pod pojmem "chytrý" tady myslím chytrý jako Eurobot Martina Lockera z roku 2005 - tedy jednodušší než si kdo dovedl představit a přesto dokonale fungující. Ne "chytrá" jak si představují dnešní marketingoví mágové - to jest "žďorbo" nabité zbytečnostmi, aby se dala zákazníkovi účtovat cena, co se z ní podlamují kolena.

Takže bez nějakých těch výpočtů to nepůjde. A tady narážíme na problém - matematici většinou předpokládají absolutní přesnost výpočtu. To je tzv "Arbitrátní přesnost", kdy můžete výpočet spočíst na tolik míst až je chyba nekonečně malá. My však máme k dispozici jenom procesor, který v lepším případě má k dispozici matematický koprocesor a je schopen jakž takž počítat s reálnými čísly, nebo nemá ani to a pak počítáme s reálnými čísly za cenu krvavého zpomalení (a zvětšení) programu matematickými knihovnami, nebo si musíme vystačit s celými čísly.

Samozřejmě, pokud nějaký algoritmus osekáme z "nekonečné" přestnosti jak předpokládají matematici na 8 bitů celočíselných - zdá se to být takový masakr, že je lepší se do programování takového výpočtu ani nepouštět.
Moje zkušenost však říká něco jiného - často i zjednodušený výpočet s hrubými chybami je lepší než nic.
Příklad na obrázku. Představte si robota na Mini Sumo, který stojí na kraji hřiště a má dorazit do místa kde je soupeř - který je v průsečíku os. K tomu aby se trefil má čidlo soupeře (stereofonní sonar), které mu dává azimut k protivníkovi. Pokud je toto čidlo dokonale přesné - pojede podél červené čáry. Co se stane když čidlo má nějakou úhlovou odchylku - na obrázku jsem zvolil hrozivých 45 stupňů. Nedojede do cíle ? Kdepak - dojede jenom ne po červené přímce, ale po modré dráze - což je logaritmická spirála, která taky skončí v cíli, akorát je třeba ujet trasu přibližně 2x delší.

Jasné - 45 stupňová chyba v azimutu nepřekáží nalezení soupeře.
Proč to ? Pokud by robot měřil azimut jenom jednou - nikdy by netrefil, protože ale měří opakovaně, a pořád se snaží svoji chybu korigovat (byť pořád stejně špatně) nakonec dojede.

Poučení z tohoto případu ? Časté opakované měření, které není zatíženo kumulující se chybou nevede k dramatickým problémům ani pokud je zatíženo velkou systematickou chybou každého měření. Takže pokud budete počítat siny a kosiny v celočíselné matematice a budete tam mít 10% chybu - stále to nemusí být žádné drama. ( A stále to není důvod se na tu trochu počítání vykašlat).

Proto počítejte s tím, že po letech programování výpočtů na 8 bitovém AVR v assembleru - jsem se rozhodl zveřejnit svoji "tajnou kuchyni", přestože jsem původně o programování nechtěl vůbec psát. Takže postupně probereme úplně všechno, o čem se v učebnicích málokdy dočtete. pro dnešek končíme, abyste mohli nabrat síly na dalších milión pokračování.

Zbývá už jenom oblíbená rada pro blondýny : Geometrické tvary jsou letos OUT, jenom kosočtverec je věčný !!!

Choroby včera a dnes.

21. května 2013 v 5:41 | Petr |  Příroda
Přemýšlejme jak v lidské mysli vypadaly smrtící choroby, nebo lépe smrtící události.
Před tisící lety to jistě bylo rozsápání vlky, tygrem šavlozubým, nebo udupání mamutem, nebo buvoly. Před érou antibiotik nepochybně strašlivá choroba měla v lidské mysli obraz vysoké horečky s vyčerpáním, blouzněním a smrtí na konci.

Jak vypadá strašlivá choroba dneska ? Je nejstrašlivější choroba cukrovka, srdeční infarkt nebo mozková mrtvice, které zabijí nejvíce lidí ? Podle mých zkušeností nikoliv.
Nejstrašlivější choroby dneska mají podobu "tichého zabijáka" který vás postupně a pomalu rozežírá zevnitř. Vy víte, že vám něco je, protože "se necítíte" nic vás nebaví, dokonce ani fotbal, chlast a cigarety. Unavíte se nejen při sexu, ale dokonce i odpočinek je příliš únavný. Obcházíte doktory a buď po prvních pár návtěvách padne strašlivá diagnóza "rakovina". To je život ohrožující, ale pořád dobré, protože sice můžete umřít, ale alespoň je co léčit.

