|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Robot zasilany ogniwami słonecznymi. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Alternatywne źródła energii Dzieciństwo pozostawia ślad w każdym z nas, niezależnie od wieku; najczęściej kojarzy się z miłością do zabawek. Podobno miłość do takich zabawek jak roboty zawładnęła nami później pod wpływem ogólnego zainteresowania eksploracją kosmosu, jednak im więcej powodów skłania nas do uzależnienia się od robotów, tym lepiej. W tym rozdziale będziesz miał okazję poznać uroczego, małego przyjaciela robota o imieniu Harvey. Zabawa z nim to świetna zabawa, ale równie zabawne jest tworzenie go samemu. Podczas gdy większość robotów jest bardzo zdolna, Harvey jest mniej widoczny pod tym względem. Jest prostą osobą, która ma jeden cel: podążać białą linią. W rzeczywistości będzie niestrudzenie podążał zamierzoną ścieżką dookoła globu i wracał. Ponadto „żywi się” słońcem. Sterowanie robotem Każdy robot musi mieć mobilność, czyli przemieszczać się z miejsca na miejsce, a także zdolności nawigacyjne w trakcie ruchu. Te dwa różne, ale powiązane wymagania są spełnione przez dwa oddzielne urządzenia. Pierwszy steruje ruchem mechanicznym robota. Służą do tego serwomechanizmy. Serwo to mechaniczna część robota, podobna do ludzkich mięśni. Harvey wymaga dwóch systemów serwo: jednego do poruszania się do przodu (jak silnik samochodu), drugiego do sterowania ruchem. Wspólne działanie tych dwóch systemów nie zawsze jest łatwe do zapewnienia. Problem rozwiązuje się na dwa sposoby. W pierwszym z nich obie funkcje są połączone w jedną. Zwróćmy się do ryc. 1 po wyjaśnienie. XNUMX.
Aktywny system kontroli ruchu Aby przesunąć wózek (robota Harveya) najprościej jest założyć koła napędowe na oś i obrócić ją. Zaprojektowane dla tego urządzenia wymyślonego dawno temu, obejmują napędy łańcuchowe, pasowe i zębate, napęd bezpośredni (z silnika). Kiedy oba koła obracają się z tą samą prędkością, robot będzie poruszał się do przodu po linii prostej (oczywiście, jeśli oba koła mają tę samą średnicę). Szybkość ruchu robota jest proporcjonalna do prędkości obrotowej kół. Rozważ przypadek, gdy prędkości obrotowe kół nie są takie same. Można to osiągnąć dzieląc oś na pół i zapewniając każdemu z kół osobny napęd. Tak jak poprzednio, robot porusza się po linii prostej, jeśli oba koła obracają się z tą samą prędkością. Jeśli prędkość obrotowa jednego koła, np. lewego, zmniejszy się, wózek skręci w lewo. Dlaczego? Cała przyczyna tkwi w tym, że koło obracające się z mniejszą prędkością faktycznie tworzy punkt podparcia (nawet jeśli się porusza), wokół którego porusza się inne koło o większej prędkości obrotowej. W praktyce, jeśli lewe koło jest całkowicie zatrzymane, to wózek zakreśli w miejscu mały okrąg o promieniu równym odległości między kołami. Podobnie powolny obrót prawego koła względem lewej strony powoduje, że robot skręca w prawo. W rzeczywistości funkcje dwóch mechanizmów są tu połączone w jednym. Oddzielna zmiana prędkości obrotowej kół zapewnia nie tylko ruch wózka, ale również kontrolę kierunku ruchu. W wielu robotach najczęściej stosuje się krótkotrwałe wyłączenie obrotów jednego lub drugiego koła, dzięki czemu uzyskuje się niezbędne sterowanie ruchem. Tej zasadzie ruchu towarzyszy lekkie drżenie, jednak jeśli czas, w którym koło się nie obraca, jest wystarczająco krótki, szarpnięcia zostają wygładzone, a ruch staje się w miarę płynny. Pasywna kontrola ruchu W drugiej metodzie funkcje ruchu i sterowania są rozdzielone. Jest jedna stała oś, która zapewnia ruch po linii prostej, a przednia skrętna kierownica (lub para kół) służy do zmiany kierunku. Na tej zasadzie opiera się jazda.
