123
Главная » 2010 » Июнь » 19 » ЦИФРОВОЙ МОДУЛЬ ДЛЯ LINE-РОБОТА
17:09
ЦИФРОВОЙ МОДУЛЬ ДЛЯ LINE-РОБОТА


Цифровой модуль удерживает робота при движении по линии трассы. Цифровой модуль монтируется на платформе с моторами. Особенность монтажа модуля состоит в креплении непосредственно под днищем робота. После монтажа модуля ваш робот будет передвигаться по линии нарисованной трассы.



Большое количество регулировок цифрового модуля позволяет выполнить точную подстройку электрической схемы и повысить устойчивость робота при движении по трассе.

На плате цифрового модуля предусмотрены следующие регулировки: скорости передвижения, чувствительности к отражённому излучению, дифференциальная чувствительность фототранзисторов. В качестве источника питания можно устанавливать как гальванические батарейки так и аккумуляторные батарейки.

$CUT$

 

***
 


 1.ВИДЕОТЕСТЫ РОБОТА

На видео.1 робот "бегущий" по трассе, с установленным цифровым модулем.

 

 

ВСЕ РОБОТЫ на канале DROID1020 !!! подпишись и смотри. Переход по ссылке жми!

 


 2.ХАРАКТЕРИСТИКИ И ФУНКЦИОНАЛЬНОСТЬ.

 

 

 

На фото.1 показана платформа-робот с установленным цифровым модулем. В состав цифрового модуля входят следующие функциональные узлы: элемента памяти на триггере, шим-регулятор скорости моторов, регулировка яркости свечения ик-светодиодов, дифференциальный регулятор чувствительности фототранзисторов, схема активного торможения двигателями.

Элемент памяти на триггере запоминает направление схода и вырабатывает сигнал коррекции для двигателя в направлении противоположном сходу с линии. Нужно иметь ввиду, что элемент памяти работает, только пока трасса находится между фототранзисторами! Затем он выключается.

 

 

 


фото.1.нажать фото для увеличения
 
В качестве источника питания используются установленные в футляре 3 гальванических элемента (батарейки) или 3 аккумуляторных батарейки. В качестве фотодатчиков используются два фототранзистора.
 
 
КОМПОНЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ РОБОТА
  • Шим-регулятор позволяет регулировать скорость передвижения робота в широком диапазоне от минимальной до максимальной. Эта регулировка даёт возможность выбрать оптимальную скорость необходимую для устойчивого передвижения по трассе.
  • Подстройкой регулировки яркости свечения ик-светодиодов можно установить чувствительность одновременно обоих фототранзисторов к  отраженному излучению.
  • Дифференциальный регулятор даёт возможность уравнять чувствительность для обоих фототранзисторов, с тем, чтобы робот реагировал правильно без "перекосов” в чувствительности одного из фототранзисторов.
  • Схема активного торможения мгновенно останавливает один из моторов при условии, что соответствующий фототранзистор находится на чёрной линии. Активное торможение предотвращает холостой ход двигателя и возможный съезд робота с линии по инерции.
Примечание.1. Винтовые клеммники для подключения источника питания и моторов устанавливать необязательно. Но в этом случае их придётся запаивать непосредственно на печатную плату.
 
 
Примечание.2. Микровыключатель питания можно установить любого типа подходящего по размерам и работающий контактами на замыкание.
 
Примечание.3. Фототранзисторы можно заменить на фотодиоды включенные в обратном направлении. В случае замены катод фотодиода нужно подключить к плюсу питания (позиция коллектора(к) фототранзистора), анод фотодиода нужно подключить к позиции эмиттера (э) фототранзистора по рисунку на монтажной плате.
 
Фото.2. Нажимайте фото для просмотра в полном размере.


 

 3.ПРИНЦИП РАБОТЫ.