Mnohem horší je choroba jménem "nic jsme nezjistili". Vy chřadnete viditelně, den ze dne a ti "hajzli v bílém nic nezjistili", Krev i moč jsou negativní, sono, rentgeny, CT ani Magnetická rezonance nic neukázala, vy chřadnete a "oni nic nezjistili".
Cítíte tu hmatelnou hrůzu - ono vás to žere zevnitř a nikdo neví co to je. Nakonec to dopadne tak, že vás nikdo nechce léčit, zruší vám nemocenskou, invalidní důchod nedostanete, z práce vás vyhodí. Opravdu děs. Navíc čím více se bádá bez výsledku, tím je choroba tajemnější a tím je patrně též nebezpečnější.
Jako vždy v modení době, kde je poptávka, tam je i nabídka, takže pokud je poptávka po chorobách tohoto typu může zdravotnictví nabídnou "chronický únavový syndrom", případně záhadné infekce "chlamydiemi a borreliemi". Sice jsme unavení všichní a pokousaní klištaty vetšina z nás, ale jenom někomu "to sedne na plíce a na klouby". Nerad znevažuju choroby, které u nepatrného procenta lidí opravdu existují. Smůla těchto nemocí je v tom, že na 100 marodů je 99 těch, jejichž hlavní problém je, "že jim to sedlo na mozek" a to ne ve smyslu neuroborreliózy, ale ve smyslu neschopnosti chápat drobné bolístky jako normální součást života.

Jako vždy v moderní době, jsou choroby "sociálně determinované". "Únavový syndrom" vás v dnešní době může dovést až do invalidního důchodu, před 100 lety byste však viděli umírat bratra na zápal plic a rodinu souseda v bídě na tuberkulózu a po těchto zkušenostech by vás ani ve snu nenapadlo svoji únavu považovat za něco jiného než ten "nejbáječnější možný život".

Ne že bych předpokládal, že mě ufňukaní marodi právě čtou, ale kdyby ano - nezapomeňte si v Pelhřimově prohlídnout krematorium....

Vidlákovo elektro 40. Jak zvládat zkrat 2.

19. května 2013 v 5:12 | Petr |  Vidlákovo Elektro
Pokud se jedná o ochranu proti nadměrnému proudu (zkratu) všichni intuitinvě tušíme jak to má vypadat. obvod, který napájí spotřebíč / zbytek obvodu / motor / čidlo / cokoliv ... by neměl do své záátěže pustit větší než nastavené napětí a při velké spotřebě / zkratu - by neměl do spotřebiče pustit ani nadměrný proud.

Ideově nejjednodušší zdroje tohoto typu jsou tzv "zdroje s pravoúhlou Voltampérovou charakteristikou". Takový zdroj se chová jako zdroj konstatního napětí s (téměř) nulovým vnitřním odporem, dokud nedosáhne nastaveného proudového prahu, od kterého se chová jako zdroj proudu s (téměř) nekonečným vnitřním odporem
Příklad vidíte na obrázku - jednoduché jako facka ( a taky dosti nespolehlivé ). Tranzistor Q2 se proudem z odporu R4 otevírá tak dlouho dokud napětí dělené děličem R2 + R1 na bázi tranzistoru Q1 nedosáhne 0,7V pak se Q1 začne otevírat a tím začne přivírat Q2. To je režim stabilizace napětí. Pokud ze zdroje odebíráme více než 100 mA vznikne na R3 ubytek 0,7 V, který začne otevírat Q3 a ten začne přivírat Q2 - což je, jak tušíte, režim stabilizace proudu. Obě smyčky zpětných vazeb pracují najednou, ale uplatní se vždy jenom jedna. Takže pokud si nakreslíme závislost napětí na proudu daného zdroje dostaneme graf asi tohoto typu.
To je ona "pravoúhlá" charakteristika - poněkud nedokonalá - při vzestupu proudu z 20 na 60 mA poklesne napětí na zdroji o 20 mV - pro tento proud je vnitřní odpor 20 mV / 40 mA = 0,5 ohmu. V režimu omezení proudu při vzestupu proudu ze 107 na 115 mA poklesne napětí z 4 V na 0V - to je vnitřní odpor 4V / 8mA = 500 ohmů.
Jasné ?
Proč je tento zdroj problematický ? Klidně jej můžete používat, ale mějte na paměti, že jeho přesnost závisí na úbytku napětí Báze-Emitor trantzistorů Q1 a Q3, který je kolem 700 mV, ale je pro každý tranzistor jiný a navíc klesá přibližně o 2 mV na každý stupeň Celsia. Mimo to ani zpětné vazby nemají dostatečné zesílení, proto ani proudové ani napěťová stabilizace nejsou tak "tvrdé" jak by mohly být. Jinými slovy 78L05 je daleko lepší, ale při zkratu omezuje proud mnohem více takže nemá tak pěknou pravoúhlou charakteristiku.