Gdy koło skrętne jest równoległe do kół napędowych, robot porusza się dokładnie do przodu (rys. 2). Obróć koło w lewo, a skręci w lewo, skręć w prawo, a robot skręci w prawo, tak jak samochód. Zaletą tej metody jest obecność płynnej kontroli. Robot może obracać się stopniowo lub całkowicie naraz, a tylne koła nie mogą się nigdy zatrzymywać. Z powodów, które staną się jasne później, wybrano tę metodę do sterowania robotem Harveya. W tym przypadku kierownica napędzana jest małym silnikiem elektrycznym. Sterowanie elektroniczne Doszliśmy do kolejnego etapu tworzenia robota - systemu sterowania śledzącego. Bez pewnej ilości inteligencji Harvey po prostu losowo „grasował” z boku na bok. Najczęściej sterowanie silnikiem to kwestia elektroniki. Aby „zobaczyć” białą linię Harveya, potrzebne są „oczy”. Oczy Harveya to para fototranzystorów Q1 i Q2 pokazanych na ryc. 3. Fototranzystor to zwykły tranzystor ze zdjętą górną częścią obudowy i podświetloną podstawą. Światło jest zwykle skupiane na złączu p-n za pomocą soczewki, która służy również jako osłona obudowy tranzystora.
Kiedy światło pada na obszar bazowy, przez tranzystor przepływa prąd kolektora proporcjonalny do natężenia światła.Innymi słowy, sygnał, który normalnie trafiałby do styku bazowego, jest teraz generowany przez padające światło. W większości przypadków, w tym w naszym, fototranzystor ma tylko dwa wyjścia i nie ma wyjścia podstawowego. Fototranzystory są podłączone do wzmacniaczy operacyjnych (wzmacniaczy operacyjnych) zgodnie z obwodem konwertera prąd-napięcie. Jak wiadomo z podstaw elektroniki wzmacniacz operacyjny to wzmacniacz prądowy. Napięcie wyjściowe wzmacniacza zależy od prądu płynącego przez wejście odwracające.W konwencjonalnym obwodzie sygnał wyjściowy jest podawany z powrotem na wejście odwracające, gdzie sygnał jest sumowany. Gdy prąd sprzężenia zwrotnego i prąd wejściowy są równe, wzmacniacz jest w stanie równowagi. Jeśli w obwodzie sprzężenia zwrotnego znajduje się rezystor (R2 na ryc. 3), spadek napięcia na tym rezystorze będzie proporcjonalny do przepływającego przez niego prądu. To napięcie jest ponadto proporcjonalne do sygnału wejściowego i jest pobierane z pinu na wyjściu wzmacniacza operacyjnego Ponadto wzmacniacz operacyjny ma jeszcze jedną interesującą funkcję, z której skorzystaliśmy. Odnosi się to do obecności wejść różnicowych. Ich cechą charakterystyczną jest to, że sygnał przyłożony do nieodwracającego wejścia różnicowego zostanie w rzeczywistości odjęty od sygnału na odwracającym wejściu różnicowym. Trwa coś w rodzaju równoważenia. Kiedy prądy wejściowe na pinach 2 i 3 są równe, znoszą się wzajemnie i do zrównoważenia obwodu nie jest potrzebny żaden prąd sprzężenia zwrotnego. Dlatego spadek napięcia na rezystorze R2 wynosi zero, nawet w obecności sygnału. Prądy wejściowe są określone przez prądy kolektora fototranzystorów Q1 i Q2. Przy równym natężeniu światła tranzystorów płyną równe prądy. Ponieważ nie można znaleźć pary tranzystorów o idealnie pasujących charakterystykach, w obwodzie zastosowano rezystor zmienny VR1, aby wyeliminować niewielką różnicę między obydwoma „oczami” Harveya. Fototranzystory są umieszczone na małym panelu, takim jak pokazany na ryc. 4 i są oddzielone przegrodą, na której znajduje się potężna dioda podczerwieni SD1.Ponieważ fototranzystory są odgrodzone od tego źródła światła, jego promieniowanie nie pada bezpośrednio na nie. Jeśli zbliżysz urządzenie do odbijającej powierzchni, wszystko się zmieni. Światło odbija się od powierzchni i jest wykrywane przez fototranzystory. Ilość światła docierającego do fototranzystorów zależy od właściwości optycznych powierzchni odbijającej. Podobna zasada leży u podstaw wizji Harveya. Więcej światła odbije się od jasnej powierzchni lustrzanej niż od ciemnej Powierzchnia biała ma najwyższy współczynnik odbicia, współczynnik odbicia wszystkich innych kolorów maleje w zależności od ich współczynnika absorpcji. Czarna powierzchnia odbija najmniej światła.
