Джон Ловин - Создаем робота-андроида своими руками
Небольшой размер миниатюрных стереокамер очень подходит для синтеза стереоизображения. Подобные камеры могут быть размещены в один ряд на расстоянии, соответствующем среднему расстоянию между глазами человека. Для большей определенности, среднее расстояние между глазами у взрослого человека составляет примерно 63 мм. Для восприятия глубины пространства объективы камер могут быть расположены на таком же расстоянии от центра до центра для имитации глаз человека. Передатчики обоих камер должны быть необходимо настроены на разные частоты. Это позволит специальному телевизионному дисплею передавать левое изображение в левый глаз, а правое изображение – в правый глаз.
Стереоизображения, получаемые с борта Голема, позволят оператору воспринимать глубину пространства в то время, когда он или она управляют устройством. Стереозрение становится гораздо более важным при необходимости восприятия глубины пространства, например при использовании искусственной руки робота. Возможность зрительного контроля положения манипулятора (руки робота) по оси Z в трехмерном пространстве (оси X,Y и Z) в большой степени увеличивает эффективность управления.
Для оператора достаточно затруднительно эффективно управлять манипуляторами (руками робота) при отсутствии Z-измерения глубины в монокулярном зрении. В этом случае оператор вынужден слегка толкать манипулятором предметы, чтобы точно определить положение руки-манипулятора по оси Z.
То же самое происходит при дистанционном управлении автомобилем через систему телеслежения. При потере восприятия глубины становится затруднительным определение расстояний до объектов впереди автомобиля.
После установки стереосистемы оператор будет видеть трехмерное изображение пространства перед автомобилем. Однако это в этом передаваемом стереоизображении будет отсутствовать очень важная информация, соответствующая конвергентным движениям глаз. Мы получаем информацию о расстоянии до объекта во многом благодаря именно конвергенции (сближению) глаз. Конвергенцией называется схождение оптических осей глаз при их повороте внутри глазных орбит при рассматривании того или иного объекта. При рассматривании очень близких объектов глаза необходимо повернуть «внутрь». Напротив, при рассматривании очень удаленных объектов направление осей глаз будет почти параллельным. Мозг автоматически учитывает эти движения при расчете расстояния до объекта.
Стереовидеокамеры находятся в фиксированном положении и направлены прямо вперед. Чтобы добавить возможность «конвергенции» видеокамер, необходимы устройства, отслеживающие положение глаз. Устройство отображения стереоизображений должно быть снабжено блоком обратной связи, постоянно отслеживающим положение глаз оператора. Полученная информация должна быть передана на сервомоторы, на которых установлены видеокамеры, для сближения оптических осей этих видеокамер пропорционально конвергенции глаз оператора.
Такая система по типу «ведущий-ведомый», насколько я знаю, еще не создана. Точность ее исполнения зависит, вероятно, от того, насколько подобная система сможет помочь оператору в определении расстояний. Создание подобной системы выходит за рамки данной книги, однако, может оказаться по плечу опытному и настойчивому экспериментатору.
Цифровой компас
В гл. 5 описаны схемы цифровых компасов, которые могут оказаться полезными в конструкции робота Голем. Компас может быть установлен двумя различными способами. В первом способе индикаторные светодиоды компаса помещены в поле зрения видеокамеры. Быстро посмотрев на индикаторы, оператор получает информацию о направлении движения робота. Второй способ требует передачи данных с цифрового выхода компаса к оператору с помощью радиоканала.
Интерфейс датчиков неровностей поверхности
При управлении автомобилем через систему телеслежения вы не можете чувствовать наклона или неровностей дороги, по которой движется автомобиль. Для введения «чувства» неровностей дороги в систему вы можете использовать систему пружинной подвески модели. Для этой цели подойдут многие типы датчиков: например, пьезоэлектрические преобразователи, датчики Холла, индикаторы деформации и т. д.
Вызовом экспериментатору является не просто обнаружение неровностей, но отображение этой информации через сидение оператора. Большинство подобных платформ используют дорогие пневматические и гидравлические системы привода. Если цена слишком высока, то этот выбор исключен.