Po tomto výkladu se zdá, že ochrana proti zkratu je primitivní zálezitost prostě všude nastrkáme ochranné tranzistory a snímací odpory jako je dvojice Q3 R3 a je vystaráno.

Že to tak není, se vás pokusím přesvědčit na konkrétním případě. Do svorky Signal IN jde spínací signál z procesoru, dvojice Q2 R1 je kombinace ochranného tranzistoru a snímacího odporu. Výstup obvodu je připojen na spotřebič a spíná spotřebič proti zemi. Tranzistor BC337 (dle mého datasheetu od Fairchildu) snese kolektorový proud 800 mA takže jsem nastavil proudvou pojistku na 0,7/ R1 = 320 mA.
Co se stane když dojde ke zkratu - tedy jakobychom OUT přijojili třeba přímo na 12V ? Tranzistor Q2 se otevře a začne přivírat tranzistor Q1. Problém je v tom, že Q1 byl původně otevřen do saturace - tj. na něm bylo napětí kolem 50mV - což s maximálním proudem 300 mA dává výkonovou ztrátu 15 mW. Při zkratu poteče poootevřeným Q1 zase 300 mA, ale napětí na něm bude téměř 12 V což je výkonová ztráta 3.6W - což za pár sekund tranzistor spolehlivě upeče. (BC 337 snese dle Fairchildu jen 0,625W). Jasné ?

Princip problému je v tom, že pro spínací tranzistor, který je stavěn pouze na stav VYPNUTO / ZAPNUTO a nic mezi tím - používáme lineární (analogovou) pojistku která jej dostane do lineárního stavu kdy nebude ani ZAPNUTO ani VYPNUTO.
Jaké jsou možnosti ?
  1. Smířit se s tím, že přijdeme o tranzistor? Cheme to tak ?
  2. Dimenzovat jeho chlazení na lineární provoz ? Není to zbytečné ?
  3. Použít ještě další pojistku - například detekovat zkrat procesorem a rychle tranzistor vypnout
  4. Používat pojistku, která není lineární, ale je taky spínací - takže nám tranzistor z polohy ZAPNUTO převede do polohy ZCELA VYPNUTO a ne do polohy "něco mezi tím".
Jistě už tušíte, proč jsem v předchozím článečku kladl tolik otázek, protože proudových pojistek je spousta - v principu tolik, kolik je typů zdrojů (spínačů) napětí.

Pro dnešek končíme - zbývá už jenom oblíbená rada pro brunety : Je jaro, květiny kvetou a voní, vy taky kvetete a taky chcete vonět, ale až na sebe budete lít parfém - vemte rozum do hrsti a nepoužívejte jej v množství, které zastavuje mouchy v letu.

Matematika v robotice 2. Problém společného jazyka 2.