 Электрическая схема представлена на рис.1. Исходное положение робота с установленным модулем, когда чёрная полоса трассы находится между фототранзисторами и не закрывает их. После включения питания, триггер на элементах DD1.1,DD1.2 устанавливается в случайное положение. Большого значения это не имеет. Транзисторы VT3,VT4 закрыты на входах триггера 1 и 6 высокий логический уровень. Когда инфракрасное излучение от светодиодов беспрепятственно отражается от светлой поверхности, то попадает в окно фототранзисторов VT1,VT2. Фототранзисторы VT1,VT2 подстроечный резистор R2 и резистор R5 образуют резистивный делитель напряжения. Изменение сопротивления делителя  в верхнем плече (по схеме) приводит к изменению уровня потенциала на базах транзисторов VT3,VT4.
 
Если движок подстроечного резистора R2 установлен в среднем по схеме положении, то при равных (идеальных) технических характеристиках сопротивление переходов эмиттер-коллектор уменьшится на одинаковую величину. Потенциалы на левых по схеме ножках токоограничительных резисторов R3,R4 возрастёт и транзисторы VT3,VT4 откроются. Входы триггера (DD1.1,DD1.2) окажутся подключенными к минусу источника питания. В этом случае триггер будет работать как два отдельных инвертора и на его выходах 3 и 4 появятся высокие логические уровни сигнала. Транзисторы VT5,VT6 откроются и двигатели M1,M2 будут работать. Робот поедет вперёд, и будет ехать до тех пор, пока один из фототранзисторов не окажется над чёрной линией трассы. Это может произойти как вследствие геометрического поворота трассы, так и вследствие неодинаковой частоты вращения двигателей.
 
Рис.1.Электрическая схема. Нажимайте рисунок для увеличения.
 
Допустим левый фототранзистор (на схеме VT1) оказался над чёрной полосой трассы. Это означает, что физически робот завернул вправо от трассы. Тогда потенциал на базе транзистора VT4 падает до нуля, и транзистор закроется. На входе 6 триггера DD1.1,DD1.2 появится высокий логический уровень. А на входе 1 триггера будет низкий логический уровень, так как транзистор VT3 находится в открытом состоянии. Триггер переключится и на его выходе 4 появится низкий логический уровень. Транзистор VT6 закроется и левый двигатель M2 будет отключен.
 
Но это ещё не всё. Для того, чтобы вал двигателя M2 не вращался по инерции в схему введён транзистор VT9. Он играет роль активного тормоза, подводя положительный потенциал к левому по схеме контакту двигателя M2. Транзистор VT9 открывается при падении логического уровня до нуля на выходе 4 триггера DD1.1,DD1.2. В этот момент транзистор VT6 уже будет закрыт. Подведение однополярного потенциала на выводы двигателя вызывает его мгновенную остановку. А физически эта схема не даёт роботу съехать за пределы чёрной трассы, каждый раз останавливая один из его моторов. И так поскольку двигатель M1 продолжает работать, а двигатель M2 остановлен , робот начинает поворачивать влево возвращаясь в положение при котором трасса находится между фототранзисторами.
 
Аналогично работает и вторая однотипная часть схемы, но уже при съезде влево и с торможением для правого двигателя M1. Активным тормозом для двигателя M1 уже будет транзистор VT8. На элементах микросхемы DD1.3,DD1.4 выполнен шим-регулятор. Работа шим-регулятора на логических элементах подробно описана в доступной литературе. Выход регулятора 11 подключен непосредственно к полевому транзистору VT7. Нагрузочная способность полевых транзисторов серии КП505А-В до 1,5А, а в импульсе до 5,6А. Что позволяет подключать любые двигатели от детских игрушек. Диоды VD3,VD4 гасят индуктивную составляющую обмотки двигателей.
 
Перемещение ручки подстроечного резистора R8 влево по схеме уменьшает ширину импульса на выходе шим-генератора. А перемещение вправо увеличивает ширину выходного импульса. Под действием последовательности коротких импульсов транзистор VT7 находится в открытом состоянии незначительное время. А под действием последовательности широких импульсов транзистор VT1 значительное время будет находиться в открытом состоянии. Так как транзистор VT7 коммутирует транзисторы VT5,VT6, то скорость вращения любого из двигателей будет изменяться при изменении ширины импульса на затворе транзистора VT7. Таким образом, можно установить скорость вращения обоих двигателей регулировкой подстроечного резистора R8.

