123
Главная » 2012 » Октябрь » 19 » LiNE TRACER на транзисторах
00:10
LiNE TRACER на транзисторах


LineTracer на транзисторах-это робот бегущий по линии, с дифференциальной зависимостью фотодатчиков. Робот может не только быстро передвигаться по трассе, но способен на большее. Дифференциальный способ контроля линии позволяет её отслеживать на расстоянии.


Это означает, что робот может "делать свечку" пониматься на задние колёса и проезжать трассу с поднятой передней опорой и фототранзисторами. При этом контроль/обнаружение линии ни чуть не ухудшается, а движения робота полностью повторяют геометрию трассы.

На корпусе робота предусмотрены две регулировки: дифференциальная чувствительность и регулировка яркости свечения ик-светодиодов. С помощью указанных регулировок можно выполнить оптимальную настройку для лучшего прохождения линии. Робот выполнен полностью на транзисторах! В качестве источника питания используются два гальванических элемента с общим напряжением 3 вольта.
$CUT$

***

 1.ВИДЕОТЕСТЫ

Через панель навигации видеоплеера можно избирательно выбрать необходимый видеофрагмент. Панель навигации доступна после запуска видео, справа внизу значок пиктограммы. Перед запуском каждого видеофрагмента автоматически выводится его название в верхнем левом углу. В нижней части окна проигрывателя слева название плейлиста и количество сгруппированных видеофрагментов.

На видео.1. показано движение робота по трассе в режиме "свечка" по сложному участку трассы "змейка". Такому передвижению способствует смещённый центр тяжести из-за физического расположения источника питания и дифференциальная составляющая выходного сигнала управления моторами.
На видео.2. показано движение по трассе. Обратите внимание на точное повторение траектории при движении по участку трассы "змейка".
На видео.3. показано движение робота по трассе в режиме "свечка" по стандартным участкам трассы: повороты, прямая линия.
На видео.4. показано движение робота по трассе, которое занимает примерно 12-13 секунд для прохождения одного круга.



Видеофрагменты 1-4




ВСЕ РОБОТЫ на канале DROID1020 !!! подпишись и смотри. Переход по ссылке жми!
ALL ROBOTS on the DROID1020 channel! ! ! be signed and look. Transition according to the link




 2.ХАРАКТЕРИСТИКИ И ФУНКЦИОНАЛ РОБОТА



 На фото.1, фото.2, фото.3 показан linetracer в сборе.

нажимайте фото для просмотра в полном размере

фото.1

фото.2

фото.3


1.КОНСТРУКЦИЯ.

Конструктивно робот полностью выполнен на печатной плате, которая выполняет функцию монтажной поверхности и корпуса. Передача с вала мотора осуществляется на свободно вращающиеся ролики (задние колёса). В передней части расположены две опоры.

2.ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ.

Для экономии места размещён на моторах в задней части печатной платы. В качестве источника питания используются две батарейки по 1,5 вольта типоразмера "2A" ("пальчиковые") или "3A" ("мизинчиковые"), установленные в футляре для батареек. Полное напряжение питания составляет 3 вольта.

3.ФОТОДЕТЕКТОРЫ.

Фотодетекторы контроля трассы расположены в передней части печатной платы. Для приёма отражённого излучения используются два фототранзистора перпендикулярно ориентированные к поверхности трассы. Подсветка трассы осуществляется с помощью двух светодиодов инфракрасного цвета свечения расположенных со стороны токоведущих дорожек перпендикулярно поверхности трассы.

4.АЛГОРИТМ.

Алгоритм работы тактильных датчиков следующий. Столкновение с правым или левым датчиком отдельно вызывает отъезд назад и поворот в сторону. Затем движение вперёд возобновляется. Если робот во время движения задним ходом сталкивается с препятствием, то его движение назад прекращается и он меняет направление на движение вперёд.

5.СИГНАЛЬНАЯ СИСТЕМА.

Сигнальная система выполнена на двух светодиодах красного цвета свечения. Светодиоды позволяют контролировать работу генератора импульсов, упростить настройку или поиск неисправности в схеме робота.

6.РЕГУЛИРОВКИ.

Регулировка дифференциальная осуществляется с  помощью подстроечного резистора расположенного в передней части платы. Дифференциальное регулирование даёт возможность выровнять уровни чувствительности фототранзисторов. Такое "выравнивание" необходимо, чтобы при равном освещении фототранзисторов отражённым излучением сигнал поступающий на моторы имел равную длительность и частоту. Не путайте регулировку с дифференциальной зависимостью выходного сигнала от степени засветки фототранзисторов для данной схемы!

