Джон Ловин - Создаем робота-андроида своими руками
Примечание. В первоначальном варианте конструкции я сделал крепление вала редуктора к полусфере аналогичным образом. Только когда конструкция была завершена, я понял, что это делать необязательно. Разъемного сочленения с одной стороны оказалось достаточно.
Конструкция крепления ко второй полусфере проще по изготовлению. Приклейте небольшой отрезок трубки с внешним диаметром 15 мм и внутренним диаметром 12 мм к центру полусферы, используя нанесенную отметку. Отрежьте небольшой кусок стержня диаметром 12 мм. Убедитесь, что стержень легко вставляется в трубку 15 мм. Если нет, то возьмите небольшой кусок наждачной бумаги средней зернистости. Оберните наждачную бумагу на расстоянии 12 мм от конца стержня. Зачистите конец стержня, вращая его в кольце наждачной бумаги. Продолжайте зачищать стержень до тех пор, пока он не будет легко входить с отверстие трубки. Затем просверлите в другом конце стержня отверстие, соответствующее диаметру вала редуктора.
Необходимо, чтобы редуктор располагался точно в центре сферы. Вставьте конец вала редуктора в отверстие в пластиковом стержне. Вставьте стержень в трубку, прикрепленную к внутренней поверхности полусферы нашего шара.
Добейтесь центрального положения редуктора и отметьте глубину, на которую вал редуктора входит в пластиковый стержень. Выньте редуктор из отверстия в стержне. Приготовьте небольшое количество эпоксидного клея. Нанесите эпоксидный клей на вал редуктора и вставьте его в отверстие стержня. Перед тем как продолжить, дождитесь высыхания клея.
Как только клей высохнет, мы должны вклеить второй пластиковый стержень с противоположной стороны. Вставьте приклеенный стержень в полусферу. В противоположный конец вала вставьте другой пластиковый стержень. Соедините половины сферы в первый раз. Заметьте глубину, на которую вал редуктора войдет в пластиковый стержень, и добавьте 3 мм для компенсации возможной ошибки. Приклейте и дайте клею подсохнуть. Во время склейки второго конца вала редуктора убедитесь, что половины сферы смыкаются нужным образом.
Электрическая схема
Электрическая схема представляет собой электронный ключ, управляемый интенсивностью светового потока. Когда уровень средней окружающей освещенности мал (возможна подстройка порогового значения), то схема отключает питание двигателя редуктора. Порог чувствительности схемы регулируется с помощью переменного резистора V1.
В изготовлении схемы нет ничего сложного. Если вы не хотите приобрести или изготовить печатную плату, то схема может быть собрана и смонтирована на макетной плате.
Работа схемы
Схема содержит операционный усилитель структуры КМОП, используемый в качестве компаратора напряжений. Компаратор сравнивает значения двух входных напряжений. Одно из напряжений называется опорным и обозначается Vоп. Это значение сравнивается с входным напряжением, обозначаемым Vвх. Когда значение Vвх. превышает или падает ниже Vcn., то состояние выхода компаратора изменяется.
Два входных напряжения подаются на выводы 2 и 3 ИС. Вывод 2 (инвертированный вход) соединен с источником опорного напряжения, образованного делителем напряжения на резисторах R1 и R2 и составляющего примерно 1,5 В.
Фоторезистор R3 образует вместе с переменным резистором V1 другой делитель напряжения, который соединен с неинвертированным входом ОУ.
В данной схеме включения ОУ нет резистора обратной связи между выходом ОУ (вывод 6) и одним из его входов, что позволяет ОУ работать в режиме максимального усиления (открытая петля).
В качестве датчика освещенности используется CdS фоторезистор. Фоторезистор изменяет свое сопротивление пропорционально величине светового потока, падающего на его поверхность. CdS фоторезистор имеет наибольшее сопротивление в полной темноте. С увеличением интенсивности светового потока его сопротивление падает. В данной схеме CdS фоторезистор включен в схему делителя напряжения. Изменение сопротивления CdS фоторезистора приводит к изменению падения напряжения на переменном резисторе V1, соединенным с выводом 3 ОУ. По мере нарастания потока освещенности сопротивление CdS фоторезистора уменьшается, и соответственно увеличивается падение напряжения на переменном резисторе V1. Увеличение падения напряжения означает повышение напряжения на выводе 3. При помощи переменного резистора можно установить уровень срабатывания компаратора для различных значений освещенности.