Możesz przeanalizować zasadę działania Harveya za pomocą białej linii na ciemnym tle. Najpierw umieśćmy robota dokładnie nad białą linią, tak aby fotoczujniki jednakowo reagowały na promieniowanie podczerwone. Wtedy na wyjściu IC1 nie będzie napięcia. Jeśli przesuniesz robota w lewo lub w prawo, odpowiedni fototranzystor przesunie się poza białą linię i otrzyma mniej światła niż drugi. Napięcie o takiej czy innej polaryzacji pojawi się na wyjściu wzmacniacza operacyjnego. Teraz mamy sygnał odpowiadający pozycji robota względem białej linii, gdy porusza się po tej „autostradzie”. Napięcie wyjściowe wzmacniacza operacyjnego podawane jest do dwóch komparatorów IC2 i IC3, połączonych w obwód dwuprogowy.Przy takim połączeniu oba wyjścia mają niski potencjał, jeśli napięcie wejściowe mieści się w pewnych granicach wyznaczonych przez dzielnik na rezystorach R4 , R5 i R6. Jeśli napięcie wyjściowe wzmacniacza operacyjnego spadnie poniżej dolnej granicy ustawionego zakresu, komparator na IC3 zostanie wyzwolony, a jego wyjście zostanie ustawione na wysoki potencjał. Prąd bazowy otwiera tranzystor Q4 i łączy silnik sterujący z zaciskiem ujemnym (-3 V) zasilacza. Silnik z kolei poprzez zmianę kąta obrotu kierownicy eliminuje przemieszczenie powierzchni odbierającej światło fototranzystorów względem białej linii. To samo dzieje się, gdy napięcie na wyjściu wzmacniacza operacyjnego przekracza górną granicę. Komparator na IC2 odpala i włącza tranzystor Q3. Teraz silnik sterujący jest podłączony do dodatniego zacisku (+3 V) zasilacza i obraca się w przeciwnym kierunku, ponownie kompensując odchylenie. Jeśli napięcie wyjściowe wzmacniacza operacyjnego wynosi zero, oba tranzystory Q3 i Q4 są zwarte. Tworzenie robota Harvey Teraz, gdy zakończyliśmy wprowadzanie do podstawowych systemów robota, przeszliśmy do długo oczekiwanego etapu budowania własnego robota Harvey. Zbudowanie robota będzie wymagało nieco więcej wysiłku niż większość prac opisanych w tej książce, zwłaszcza jeśli użyjesz różnych dostępnych materiałów. Muszę przyznać, że znacznie uprościłem sprawę. Pierwszego dnia Nowego Roku poszedłem do najbliższego sklepu z częściami do radia i kupiłem (lepsze niż robienie tego samemu) zabawkowy zdalnie sterowany samochód, który miał już gotowe wszystkie elementy mechaniczne. Wybrałem zepsuty samochód zwrócony do sklepu po wakacjach i przeznaczony do wyrzucenia. Zabawka nie miała nadajnika, ale wszystkie silniki i mechanizm sterowania ruchem były sprawne i sprawne. Przede wszystkim zakup zaoszczędził dużo czasu i pieniędzy. Teraz, gdy mam czyste sumienie i wyznałem, jak udało mi się przyspieszyć prace nad stworzeniem robota, przejdźmy dalej. Najpierw wyjmij wszystko z samochodu. Należy pozostawić tylko podwozie z kołami, silnik koła napędowego i urządzenie sterujące z własnym silnikiem. Samochód zwykle ma komorę akumulatora. Jeśli samochód jest zdalnie sterowany, zachowaj odbiornik i nadajnik na przyszłe domowe urządzenia. W pierwszej kolejności należy zamontować panel z fototranzystorami i diodą LED na dole i przed podwoziem samochodu. Z kawałka grubego ciemnego plastiku wyciąłem panel, którego kształt