Регулировка яркости свечения ик-светодиодов осуществляется с  помощью подстроечного резистора расположенного в передней части платы. Изменение яркости свечения ик-светодиодов приводит к прямо пропорциональном изменению отражённого от поверхности излучения. Соответственно больший уровень яркости отражённого излучения приводит к более сильному току у фототранзисторов и следовательно повышает чувствительность. Таким образом регулировка яркости свечения светодиодов позволяет устанавливать уровень чувствительности для фототранзисторов.





КОМПОНЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ РОБОТА

1.светодиод инфракрасного свечения (монтируется со стороны токоведущих дорожек).
2.фототранзистор фт-2к.
3.фототранзистор фт-2к.
4.светодиод инфракрасного свечения (монтируется со стороны токоведущих дорожек).
5.регулятор дифференциальный (подстроечный резистор R4).
6.светодиод красного цвета свечения.
7.регулятор яркости свечения ик-светодиодов (подстроечный резистор R9)
8.ролик резиновый 12мм.
9.колпак-ограничитель из канцелярской кнопки.
10.протектор (трубочка) резиновый (нипель от велосипеда)
11.моторы FF-030PK.
12.крепёжные п-оразные скобы из канцелярских скрепок.
13.выключатель питания с горизонтальной установкой.
14.светодиод красного цвета свечения.
15.передние опоры из скрепок (монтаж со стороны токоведущих дорожек).
16.провода подключения источника питания.


фото.4. нажимайте фото для просмотра в полном размере.




 3.ПРИНЦИП РАБОТЫ.

 Электрическая схема приведена на рис.1.  За основу схемы взят симметричный мультивибратор выполненный на транзисторах VT1,VT4. Для формирования дифференциального сигнала (на коллекторах транзисторов) в частотозадающие цепи VT2C1R3 и VT3C2R5 последовательно включены фототранзисторы. Изменение уровня засветки окна любого из фототранзисторов вызывает изменение частоты мультивибратора и длительности сигнала на коллекторе противофазно установленного транзистора.

После включения питания, на схему мультивибратора поступает напряжение 3 вольта. Если робот находится на трассе, а его фототранзисторы расположены над светлым полем, то через фототранзисторы протекает некоторый ток. Ток протекающий через фототранзисторы обусловлен отражённым излучением ик-светодиодов HL2,HL3. Мультивибратор на транзисторах VT1,VT4 начинает работать. На коллекторах транзисторов VT1,VT4 появляются противофазные импульсы с некоторой частотой. Через резисторы R11 и R12 импульсы отрицательной полярности поступают на базовые выводы транзисторов VT5,VT6 и поочерёдно открывают их. В момент когда VT5 открыт VT6 находится в запертом состоянии, и далее наоборот. Потенциал на коллекторном выводе транзистора VT5 возрастает. И при достижении порогового  уровня около 0,8-2в открывает подключенный затвором полевой транзистор VT7 (КП505). Проводимость канала у полевого транзистора возрастает в результате левый по схеме вывод мотора M1 оказывается подключенным к минусу источника питания. Через обмотку мотора M1 протекает ток и его вал начинает вращаться.


Рис.1.Электрическая схема. нажать фото для увеличения.
Аналогично работает часть схемы управляемая транзистором VT1. В момент когда VT1 открывается на его коллекторе появляется отрицательный потенциал. Далее этот потенциал поступает через токоограничительный резистор R12 на базу транзистора VT6 и открывает его. Через переход эмиттер-коллектор транзистора VT6 протекает ток в результате на его коллекторе повышается потенциал. Коллектор транзистора VT6 подключен непосредственно к затвору полевого транзистора VT8. Повышение потенциала на затворе вызовет повышение проводимости канала полевого транзистора и подключение мотора M2 к минусу источника питания. Мотор M2 начнёт работать.

Описанные процессы будут приводить к быстрому попеременному переключению моторов M1 и M2. На изменение соотношения длительности включения моторов влияют частотозадающие цепи цепи VT2C1R3 и VT3C2R5. Изменение тока в любой из них приведёт к немедленному изменению режима работы обоих моторов.