Изготовление схемы не составляет большого труда. Вы можете выполнить монтаж на макетной плате с помощью пайки точка-точка. Можно воспользоваться печатной платой из набора или изготовить ее самостоятельно. Чертеж печатной платы представлен на рис. 12.7. Расположение деталей на печатной плате – рис. 12.8.
Рис. 12.7. Чертеж печатной платы
Рис. 12.8. Расположение деталей на печатной плате
После сборки схемы необходимо подстроить с помощью переменного резистора V1 желаемый уровень освещенности, при котором включается схема. При помощи зажимов «крокодил» временно соедините схему с двигателем редуктора. Питание схемы и двигателя обеспечивается с помощью двух элементов АА, причем батарейный отсек для этих элементов приклеивается к редуктору в момент окончательной сборки. Убедитесь, что батарейный отсек обеспечивает легкую вставку и замену элементов.
При выставлении порогового значения уровня освещенности используйте достаточно низкие уровни. В противном случае, во время движения робота по полу, он будет каждый раз останавливаться, попадая в тень, если пороговое значение уровня освещенности слишком высоко.
Окончательная сборка
После подстройки порогового значения уровня освещенности вы можете приступить к окончательной сборке. Приклейте батарейный отсек для элементов АА к корпусу редуктора, тщательно следя за тем, чтобы клей не попал на шестерни редуктора. Затем приклейте плату со схемой, также убедившись, что капли клея не попали в шестеренчатый механизм. Присоедините источник питания. В этот момент редуктор, возможно, начнет вращаться. Чтобы правильно выполнить сборку, перенесите механизм в более темное помещение, чтобы выключить схему. Поместите конструкцию внутрь сферы.
Теперь вынесите робота на свет. Редуктор должен включиться. Поставьте робота на поверхность пола. Робот должен перемещаться вперед или в направлении источника света. Если робот перемещается в обратном направлении, остановите его, выньте редуктор и плату электроники и поменяйте местами провода, идущие к двигателю.
Передвижение
Когда я начал наблюдать за «поведением» робота, то был крайне удивлен. Первоначально я думал, что робот будет легко попадать в «ловушки». Оказалось, что это не так. Когда робот доезжает до угла и там останавливается, то вращение редуктора внутри начинает его раскачивать вверх и в сторону, перемещая его вес к «верхней» мертвой точке и таким образом выталкивая робота из угла.
Усовершенствование конструкции
В первоначальном варианте я планировал применить рулевой механизм для того, чтобы робот следовал за источником света. Однако выяснилось, что небольшой рулевой механизм не имеет достаточного веса для быстрого поворота робота в каком-то направлении. В процессе длительного перемещения на направление движения оказывают сильное влияние другие факторы (рельеф, наличие препятствий и т. д.). По этой причине я отказался от рулевого механизма. Тем не менее усовершенствование конструкции может осуществляться именно в этом направлении.
Введение добавочного режима поведения
Робот первоначально находится в покое, но при определенном уровне освещенности он переходит в «активную» фазу. Мы можем ввести еще один поведенческий уровень (питание) при добавлении некоторых компонентов (две солнечные батареи и два управляющих диода) и дополнительной схемы компаратора. Второй компаратор будет отключать двигатель при достаточно высоком уровне внешней освещенности, включая режим зарядки элементов АА от солнечной батареи. В этом случае в качестве элементов АА должны быть использованы NiCd аккумуляторы.
На рис. 12.9 показана схема поведения робота. Когда уровень освещенности низок, то робот выключен, или мы можем сказать, что он находится в состоянии «отдыха». По мере нарастания уровня освещенности, она достигает точки, когда двигатель включается, и робот переходит в режим «поиск». При дальнейшем значительном возрастании уровня освещенности, при каком-то значении второй компаратор выключит двигатель, и NiCd аккумуляторы будут заряжаться от солнечной батареи, обеспечивая режим «питания».
Рис. 12.9. Организация поведения по «уровням»
Если вы решите построить такую систему «питания», то необходимо проследить, чтобы ток, потребляемый схемой компараторов, не превышал ток, вырабатываемый солнечной батареей. В противном случае зарядка NiCd аккумуляторов окажется невозможной.