pokazano na ryc. 4. W razie potrzeby fototranzystory i diody LED można zainstalować bezpośrednio na podwoziu samochodu, przy czym należy zachować wystarczający prześwit między najniższym punktem podwozia a przeszkodami, które mogą napotkać na drodze. Pamiętaj też, że im bardziej przesuniesz fotodetektor do przodu, tym bardziej będzie czuły na niewielkie zmiany warunków drogowych (odsunięcie od białej linii). Jeśli chcesz iść na kompromis między szybkością robota a płynnością jego ruchu, zamontuj fototranzystory bliżej kół napędowych.
Nie zapomnij osłonić fototranzystorów przed diodą LED. Możesz użyć małego kawałka nieprzezroczystego plastiku lub papieru jako amortyzatora. Następnym krokiem jest montaż obwodu sterującego. Podobnie jak w przypadku większości urządzeń opisanych w tej książce, jest on montowany za pomocą płytki drukowanej, której schemat pokazano na ryc. 5, a rozmieszczenie części - na ryc. 6. Sprawdź podłączenie wszystkich źródeł zasilania. Nie trać na to czasu, w przeciwnym razie robot będzie działał niestabilnie. Koło napędowe i silniki sterujące są zabezpieczone łańcuchami RC (odpowiednio R9, C8 i R10, C9). Po zamontowaniu elementów radiowych na płytce, włóż ją w miejsce płytki odbiornika sterowania radiowego. W celu ostatecznego montażu należy zabezpieczyć przewody fototranzystora jak najdalej od przewodów połączeniowych do silników. IC1 ma bardzo duże wzmocnienie i może z łatwością wzmacniać sygnały zakłócające. Jeśli musisz poradzić sobie z hałasem, użyj przewodu ekranowanego do podłączenia fototranzystorów. W komorze baterii jest wystarczająco dużo miejsca na baterie, które zasilają Harveya, ale ich włączenie należy zmienić zgodnie ze schematem, dotykając punktu połączenia dwóch baterii. Użyj przełącznika znajdującego się w obwodzie elektrycznym autka. Robot wymaga zestawu akumulatorów o łącznym napięciu 9 V. W związku z tym wolne miejsce w komorze akumulatorów można wykorzystać do umieszczenia innych elementów obwodu, z których część omówiono poniżej. Kontrola stanu Harvey Po upewnieniu się, że instalacja jest poprawna, można przystąpić do pierwszego testu działania robota. Gdy przełącznik zasilania jest wyłączony, umieść cztery akumulatory niklowo-kadmowe w komorze baterii. Po włączeniu przełącznika dwustabilnego robot powinien ruszyć do przodu i skręcić. Dokładnie sprawdź charakter ruchu robota. Sterowanie można przetestować, świecąc latarką najpierw na jeden fototranzystor, a potem na drugi. Jeżeli kierunek obrotów któregoś z silników jest nieprawidłowy, należy odwrócić polaryzację podłączenia jego wyjść. Sprawdź teraz pracę robota Harveya na okręgu opisanym białym paskiem, najlepiej narysowanym na czarnym tle. Promień okręgu nie może być mniejszy niż promień skrętu kierownicy. Po umieszczeniu Harveya na listwie gąsienicowej włącz zasilanie i śledź ruch robota. Źródło energii elektrycznej W konstrukcji robota Harvey zastosowano zasadniczo dwa układy optoelektroniczne różniące się zasadą działania. Z jednym z nich mieliśmy już do czynienia („wizja” robota); jego działanie zapewniają elementy światłoczułe (fototranzystory), które kontrolują prąd silnika sterującego.