Если на одном моторе длительность импульса увеличивается, то для другого пропорционально уменьшается. Соответственно если один из фототранзисторов при движении робота по трассе оказывается расположенным над чёрным участком, то происходит снижение длительности импульса на одном из моторов. Робот начинает поворачивать тем мотором у которого в данный момент через обмотку течёт больший ток, то есть больше длительность импульсов на его контактах. Если оба фототранзистора освещены одинаково, то частота и длительность импульсов на обоих выходах мультивибратора одинакова. Переключающиеся в противофазе транзисторы усилителей тока будут попеременно переключать моторы. При этом через оба мотора потечёт одинаковый ток. Робот поедет вперёд.




 4.ДЕТАЛИ И МАТЕРИАЛЫ.

Печатная плата изготовлена из односторонне фольгированного листа стеклотекстолита толщиной 1-1,5мм. Размеры печатной платы 60х50мм. Ссылка на архив с чертежами и разводкой под ЛУТ размещена в конце статьи. Список радиокомпонентов приведён в таблице.1.

Таблица.1.Список радиокомпонентов.


 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.

После изготовления печатной платы проверьте токоведущие дорожки на возможные замыкания. Затем выполняйте монтаж всех указанных в таблице 1 радиокомпонентов.
Подготовьте односторонний лист стеклотекстолита размерами 60x50мм. Предварительно зачистите фольгированную поверхность стеклотекстолита, промойте и высушите. Выполняйте перевод по известной методике ЛУТ, рисунка токоведущих дорожек. Приведённый чертёж (рис.2) используйте для монтажа радиокомпонентов.



Рис.2.Монтажный чертёж. Нажать фото для увеличения.


2.Монтаж радиокомпонентов.

Выполните монтаж всех радиокомпонентов кроме фототранзистора и светодиода инфракрасного свечения (рис.2). Монтаж рекомендуется проводить в следующем порядке: резисторы, конденсаторы, транзисторы, диоды, выключатели питания, моторы, элементы крепежа и фурнитура. Все диоды на печатной плате устанавливают в вертикальном положении.

На фото.5 показан монтаж всех радиокомпонентов. Обратите внимание на установку конденсатора C3 большой ёмкости. Его необходимо установить с некоторым запасом по длине выводов, для того чтобы согнуть выводы под углом 90° расположив корпус горизонтально.


фото.5.Нажмите фото для просмотра в полном размере

МОНТАЖ ФОТОТРАНЗИСТОРОВ. Позиции для установки фототранзисторов VT2,VT3. На позициях отмечено два отверстия, рядом с позицией слева и справа отмечены ещё по отверстию. Установите фототранзисторы со стороны токоведущих дорожек первоначально продев выводы в отверстия на позициях. С помощью монтажного инструмента (острогубцев) проденьте выводы фототранзистора в рядом расположенные отверстия и запаяйте (фото.6).

МОНТАЖ ИНФРАКРАСНЫХ СВЕТОДИОДОВ. Позиции для установки инфракрасных светодиодов HL2,HL3. На позициях отмечено два отверстия, рядом с позицией слева и справа отмечены ещё по отверстию. Установите ик-светодиоды со стороны токоведущих дорожек первоначально продев выводы в отверстия на позициях. С помощью монтажного инструмента (острогубцев) проденьте выводы ик-светодиодов в рядом расположенные отверстия и запаяйте (фото.6).



фото.6.Нажмите фото для просмотра в полном размере


3.Изготовление и монтаж передних опор.

 В качестве передних опор используются две половинки от металлической скрепки. Металлическую скрепку разрезают кусачками пополам и устанавливают половинки в передней части печатной платы (позиции OP1,OP2) слева и справа (фото.7). Высота обоих передних опор не должна превышать 10мм. Затем концы скрепки запаивают, используя нейтральный беспромывочный флюс для облегчения пайки. После монтажа передних опор при движении робот будет опираться на них. Передние опоры должны иметь длину превышающую длину корпуса фототранзистора и светодиода не менее чем на 3-4мм (фото.8). Это необходимо для нормального приёма отражённого от поверхности инфракрасного излучения.


Нажмите фото для просмотра в полном размере

фото.7.

фото.8.

4.Изготовление силовой рамы и монтаж моторов.

  Для крепежа двигателей к печатной плате используют канцелярские скрепки. Один мотор фиксируется двумя канцелярскими скрепками. Скрепки предварительно разгибают в пруток, а затем формируют с помощью монтажных плоскогубцев П-образную скобу. Перед тем как установить моторы вырежьте и приклейте на их позиции прямоугольники из двухстороннего тонкого скотча.

Установите моторы на позиции закрепите П-образными скрепками (6), которые необходимо паять со стороны токоведущих дорожек. После закрепления скобами моторы будут надёжно зафиксированы на позициях (фото.11, фото.12, фото.14).