 

 
 4.ДЕТАЛИ И МАТЕРИАЛЫ.

Печатная плата изготовлена из односторонне фольгированного листа стеклотекстолита толщиной 1-1,5мм. Размеры печатной платы 40х55мм. Ссылка на архив с чертежами и разводкой под ЛУТ генератора размещена в конце статьи. Список радиокомпонентов приведён в таблице.1.

 Таблица 1. Список радиокомпонентов.
 
 
Примечание.4. Резисторы R3,R4 можно установить 1,8кОм (оба) или 2кОм (оба). А резистор R5 может быть установлен сопротивлением 91кОм или 100кОм.
 
 5.ИНСТРУКЦИЯ ПО СБОРКЕ.
 

 

Для правильной сборки придерживайтесь инструкций по сборке. Редактировать, масштабировать чертежи в архиве нельзя, так как все чертежи архива в точных размерах.

1.Изготовление печатной платы.

Подготовьте односторонний лист стеклотекстолита толщиной 1-1,5мм и размерами 60x50мм. Предварительно зачистите фольгированную поверхность стеклотекстолита, промойте и высушите. Выполняйте перевод по известной методике ЛУТ, рисунка токоведущих дорожек. Проведите травление в растворе и промывку печатной платы. Далее проведите серление отверстий на позициях установки радиокомпонентов. После изготовления печатной платы выполните лужение токоведущих дорожек.

2.Монтаж радиокомпонентов.

На первом этапе выполните монтаж всех радиокомпонентов выполняйте по монтажному чертежу приведённому на рис.2. Порядок монтажа следующий: резисторы, конденсаторы, транзисторы, светодиоды, выключатели питания, моторы. На монтажном чертеже P1,P2 перемычки из тонкого одножильного провода. Для этих целей подходят уже отрезанные выводы от резисторов или неполярных конденсаторов.

Обратите внимание на особенность монтажа конденсатора C3 большой ёмкости. Его нужно припаять так, чтобы потом можно было загнуть выводы, и расположить его в горизонтальной позиции. Светодиоды инфракрасного излучения устанавливайте до основания корпуса затем паяйте. Лучшие результаты можно получить при использовании в конструкции робота импортных светодиодов в корпусе 5мм типа RBC-43-C.
 
В качестве монтажных перемычек используйте тонкий одножильный провод или выводы от других радиодеталей, например резисторов. В качестве фотоэлементов используются фототранзисторы типа ФТ-2К, возможна установка импортных фототранзисторов. Для фототранзистора ФТ-2К на монтажной схеме указана позиция коллектора (отмечена квадратиком). Конструктивно длинный вывод у фототранзистора ФТ-2К (структура -n) является коллектором.
 
Рис.2.Монтажный чертёж. Нажимайте рисунок для увеличения.

 Перед монтажом проверьте с помощью мультиметра сопротивление обоих фототранзисторов, облучая их ярким светом настольной лампы с одинакового расстояния. Возможно, это сопротивление окажется различным и об этом лучше знать заранее. Так как это потребуется при настройке робота. При монтаже фототранзисторы нужно паять с отступом от печатной платы приблизительно 0,5см. Источник питания цифрового модуля – это три батарейки по 1,5 вольта каждая, что в сумме составит 4,5 вольта. Источник питания используется от робота, на котором модуль будет установлен.
 
 
Фото.3. Нажимайте фото для увеличения.

3.Подготовка платформы, крепёж моторов и передней опоры.

 Собранный цифровой модуль показан на фото.3 (вид сверху). Цифровой модуль был установлен на платформу простейшего робота бегущего по линии, из рубрики для начинающих. Вы можете использовать любую основу, например из стеклотекстолита или иного негорючего материала.

Для соединения пайкой предварительно залудите область стеклотекстолита платформы на которую будет установлен цифровой модуль (фото.4). На фото.4 показано: 1-скрепка-опора, 2-область лужения, 3-изоляционная лента, 4-резиновый ролик диаметром 6-10мм.