16. května 2013 v 4:42 | Petr |  Roboti a Matematika
Už jak jsem psal v "Analogové logice" - analogová logika - alias matematika má tu krásnou vlastnost, že mnohdy vyřeší problém aniž byste si vůbec uvědomili, že problém vznikl - jako třeba už mnou zmiňovaná pokažená čidla za která zaskakují sousední - fungující.
Proto je veliká škoda a je pro vás veliké mínus, pokud se "nějakému tomu počítání" vyhýbáte. Jenomže to vyhýbání určitě má své důvody. Jako třeba hrozivé názvy - "Výpočet odmocniny Newtonovou iterační metodou" - nikdo vám nenapíše že odmocninu z X spočtete takto

ODMOCNINA = 1
FOR I = 1 TO 10 DO
ODMOCNINA = (X / OMOCNINA + ODMOCNINA) /2
NEXT I

V čem je vtip - v tom že pokud číslo dělíte jeho vlastní odmocninou dostanete zpátky zase odmocninu takže na konci výpočtu X/ODMOCNINA bude totéž co ODMOCNINA a jejich součet dělený 2 (vlastně tedy průměr) bude úplně stejný. Neboli cyklus probíhá stále dokola a dokola dokud se hodnota ODMOCNINA neustálí na skutečné hodnotě odmocniny z X. Dokonce existuje matematická teorie, že každou iterací (průchodem smyčkou) se nám spočtou 2 cifry výsledku, proto jsem dal opakovat 10x protože odmocnina na 20 míst bohatě stačí ( i se všemi nepřesnostmi to stačí k ustálení výsledku na obstojné přesnosti). Proč jsem nedal podmínku že cyklus skočí až se hodnota ODMOCNINy přestane měnít - protože v numerické matematice jsou problémy s výrazy typu A==B. Místo nich se musí používat abs (A-B) < SKORO_NULA - s hodnotou SKORO_NULA jsou taky problémy - jaká by vlastně měla být ? Pokud ji nastavíte blbě algoritmus, pro určité vstupy, nikdy neskončí - takže hrozí prakticky nepolapitelný "bug" ve vašem softwaru - takže v rámci blbuvzdornosti se vše natvrdo zopakuje 10x a hotovo....

Mimochodem víte že se takto dají velice jednoduše a přesně počítat odmocniny i s celými čísly v mikrokontroléru, dokonce v assembleru. A víte že se takto dají počítat vzdálenosti dvou bodů při robotické navigaci ? Nevíte ? Patrně to v článku o Newtonově iterační metodě nebylo.

Čili je jasné, že pokud člověk není matematik, ale potřebuje matematiku používat, potřebuje jednak něco odvahy a potom způsob jak číst matematické články. K tomu bych rád poskytl několik rad.
  1. Čtěte moje články - netrpím "matematickým" ani "inženýrským" syndromem a dvojitým integrálům sám moc nerozumím, tak mám tendenci obejít se bez nich.
  2. Vyberte si něco co bezpečně znáte, třeba Pythagorovu větu a najděte si ji na Wikipedii a zkuste trénovat matematicky hieroglyfické písmo.
  3. Když čtete náročnější text - nejprve přečtěte to, co je psáno běžnou latinkou a až při druhém čtení se ponořte do vzorečků.
  4. Mějte na pamětí, že "ani počítače matematikům nerozumějí" - proto se výpočty musí z hieroglyfů přepsat do programovacího jazyka, který je často mnohem srozumitelnější, hledejte tedy popis algoritmu nebo "numerické řešení" z toho se dá často pochopit vo co go.
  5. Hledejte grafy a snažte se je pochopit.
  6. Nepropadejte panice - většina složitých výpočtů vede k jednoduchým prográmkům - kolem takového exponenciálního klouzavého průměru byly napsány stohy a přitom to je to prosté Xi = (1-n)*Xi-1 + n*A, kde n je z intervalu (0,1), což se ale pro n=0.25 dá napsat jako X = (3X + A) / 4 ;-)))
Za domácí úkol si zadejte heslo "Výpočet odmocniny Newtonovou iterační metodou" do Googlu a teď když víte vo co go se pokochejte tím, jak v tom všichni hledají vědu - tímto exemplárním příkladem můžete klidně začít - legračnějším o to, že to má být návod jak danou věc naprogramovat - futajbl.

Zbývá už jenom tradiční rada pro blondýny - když dojde na - minule zmiňovaný - sešitek se vzorečky a vy budete utíkat z rande - víte že možná utíkáte od zajištěného, inteligentího, solidního muže - do náruče prošoustaného hochštaplera - blbce ?

Státní podpora vědy ?