Более дешевым решением являются сиденья ThunderSeat, производимые компанией Thunder Seat Technologies. ThunderSeat использует любой источник звука для генерации вибрационных колебаний. Он использует громкоговоритель-сабвуфер, связанный со звуковой камерой внутри сиденья. Звуковая камера передает вибрации всему сиденью. Низкочастотный громкоговоритель (сабвуфер) развивает мощность до 100 Вт. Частотный диапазон системы от 50 Гц до 3,7 кГц. Первоначально система была создана для эмулятора полета самолета, управляемого звуковой картой персонального компьютера. Выход звуковой карты был соединен с усилителем, к которому, в свою очередь, подключался ThunderSeat.
Интерфейс датчика наклона
Точно так же, как для интерфейса датчиков неровностей поверхности, можно использовать различные датчики-преобразователи для определения наклона (см. гл. 5). В одном из датчиков используется стальной шарик в пластиковой оболочке. При наклоне шарик замыкает электроды, закрепленные в оболочке. Для этой цели могут быть использованы ртутные выключатели.
Наилучшими, но самыми дорогими датчиками являются датчики электролитического типа. Один такой датчик способен выдавать информацию по двум осям наклона. Герметически запаянный датчик имеет один центральный электрод, окруженный четырьмя равноотстоящими электродами. Залитый электролит обеспечивает электрический контакт между электродами, причем сопротивление этого контакта по переменному току пропорционально углу наклона.
К сожалению, электролитические датчики не могут работать в цепях постоянного тока. Постоянный ток вызывает осаждение компонентов электролита на электродах, что приводит к его порче. Чтобы избежать этого, датчик запитывается переменным током частотой 1000 Гц и напряжением 3 В. Напряжение переменного тока на центральном электроде пропорционально наклону датчика.
Если вы все же решите использовать подобный датчик, то я могу предложить вам один способ съема данных информационного потока. Для этого необходимо соединить выход датчика по переменному току с мостовой выпрямительной схемой для получения напряжения постоянного тока. Это напряжение можно подать на ГУН (генератор, управляемый напряжением). Частота ГУН зависит от амплитуды управляющего напряжения. Информация с ГУН передается по радиоканалу на приемное устройство, которое управляет платформой сиденья оператора. Приемник декодирует сигнал (наклон) и осуществляет пропорциональное управление наклоном платформы.
Фирма Spectron Inc. выпускает ИС типа SA40011, которая обеспечивает простой интерфейс электролитического датчика наклона. Сигнал постоянного тока с выхода ИС SA40011 может управлять ГУН, как это было описано выше.
Как и в предыдущем случае, устройство наклона операторского места является одной из самых сложных частей системы. Для наклона сиденья можно использовать пропорционально управляемые пневматические или гидравлические системы.
Увеличение радиуса действия видеосистемы
Радиус действия нашего небольшого передатчика лежит в пределах от V 30 до 100 м. Для увеличения радиуса действия необходимо применение другой системы – она называется любительским телевидением.
Любительское телевидение существует уже в течение ряда лет. Это способ, используемый радиолюбителями для двухстороннего обмена изображениями. До недавнего времени цена оборудования была достаточно высока, поэтому такое могли позволить себе только отдельные «элитные» радиолюбители. С развитием твердотельной технологии ситуация изменилась.
Все компоненты для системы любительского телевидения мощностью 5 Вт можно приобрести за $200, исключая телевизионный монитор и видеокамеру. Для любительского телевидения подойдут камеры, используемые в роботе Голем I. Менее мощные системы любительского телевидения (0,75 Вт) можно приобрести за $100.
Для легального использования подобных систем на территории США необходима радиолюбительская лицензия Technical class. В настоящее время для получения данной лицензии знание азбуки Морзе необязательно. За дополнительной информацией можно обратиться в местный радиолюбительский клуб. Можно отправить письмо в American Radio Relay League (ARRL), 225 Main Street, Newington, CT 06111, или позвонить (800) 594-0200 или (203) 666-1541 (факс: (800) 594-0259).
Пятиваттная система любительского телевидения может обеспечить связь на расстояния до 50–70 километров в соответствии с уровнем местных помех, рельефа, погоды и т. д.
