Джон Ловин - Создаем робота-андроида своими руками

Приобретите модель автомобиля, работающего на аккумуляторах и имеющего зарядное устройство. Для некоторых моделей радиоуправляемых автомобилей эти устройства можно приобрести отдельно.

Немного о радиоуправляемых автомобилях

Радиоуправляемые модели превратились в популярное хобби. Существуют радиоуправляемые модели самолетов, вертолетов, планеров, катеров, подводных лодок, автомобилей, мотоциклов и т. д. Каркасы и системы пружинной подвески большинства моделей подходят для создания на их базе роботов «Големов».

Еще недавно большинство моделей работало на жидком топливе. В конце 70-х годов развитие технологии производства электрических батарей и двигателей сделало модели, работающие на электрической энергии, более популярными.

В моделях радиоуправляемых автомобилей обычно используются двухканальные системы управления «приемник/передатчик». По одному каналу осуществляется управление поворотами, а по другому – «педалью» акселератора. Каждый сигнал передатчика управляется переменным резистором на панели передатчика. Потенциометр, управляющий поворотом модели, часто соединяют с небольшим рулевым колесом на корпусе передатчика. Потенциометр акселератора часто соединяют с рукояткой или джойстиком.

Микросхема кодера передатчика модулирует несущую с помощью импульсов переменной ширины. Ширина импульсов зависит от положения (сопротивления) движка переменного резистора. Ширина модулирующих импульсов изменяется от 1 до 2 мс (см. рис. 9.3). В среднем положении движка ширина импульсов составляет 1,5 мс. В одном крайнем положении ширина импульсов достигает 2 мс. В другом крайнем положении импульсы сокращаются до 1 мс.

Рис. 9.3. Последовательность импульсов ШИМ для управления работой сервомотора

Декодер приемника обрабатывает импульсы и посылает соответствующие команды на управляющие сервомоторы. Сервомотор представляет собой интегральную конструкцию, состоящую из двигателя, редуктора, выходного вала и печатной платы управления. Управляющая схема печатной платы внутри сервомотора генерирует соответствующие импульсы на основании сопротивления внутреннего потенциометра, соединенного с выходным валом сервомотора. Управляющая ИС сравнивает импульсы внутренней схемы сервомотора и импульсы, приходящие с декодера приемника. Поворотом оси вала сервомотора длительность этих импульсов уравнивается. Таким образом, сервомотор изменяет и отслеживает положение вала ротора в соответствии с сигналом передатчика.

Глаза

Глазом (или глазами) для нашего робота телеслежения служит миниатюрная цветная видеокамера с каналом звукового сопровождения (см. рис. 9.4). Комплект видеокамеры включает приемник и передатчик диапазона 2,4 ГГц. Цена подобной системы примерно $99,95.

Рис. 9.4. Цветная видеокамера со звуковым сопровождением и передатчик диапазона 2,4 ГГц

Размеры самой камеры невелики. Она прикреплена к корпусу передатчика с помощью небольшого уголкового кронштейна. Размеры видеокамеры достаточно малы, поэтому возможна установка комплекта из двух камер на расстоянии примерно 63 мм между объективами (это соответствует среднему расстоянию между глазами) по бокам робота. Установка пары подобных камер позволит оператору получать более реалистичные стереоизображения. В устройстве-прототипе мы используем только одну камеру; позже мы обсудим возможности усовершенствования конструкции с добавлением «стереозрения», которое позволит через восприятие глубины пространства улучшить эффект «присутствия» и управление устройством.

Первоначальная модель нашего устройства содержит одну миниатюрную видеокамеру со звуковым сопровождением. Конструкция собрана по модульному принципу, поэтому если читатель захочет потом ввести стереосистему «зрения», то он может использовать уже имеющееся видеооборудование.

Конструкция

Конструирование робота начинается с поиска подходящего шасси от радиоуправляемого автомобиля. Большинство моделей радиоуправляемых автомобилей имеют внешний декоративный корпус, который придает им вид настоящего автомобиля, грузовика, вездехода и т. д. Удалите внешний декоративный корпус и крепите необходимые детали непосредственно к шасси.