14. května 2013 v 4:12 | Petr |  Filosofování
12. dubna 1961 vyletěl Gagarin, což byl - po Sputniku a debaklu vlastního kosmického programu - pro Američany další šok. Pak se skoro rok nedělo nic podstatného - akorát Američani poslali několik lidí do vysoké stratosféry - čemuž říkali "kosmický let" ale boševik to správněji označoval za "balistický skok" protože přitom nedosáhli ani 1. kosmické rychlosti a neobletěli Zeměkouli jako Gagarin.
Teprve 20. února 1962 - tedy 10 měsíců po Rusácích se jim povedlo poslat Johna Glenna na 3 oblety kolem Zeměkoule, což je opravdový, jednoznačný a nikým nezpochybnitelný kosmický let ...

A pak 12. září 1962 to vypuklo, když John Fitzgerald Kennedy, pronesl svoji legendární řeč "přistaneme na Měsíci před koncem tohoto desetiletí - ne proto, že to je snadné, ale proto, že to je těžké ...." Tohle a vyhnání Rusáků z Kuby - byly jasné známky Kennedyho geniality. Taky podle toho tak dopadl - za rok - 22. listopadu 1963 dostal kulku do hlavy....

Proč bylo přistání na Měsíci tak geniální ? Skoro nikdy se vám totiž nepodaří zaobalit zbrojení, vědu, výzkum, státní podporu moderních techonologií, budování infrastruktury, a vytváření investičních, výrobních a exportních příležitostí do jedné akce a zabalit ji do jednoho obalu za jedny prachy, které pohledem dnešlka byly vlastně velmi malé a od té doby se mnohokrát vrátily....
Takže představme si, že ode dnešla za rok vystoupí Miloš Zeman v televizi a pronese něco podobného. Né že by Česká republika měla poslat Agátu Hanychovou na Měsíc, ale něco co rezonuje s dneškem, třeba: "Ode dneška do 10 let, vypracujeme technologii, jak veškerý uhlík z domácích odpadů převedeme zpátky na uhlovodíková paliva, ne proto, že to je snadné, ale proto, že to je těžké" (a zajistí to republice prachy za export technologií na 50 let dopředu).

Mimochodem dovedete si to představit, jak to ten prochlastaný gauner vůbec vyslovuje ?
Co by se stalo potom ? Mediální smršť na téma - vládá plýtvá penězi daňových poplatníků. Vláda financuje sporné projekty. Vysocí funkcionářu univerzit by křičeli - "místo, aby nám přidali na granty, tak tohle..." Atd, atd. - už jenom z té představy jak by to komentovala blondýna ve zprávách TV NOVA dostávám migrénu.

Hlavní problém jakéhokoliv projektu tohoto typu, je, že nestačí jednou ročně dodat "výkaz čerpání grantu", ale prostě pokud vaše firma nedodá raketový motor, který táhne a nevybuchuje tak se nikam neletí... Tudíž za 10 let buď máte šlápoty v Mare Tranquility, nebo ne - můžete komunikovat, vykazovat, sepisovat, mailovat, intrikovat, podplácet, vytvářet PowerPointové prezentace až do úmoru, ale bez raketového motoru - Agáta podpatky do regolitu neotiskne i kdyby se všichni po....

Pak je tu ještě druhý průser - na "čerpání" dotací na stavbu nějaké silnice si najmete P.O. BOX. na Bahamách a chlapy z Ukrajiny a jde se, ale pokud dostanete zakázku na "přistávací modul" - musíte tomu prostě rozumět, takže to nemůže dělat bratranec mistopředsedy ODS - absolvent ekonomické školy plzeňského typu, nebo jiná "tlačenka".

Nemluvě o tom, že kdyby se projekt typu mé fantazijní "recyklace smetí" povedl - víte kolika mezinárodním korporacím by to zkřížilo pravidelné čtvrtletní finanční bilance pro akcionáře ?
Navíc pouštět se do nějaké high-tech technologie samostatně ? Imperiální politika Ruska, USA, a EU by nás určitě dotlačila do pozice Venezuely, nebo Iránu.
A to vůbec nemluvím o atmosféře uvnitř naší společnosti, která je taková, že program vlády postavit v každém okrese ptačí krmítko - by buď zkrachoval, kvůli podezření z korupce, nebo by zkrachoval řetězem arbitráží po promarněných, zmatených výběrových řízeních, nebo by každé krmítko stálo alespoň 100 mega....