В передней части платформы установите (паять) переднюю опору. Переднюю опору можно выгнуть из металлической канцелярской скрепки.

Для крепежа моторов необходимо предварительно разметить их позиции. Затем припаивайте с каждой стороны для каждого мтора по одной металлической канцелярской скрепки. Выгните эти скрепки под углом как крылья. На эти "крылья" в дальнейшем нужно установить и зафиксировать моторы. Моторы прикручивают изоляционной лентой(3) к металлическим крыльям из скрепки. На валы обоих двигателей необходимо надеть резиновые ролики(4) малого диаметра 6-10мм для нормального сцепления с поверхностью (фото.4).
 
Фото.4. Нажимайте фото для увеличения.

4.Установка футляра.

На верхнюю область (центр) платформы наклейте полоску двустороннего скотча. Установите футляр на липкую поверхность скотча и сильно прижмите (фото.5).
 
Фото.5. Нажимайте фото для увеличения.

5.Монтаж цифрового модуля на платформу.
 
В угловых зонах платы цифрового модуля слева и справа сверлятся отверстия диаметром 1,2мм. В качестве крепёжного элемента использованы канцелярские скрепки (фото.6). Возьмите скрепку и разогните её в пруток, затем отрежьте около 40мм. Проденьте через левое отверстие и выгните в виде буквы "Г”, то же проделайте и с правым отверстием. Залудите концы загнутых скрепок. Вырежьте прямоугольник из картона и положите его как изолятор на тыльную поверхность робота. Сверху прикладывайте плату цифрового модуля и установите его так, чтобы две крепёжные скрепки(1) оказались впереди, а разъёмы и выключатель питания сзади.
 
Фото.6. Нажимайте фото для увеличения..


В качестве передней опоры на платформу была запаяна металлическая скрепка. Чтобы придать роботу более культурный вид на неё необходимо надеть колпачок. Колпачок можно взять от при разборе корпуса обычной шариковой ручки (фото.7).

 

Фото.7. Нажимайте фото для увеличения.


 Установленный колпачёк-опора(1) показан на фото.8. Закрепите модуль под днищем цифровой модуль как показано на фото.8. Паяйте скрепки к залуженным участкам(2 и 3) поверхности платы робота. Теперь цифровой модуль надёжно закреплён под днищем робота. Вы также можете использовать свои способы крепежа, доступные вам в домашних условиях. Подключите питание к цифровому модулю, от футляра с тремя батарейками, который расположен на роботе. Выполните подключения моторов, а также источника питания с помощью монтажного провода.

Фото.8. Нажимайте фото для увеличения.
 
 Полностью собранный робот с установленным цифровым модулем показан на фото.9 (вид спереди) и фото.10 (вид сбоку). Загрузите батарейки (3 элемента по 1,5В) в батарейный отсек. Включите питание и проведите тестирование по следующему в статье пункту 6.
 
Фото.9. Нажимайте фото для увеличения.
 
Фото.10. Нажимайте фото для увеличения.

 
 6.НАСТРОЙКА РОБОТА.

 После монтажа радиокомпонентов необходимо провести несложную настройку модели робота. Перед настройкой убедитесь в том, установленные в футляре батарейки дают общее напряжение не ниже 4 вольт. А лучше установите "свежие” батарейки так как настройка может потребовать некоторого времени.
 
  •  Установите робота на чистый лист, выверните регулятор скорости передвижения робота на максимум. Включите питание. Если робот не двигается с места, значит, вы установили регулятор скорости в минимальное положение или допустили другие ошибки при сборке. Устраните все замеченные недостатки и повторите процедуру. Если робот едет при этом разворачивается на месте или едет назад, определите, какой из двигателей вращается в противоположную сторону, и перепаяйте подключенные к нему провода, поменяв их местами.
 