Миниатюрная цветная камера робота Голем I требует отдельного источника питания (см. рис. 9.5). Для батареи 6 В изготавливается отдельный батарейный отсек, питающий видеокамеру и передатчик. Энергии свежих элементов АА должно хватать примерно на 4–6 часов непрерывной работы.

Рис. 9.5. Батарейный отсек 6 В для четырех элементов АА

Для облегчения установки и сохранения модульного принципа мы будем широко использовать самоклеющуюся ленту Velcro («липучка»). Материал Velcro обычно имеется в продаже в виде полос длиной, кратной 30 см. Лента Velcro имеет вид двух полос, скрепленных между собой. Каждая из полос имеет клейкий слой и на обратной стороне. Одна из полос крепится к соответствующему месту шасси, а другая – к детали, которую необходимо прикрепить.

Видеосистема 2,4 ГГц

Передатчик на 2,4 ГГц является интегральной частью цветной видеокамеры (см. рис. 9.6). Приемник на 2,4 ГГц представляет собой отдельный блок. Блок приемника имеет два разъема типа RCA для видео– и аудиовыхода. Эти разъемы соединены с помощью RCA кабелей с входами телевизора, монитора или видеомагнитофона.

Рис. 9.6. Система видеокамеры, передатчик и приемник

Видеокамера может быть установлена на шасси двумя способами. На рис. 9.7 показаны видеокамера и передатчик, прикрепленные к батарейному отсеку. Вы можете начать с фиксированного положения камеры или видеокамера может быть установлена на крышке сервомотора для обеспечения ее поворота и слежения. Понятно, что установка сервомотора является более сложной и требует отдельного канала радиоуправления для панорамирования камеры вправо и влево. В устройствах наибольшей достоверности передачи информации панорамирование камеры должно быть связано с отслеживанием поворота головы оператора. Таким образом, если оператор поворачивает голову вправо или влево, то камера передвижного робота панорамирует вправо или влево синхронно с движениями головы. Для правильной работы подобной системы оператору необходим специальный шлем-дисплей виртуальной реальности, что является очень сложной задачей. Я бы советовал для простоты конструкции сперва использовать неподвижно закрепленную видеокамеру.

Рис. 9.7. Цветная видеокамера и батарейный отсек в сборе, готовые к размещению на модели автомобиля

Для неподвижного крепления вам потребуется небольшая полоска Velcro, приклеенная ко дну батарейного отсека видеокамеры. Другая полоска соответственно прикреплена к шасси радиоуправляемого автомобиля. Конструкция робота Голема в сборе показана на рис. 9.8.

Рис. 9.8. Цветная видеокамера установленная на модели автомобиля

Управление через систему телеслежения

Вы можете управлять автомобилем дистанционно, используя систему радиоуправления, и при этом смотреть на экран телевизионного монитора. Видеокамера снабжена микрофоном, поэтому в процессе управления вы можете слышать окружающие звуки.

Разговор

Вы можете приобрести пару недорогих портативных радиостанций для детей типа walkie-talkie. Поместив одну из станций на шасси робота, вы можете говорить «с борта» робота.

Реалистичная система управления

В роботе Голем I использована стандартная система радиоуправления, входящая в комплект модели автомобиля. Реалистичность телеслежения можно значительно увеличить путем введения реалистично выглядящих органов управления. Это несложно сделать. Извлеките управляющие резисторы из корпуса передатчика и соедините один из них с импровизированным рулевым колесом, а другой – с педалью акселератора.

Усовершенствование системы телеслежения

При некотором размышлении базовая модель системы телеслежения Голем I может быть значительно усовершенствована. Понятно, что усовершенствования приведут к некоторому удорожанию устройства. Тем не менее подобные подсистемные усовершенствования можно делать постепенно.

Стереозрение

Стоит попытаться снабдить робота Голем I системой цветного «зрения» высокой четкости. Данная попытка дает системе много дополнительных преимуществ, в частности восприятие глубины пространства. Это является областью, куда все еще возможно внести значительный вклад. Перед тем как приступать к осуществлению проекта, необходимо четко понять, что для просмотра стереоизображений с «борта» робота необходима специальная система, обеспечивающая режим подобного просмотра.