Takže je vám jasné, že tato forma státní podpory vědy - zaměřená na užitečné výsledky - nikdy nebude. Vykazovat počty lidí s Ph.D. a počty publikací v "impaktovaných časopisech" je prostě mnohem snazší a tak nějak to nikomu neškodí a je to naší holubičí povaze tak nějak bližší, přestože mezi systémem "vykazování grantů" a prostým pálením peněz v kotli, není z hlediska výsledku signifikantní rozdíl.

Nepatrná (finanční) poznámka na závěr - ve Francii se staví prototyp termojadrné elektrárny jménem ITER, který je s cenou 10 miliard Euro - druhým nejdražším mezinárodním projektem po Mezinárodní kosmické stanici. Kdybychom snížili sociální výdaje ČR o 5,7% a toto snížení nerozkradli - mohli bychom během 10 let postavit náš ITER za naše prachy.
Pravděpodobně by tímto získané technologie bohatě uhradily ten 5,7% pokles, který dnes prožerou nemakačenkové, "neziskovky" a kmotři ODS.

Vidlákovo elektro 39. Jak zvládat zkrat 1.

12. května 2013 v 4:37 | Petr |  Vidlákovo Elektro
Původně jsem nadcházející minisérii chtěl nazvat "Proudová ochrana", ale proudová ochrana je něco, na co je norma ISO a ČSN, a borci s kulatým razítkem, co neumí postavit ani blikátko to veledůležitě kontrolují, a vystavují na to certifikáty, které tiskou na notebooku z WORDU, za což berou hříšné prachy. Až by článek vyšel, tak by vyskakoval při hledání na Googlu a nakonec by mě zavřeli, protože píšu o tom co mi doma v robotech funguje a ne o tom co nařizuje ISO 0x4DEAD2BABE.

Už jsem zmiňoval, že regulaci napětí se věnuje mnohem více pozornosti než regulaci proudu. Důvod je asi v tom, že "Arduino na 220V nejede". Proto je pro každý elektrický obvod nutné "nějak" získat alespoň správné napětí. Jaké má použitý zdroj vlastnosti z hlediska proudu - je buď dáno ochranami integrovaného stabilizátoru (třeba 7805), nebo "je to ve hvězdách".

Taky jsem to podceňoval, ale pak i mně - letělo pouzdro rozžhaveného MOSFETu kolem oka , a pak jsem si vzpomněl jak roztavený šroubovák propálil postel a exmanželka se hned na to odstěhovala za milencem - a zjistil jsem, že ani vidlák se bez proudových regulací a proudových ochran neobejde.

Takže jsme probírali proudové zdroje, které ale jsou spíše pro signálové použití - 100 mA to už je elektrárna a zdroj konstantního proudu 1A to už je Temelín. Takže dnes pokračujeme s proudem, ale jiným směrem. Tedy směrem k regulaci proudu ve výkonových obvodech. Vtip je v tom, že pokud jste klasický bastlíř, který staví jenom pískátka a blikátka, tak 100 mA vám vystačí skoro až do penze. A navíc všechny vaše elektrické obvody jsou 99% času napájeny nějakým laboratorním zdrojem, který má vlastní proudové pojistky, takže úplně strašné plamenné efekty nehrozí, ani když se na proudové ochrany bastlíř vykašle.
V robotech je to jinak. Jednak takového robota potřebujete rozpohybovat a už malinkatý robot na sumo běžně při "přetlačování" se soupeřem bere kolem 2A. Navíc vaši roboti musí být mobilní - což znamná používat baterie (alias akumulátory) a snahou výrobců akumulátorů je co nejnižší vnitřní odpor, protože dnešní elektronika jako foťáky a mobily mají krátkodobé, ale mohutné proudové odběry - což by velký vnitřní odpor baterie komplikoval.

Takže dáte do robota "Olověnku" nebo "Li-POlku", robot jede krásně, pak se kolečko zasekne o překážku a už se kouří, hoří dráty, praskají MOSFETy, šlehají plameny atd... To už vůbec nemluvím o tom, že pouužíváte nějaké obskurní konektory a provizorní dráty, které se vám zkratují o kovovou kostru robota - to je teprve sranda - (takhle mi letěl ten MOSFET kolem hlavy)....

Pro dnešek už se nebudeme dále pouštět, jenom domácí úloha - přemýšlejte kde všude v robotech je ochrany proti nadměrnému proudu potřeba. Jenom sugestivní otázky pro inspiraci : Motory ? Velká čidla ? Jednotlivé větve napájení z akumulátoru ? Každý samostaný obvod ?
A pak jaká by měla ochrana být : Jednorázová ? Nevratná ? Vratná ? Lineární ? Spínaná ? Je vysoký proud obvodem příznak katastrofy ? Nebo je to normální stav (třeba u motoru při rozjezdu) ?

Přemýšlejte nad tím vším, já už mám na mysli jenom radu pro brunety : Víte, že nejenom drát, ale i váš miláček se může proudem pěkně rozžhavit ?

Matematika v robotice 1. Problém společného jazyka 1.

9. května 2013 v 5:48 | Petr |  Roboti a Matematika
Tradicí u mně už je, že vždy začnu nějaké téma z prostředka, a teprve když je vše zveřejněno napadají mě souvislosti, které mohou věc objasnit. Takže jsem pro Robodoupě.CZ napsal sérii článků, které jsem se styděl nazvat "Matematika" protože to by je asi nikdo nečetl, tak jsem použil krycí název "Analogová logika" což je rozhodování vzniklé výpočtem - což je matematika ....

Osobně jsem lidmi považován za matematika, matematiky bych však nepochybně byl považován za "analfabeta", protože sdílím s matematiyk jejich postupy a vizuální představy, ale bohužel nemám IQ dostatečně vysoké abych plynule četl a psal jejich "verbálním jazykem".

Když si nalistujete v učebnici kapitolu Aritmetický průměr. První co na vás vyskočí je tohle :
A to ještě není to nejhorší co můžete číst - vzorečky s dvojitými integrály pro X od mínus do plus nekonečna atd ... Matematici totiž toto "Egyptské hieroglyfické písmo" sají už s mateřským mlékem, a jsou hrdí na to, že mu rozumí. Problém je v tom, že matematici bývají zvláštní, takže si nejsem jist jestli je to náhoda, nebo jestli jsou taky hrdí na to, že jiní jim nerozumí.

Navíc kdysi ve školách učil jeden kantor všechny předměty a vládla "trojčlenka" takže se řešily úlohy jako od babičky typu:
Když na bábovku ze 400 g mouky potřebujeme 3 vajíčka kolik vajíček potřebujeme na bábovku ze 700 g mouky. A pak se psalo
X = (3 / 400) * 700 = 5 a čtvrt vajíčka
Dneska jsou kantoři - matematici specialisti a ti vás donutí naučit se na to vzorec. Pak máte vzorec na "vajíčka a mouku" a vzorec na "tři kopáče za 10 hodin" a vzorec na ..... A pak jde život tak dlouho až narazíte na úlohu, která je sice stejného typu, ale vzorec na ni vás neučili ....

Takže se vrátíme ještě jednou k průměru - můžeme napsat
Nebo můžeme říct "průměr se počítá tak, že sečteme všechna X dohromady a soušet vydělíme jejich počtem" .... Jenomže to můžu napsat já, protože se nebudu muset jít oběsit, když tohle přečte nějaký matematik a jako s primitivem už se mnou nikdy nepromluví.

Že mládež matematice nerozumí, tuto nenávidí, učit se ji nebude, opravdovým matematíkům v jejich genialitě nevadí, a možná že v jejich střelenosti, to dokonce lechtá jejich EGO.
Jako vidlák z vesnice, si můžu dovolit i hrubé a primitivní věci, proto, když narazím na nějaké výpočty (což mám v nejbližší době opět v úmyslu) budu je vysvětlovat primitivně jako příklad s babiččinou bábovkou.

Protože já i moji čtenářové jsme dnes poněkud unaveni, dáme si už jenom oblíbenou radu pro blondýny - když "potenciální kořist" na prvním rande vytáhne sešitek se vzorečky - máte vyřešeno jestli se přivinete, nebo budete prchat ??