  •  Когда ваш робот будет ехать прямо (на белом листе) проверьте шим-регулировку скорости. Возьмите маленькую отвёртку и вращайте движок подстроечного резистора R8. Если скорость изменяется от минимальной до максимальной, значит регулировка работает. Если нет, то постарайтесь внимательно осмотреть выводы микросхемы, качество пайки или возможные короткие замыкания припоем. Выставьте скорость передвижения небольшой и выверните регулятор яркости свечения светодиодов R1 ближе к минимальному. При этом регулировку "дифференц” подстроечного резистора R2 нужно установить в среднее положение.
 
  •  Установите робота на линию, так, чтобы линия оказалась между фототранзисторами. Если ваша трасса слишком широкая и закрывает оба фототранзистора, осторожно отогните фототранзисторы немного во внешнюю сторону. Проследите, чтобы выводы фототранзисторов не оказались замкнутыми после сгиба. Заметьте, что фототранзисторы должны быть расположены на некотором расстоянии от поверхности листа иначе (если они окажутся прижатыми к поверхности) они не будут реагировать на отражённое излучение. Проведите первый пробный запуск на трассе. Если ваш робот сходит с трассы, определите, в какую сторону это чаще происходит. Затем подрегулируйте подстроечным резистором R2 дифференциальную чувствительность между левым и правым фототранзистором.
 
  •  Дифференциальную подстройку можно выполнить иначе. Установите робота правым фототранзистором на чёрную полосу при этом мотор с правой стороны должен выключиться. Если этого не происходит, то вращайте регулировку "дифференц" до тех пор пока мотор не будет чётко выключаться. Тоже проделайте с левым фототранзистором и мотором расположенным с левой стороны. Необходимо добиться такого условия при котором над черной полосой для правого фототранзистора выключался мотор справа, а для левого - мотор слева.
 
  •  Если робот не реагирует на чёрную линию трассы, возможно интенсивность ик-излучения слишком велика. Подстройте уровень излучения ближе к минимальному резистором R1. Как визуально определить мощность излучения? Очень просто, если ваш сотовый телефон оборудован фотокамерой. Включите фотокамеру сотового телефона и приблизьте к светодиодам HL1, HL2. Если питание подано на светодиоды, то они будут светиться! Таким образом, вы сможете увидеть невидимое излучение и отрегулировать его интенсивность с помощью подстроечного резистора R1. Немаловажным фактором схода с линии является скорость передвижения. На большой скорости эта вероятность возрастает прямо пропорционально, поэтому для увеличения устойчивости на линии уменьшайте скорость насколько это возможно! Кроме того, движение с меньшей скоростью позволяет экономить источник питания, следовательно, робот будет работать значительно дольше.
 
 Ещё одним фактором устойчивости робота на линии является ширина самой трассы. Чем она шире, тем проще передвигаться роботу и "легче” среагировать на сход с неё. Во время испытаний выяснилось, что лучшие результаты получаются при использовании микросхемы CD4011 и резистора R5 сопротивлением в диапазоне от 10кОм до 47кОм. Если ваш робот уверенно бежит по трассе, мои поздравления вы закончили сборку и правильно выполнили настройку !

Сборка окончена!

 

***

Видео повторения робота другими пользователями

 

В архиве к цифровому модулю: в папке чертёж термоклише в точных размерах. Преобразовывать и редактировать чертежи нельзя! После скачивания распечатайте чертежи на лазерном принтере. Термоклише распечатайте на глянцевой бумаге. Используйте термоклише для перевода рисунка на стеклотекстолит по методу ЛУТ.
 
Скачать архив   Архив к цифровому модулю с чертежами. Пароль к архиву не требуется. Размер архива 153kb

Если у ВАС возникли вопросы пишите на форуме или в Online чат по робототехнике мы их обсудим!
автор Алексей Высоковольтный www.servodroid.ru   © Внимание! Полное либо частичное копирование материала без разрешения администрации запрещено!

 

Категория: Роботы среднего уровня | Просмотров: 9864 | Добавил: MSA-Beam-Robotics | Теги: робот своими руками, line робот, робот бегающий по линии, робот на логике, цифровой модуль для робота, L293D, шим | Рейтинг: 5.0/4
Всего комментариев: 0
avatar