Kolejnym układem optoelektronicznym robota jest bateria słoneczna utrzymująca akumulatory w stanie naładowania. Trudno w to uwierzyć, ale Harvey „zjada” bardzo małą ilość energii elektrycznej. W rzeczywistości w pełni naładowany zestaw akumulatorów wystarczy na około 1 godzinę autonomicznej pracy.Po tym czasie robot musi zostać oświetlony, aby wznowić pracę. Jeśli Harvey jest na słońcu, ładuje się podczas ruchu.
Do zaspokojenia jego potrzeb wystarczy tylko 12 ogniw słonecznych. Chociaż można użyć dowolnego ogniwa, które generuje 80 mA lub więcej, znalazłem dwa rozmiary, które są najbardziej odpowiednie. Bateria elementów pierwszego standardowego rozmiaru, pokazana na ryc. 8 składa się z trzech okrągłych elementów podzielonych na cztery części; te części są połączone szeregowo w układzie pokazanym na rysunku. Rezultatem jest bateria elementów ułożonych w formie trzech kół, przypominających „biedronkę”. Bardziej solidny wygląd Harveya uzyskano dzięki zastosowaniu 12 elementów w kształcie półksiężyca ułożonych w linii, jak pokazano na ryc. 9. Robot staje się jak owad (stonoga lub robak) i ślizga się podczas ruchu. Oczywiście możesz wykonać baterię o dowolnej innej konfiguracji. Możesz nawet wykonać wymienne pokrywy dla robota, pozwalając mu wyrażać się na więcej sposobów. Należy pamiętać: im niższy prąd wyjściowy ogniwa słonecznego, tym dłużej akumulatory będą ładowane. Jeśli używasz wystarczająco dobrych ogniw, uważaj, aby nie przeładować akumulatorów. Patrz rozdz. 10, który omawia akumulatory niklowo-kadmowe i ich właściwości.
Dodatkowe wyposażenie robota Istnieje wiele sposobów dalszej modyfikacji robota. Na przykład robot może wyglądać spektakularnie, gdy jest wyposażony w parę migających świecących „oczu” (nie mylić z prawdziwymi światłoczułymi „oczami”). Robota można „nauczyć” wydawania dźwięków. Na rynku dostępnych jest wiele mikroukładów generujących dźwięki w szerokim zakresie. Teraz, gdy Harvey (lub Harrietta) jest gotowy, czas na zabawę. I znajomość robotyki! Autor: Byers T.
Maszyna do przerzedzania kwiatów w ogrodach
02.05.2024 Zaawansowany mikroskop na podczerwień
02.05.2024 Pułapka powietrzna na owady
01.05.2024
▪ Internet wzdłuż linii kolejowej ▪ Przepustowość Wi-Fi zwiększona 8-krotnie ▪ Wraz ze wzrostem temperatury rośnie apetyt owadzich szkodników. ▪ Soczewki kontaktowe ze skanerem tęczówki
▪ sekcja witryny Technologia podczerwieni. Wybór artykułów ▪ artykuł O! Ech! Czy nadejdzie czas, kiedy… Popularne wyrażenie ▪ Ile kontynentów jest na naszej planecie? Szczegółowa odpowiedź ▪ Specjalista ds. bezpieczeństwa artykułów. Opis pracy ▪ artykuł Eliksiry do płukania zębów. Proste przepisy i porady
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony