Джон Ловин - Создаем робота-андроида своими руками

Существуют ли какие-либо другие способы использования подобных лодок, кроме использования их в качестве подводных «наблюдателей»? Я могу вообразить себе 10 или более подводных лодок в одном бассейне, причем, каждой управляет отдельный оператор. Я уверен, что на этой базе можно создать множество подводных или «космических» сценариев интересных игр.

Плавание с помощью хвоста

Как уже утверждалось ранее, устройства, имитирующие движения рыб, имеют очень низкий КПД. Эта модель не является исключением. Однако тщательный сбор информации источников типа МТИ может способствовать созданию модели (здесь этого не сделано) с гораздо большим КПД. И если кто-то хочет изготовлять роботов-андроидов, имеющих форму животного, то можно начать именно с этого проекта.

Движение робота-рыбы обеспечивается с помощью кольцевого соленоида (см. рис. 13.4). При включении питания верхняя часть соленоида поворачивается на угол примерно 30°. При отключении питания пружина возвращает механизм в исходное положение.

Рис. 13.4. Открытый отсек для размещения электронных компонентов

В верхней части соленоида находятся, по крайней мере, два резьбовых отверстия 1,6 мм, которые могут быть использованы для крепления деталей. В нижней части соленоида имеются две стойки с резьбой 1,6 мм для крепления соленоида. Соленоид оказался не таким мощным, как мне бы хотелось, но его все же достаточно для обеспечения подводного продвижения.

Для генерации медленной последовательности импульсов в схеме использован однопереходный транзистор Q1 (UJT2646) (см. рис. 13.5). Частота импульсов определяется номиналами C1 и R1. Импульсы подаются через резистор R2 на базу Q2. Q2 представляет собой NPN транзистор типа 2N2222. Транзистор Q2 используется для подачи инвертированного импульса на вывод 2 ИС 1. ИС 1 представляет собой таймер 555, включенный по схеме одновибратора. Форма и длина импульса определяются ИС 1. Выход таймера 555 управляет включением транзистора Q3. Транзистор Q3 управляет током, протекающим через кольцевой соленоид, использованный в роботе.

Рис. 13.5. Принципиальная схема устройства

Питание схемы осуществляется с помощью батареи 9 В. Схема достаточно проста и монтируется на печатной плате.

Проверьте работу схемы, соединив ее с соленоидом перед дальнейшей сборкой. Постоянная времени работы соленоида должна быть в районе 1 с.

Для снижения общей массы и веса устройства большинство деталей выполнено из алюминия. Первый вариант механизма, передающего движение соленоида к машущему хвосту «рыбы», изображен на рис. 13.6. Оказалось, что такой механизм сложнее, чем требуется. Окончательный вариант привода хвоста показан на рис. 13.7.

Рис. 13.6. Первоначальный привод движения хвоста

Рис. 13.7. Окончательный вариант привода

Полоса алюминия размерами 3х 12х 140 мм прикреплена к верхней крышке соленоида при помощи двух винтов 1,6 мм и длиной 6 мм. Просверлите сперва два отверстия в алюминиевой полосе, совпадающие с положением отверстий в верхней части соленоида. Затем, чтобы предотвратить излишне глубокое вворачивание винтов в соленоид, предварительно наверните на каждый винт гайку до упора. Если винты слишком глубоко ввернуты в верхнюю подвижную часть соленоида, то они будут препятствовать ее легкому вращению. Прикрепите алюминиевую полосу к подвижной части соленоида.

Плавник хвоста сделан из квадратного кусочка алюминия 30 мм, разрезанного по диагонали. Плавники крепятся к основанию 12 мм с помощью достаточного количества термоклея. Для лучшего контакта можно предварительно зачистить поверхности с помощью наждачной бумаги.

Соленоид крепится к задней части алюминиевой пластины размерами 3x30x50 мм на двух задних стойках 1,6 мм с помощью нескольких гаек. К передней части крепится плата электрической схемы и батарея (см. рис. 13.8).

Рис. 13.8. Робот-рыба в сборе

Мы изготовили привод соленоида и электрическую схему. Для исключения попадания воды, которая может привести к порче устройства, необходимо завернуть плату соленоида в тонкую прозрачную пленку, используемую в кулинарии. Чехол из пленки крепится к хвосту с помощью проволоки. Крепление должно обеспечивать легкое поперечное перемещение хвоста.

Перед тем как опускать устройство в воду, ему необходимо обеспечить нулевую плавучесть. Если вы опустите его в воду «как есть», то передняя тяжелая часть робота «спикирует» на дно, а взмахи хвоста будут осуществляться «в воздухе». При помощи резиновой ленты прикрепите полоски пенопласта к передней части модели поверх прозрачного чехла. Положите модель в воду для проверки. Добейтесь горизонтального или почти горизонтального положения равновесия. После этого можно включить модель и отпустить ее в «плавание».

Данная модель робота не обладает КПД настоящей живой рыбы, хотя и обеспечивает движение. Я думаю, что КПД устройства можно повысить, распилив алюминиевую хвостовую пластину 12х 140 мм пополам, и затем соединить половины с помощью пружины 50 мм. Такая пружина позволит хвосту поворачиваться и изгибаться, что может обеспечить больший КПД передвижения.

Рыба-андроид

Робот отличается от андроида своим внешним видом. Если робот выглядит как «робот», то андроид копирует облик человека или иного живого существа. По этой причине андроидная рыба должна иметь вид рыбы.

Создание рыбы-андроида не столь сложно, как это может показаться на первый взгляд. Причина в том, что можно приобрести достаточно хорошо сделанную искусственную «шкуру» рыбы (см. рис. 13.9). Подобные предметы продаются в магазинах «хобби» и иллюзионного реквизита. Такая рыба может быть «вспорота» для установки внутри соответствующего механизма.

Рис. 13.9. Робот-рыба, заключенный в оболочку резиновой рыбы

Некоторые типы подобных муляжей выглядят более натурально. Я нашел модель, сделанную из толстой и мягкой резины. Такая «рыба» на вид и на ощупь очень реалистична, но требует более мощной «начинки», чтобы она могла двигаться. Лучшим выбором могут служить менее натуральные муляжи рыб, имеющие более тонкую шкуру и, следовательно, требующие меньше усилий для их передвижения.

Дополнительная информация

Чтобы больше узнать об устройствах, использующих принцип движения рыб, вы можете прочитать следующие статьи: Scientific American, March 1955, «An Efficient Swimming Machine» by Micheal S. Triantafyllou и George S. Triantafyllou, и Exploring Biomechanics, by R.McNeill Alexander, опубликованная в Scientific American Library, 1992, ISBN 0-7167-5035-X.

Список деталей для робота-рыбы

• R1 33 кОм

• R2 и R6 100 Ом

• R3 470 Ом

• R5 10 кОм

• R7 15 кОм

• Q2 транзистор NPN 2N2222

• Q3 TIP 120 NPN Darlington

• IC1 таймер 555

• C1 и C2 22 мкФ

• С3 0,01 мкФ

• Кольцевой соленоид $5,95

• Q1 2N2646 UJT $5,95

• Алюминиевая полоса 3х12х150 мм

• Алюминиевая полоса 3х30х50 мм

Детали можно заказать в:

Images SI, Inc.

39 Seneca Loop

Staten Island, NY 10314

(718) 698-8305

http://www.imagesco.com

Глава 14

Аэророботы

Аэророботы представляют собой класс роботов, которые умеют летать. Сюда включаются аппараты легче воздуха (дирижабли), вертолеты и самолеты. Подобные аппараты находят применение в автономных и беспилотных полетах, военном деле, наблюдении с воздуха, индустрии развлечений и системах телеслежения.

Беспилотная авиация имеет достаточно долгую историю: первые аппараты появились еще в начале 20-х годов. Один из таких беспилотных летающих аппаратов имел кодовое название «жук» и был предназначен для военных целей. Длина «жука» составляла 3,6 метра, а размах крыльев – 4,5 метра. Его навигационная система была достаточно совершенной для того времени и включала гироскоп, альтиметр и пневматические и электрические системы управления. Система управления полетом направляла аппарат на 50–70 км вглубь вражеской территории. Когда самолет достигал заданного региона, аппарат сбрасывал крылья, и тяжелый фюзеляж сбрасывался на землю, неся при этом 200-фунтовый заряд взрывчатки. Однако устройство не нашло массового применения в связи с окончанием 1-й Мировой войны.

С самого начала конструкции подобных беспилотных аппаратов подвергались постоянным улучшениям и модификациям. Последние модели беспилотных самолетов применялись в войне в Персидском заливе. Эта акция почти не нашла отражения в прессе, хотя было совершено более 300 вылетов. Эти аппараты были использованы в разведке для оценки потерь противника и обнаружения складов вооружений. Наиболее известными и совершенными беспилотными летательными аппаратами можно назвать самонаводящиеся межконтинентальные ракеты с ядерными боеголовками.