5.Изготовление и монтаж осевой подвески.

 В качестве колеса используется ролик диаметром 12мм, который необходимо закрепить. Для сборки осевой подвески вам потребуются: кнопки канцелярские силовые с пластмассовой ручкой и две канцелярские металлические скрепки. Не нарушайте последовательность сборки так как это важно!

Приобретите канцелярские кнопки с пластмассовой ручкой (фото.9). Выберите две кнопки одного цвета и приступайте к изготовлению осевой подвески.

1. Возьмите канцелярскую кнопку (не путать со скрепкой!) и залудите припоем острый металлический край канцелярской кнопки. Сделать это лучше, используя нейтральный флюс и по возможности быстрее. В противном случае вы рискуете проплавить место контакта с рукояткой и деформацию рукоятки.

2. Отпилите часть ручки у канцелярской кнопки, как показано на фотографии. Торец (место отпила) обработайте напильником, и отрежьте пластмассовую рукоятку  Линия обреза пластмассовой ручки показана жёлтой линией (фото.10).

3. На ось из канцелярской кнопки оденьте резиновый ролик диаметром 12мм, который будет выполнять функции колеса.


нажимайте фото для просмотра в полном размере

фото.9.

фото.10.

После сборки осевая подвеска будет состоять из: резинового ролика нанизанного на канцелярскую кнопку. После сборки установите осевую подвеску на позицию со стороны токоведущих дорожек. Расположите колесо точно под валом мотора. Оденьте на вал мотора протектор, например резиновый колпачок от нового гелиевого стержня или просто трубочку. Припаяйте подвеску за край(5) небольшим количеством припоя за край со стороны токоведущих дорожек (фото.13).

Проверьте ролик на качество хода, вращение. Он должен вращаться свободно и вместе с тем не должен болтаться в диагональных направлениях. Иначе говоря, при вращении ролика не должно быть эффекта "восьмёрки” как у велосипеда. После такой настройки зафиксируйте ролик большим количеством припоя.

Обозначения на фото.11, фото.12, фото.13  1-мотор (FF-030PK), 2-трубочка (нипель от велосипеда), 3-ролик (диаметром 12мм), 4-кнопка канцелярская (импортная),5-место пайки осевой подвески, 6-"П"-образные скрепки для крепежа моторов.

нажимайте фото для просмотра в полном размере

фото.11.

фото.12.

Подключение выводов моторов можно проводить непосредственно напаивая монтажный провод к клеммам соединяя их с рядом расположенными отверстиями (обозначено на монтажном чертеже). Лучший вариант напаять на указанные позиции пару штыревых линеек (7), а на свободные концы провода отрезки от панели для микросхем (две секции(8)). Установка разъёмных соединений позволит в случае необходимости простой перестановкой изменить полярность подключения моторов (фото.14).

нажимайте фото для просмотра в полном размере

фото.13.

фото.14.

6.Установка и крепёж источника питания.

Наклейте прямоугольную полоску из двустороннего скотча на нижнюю поверхность двухсекционного футляра (фото.15). Прикрепите двухсекционный футляр к моторам. Двусторонний скотч "держит" достаточно крепко, поэтому в дополнительных элементах крепежа нет необходимости (фото.16).

нажимайте фото для просмотра в полном размере

фото.15.

фото.16.


 6.НАСТРОЙКА РОБОТА.
 
 
Перед запуском робота необходимо провести настройку. Настройка необходима для того, чтобы добиться лучшего прохождения трассы. Не исключено, что после сборки робот функционирует неправильно или вообще не работает. Помочь в решении возникших проблем смогут дальнейшие рекомендации по настройке.
 
1.ОБЩАЯ ПРОВЕРКА.
 
После монтажа всех радиокомпонентов проведите визуальный осмотр участков монтажа со стороны токоведущих дорожек. Внимательно осмотрите места пайки.

 1. Со стороны токоведущих дорожек не должно быть замыканий припоем или не пропаянных выводов радиокомпонентов. Переверните плату и осмотрите её со стороны деталей. Проверьте правильность монтажа: всех транзисторов, конденсаторов и микросхем.

 2. В качестве источника питания используйте только "свежие" гальванические элементы (батарейки) или хорошо заряженные аккумуляторы.

 3. Если робот не включается или работает неправильно, съезжает с линии, то проведите проверку монтажа фототранзисторов и ик-светодиодов. 
Чтобы проверить фототранзисторы (позиции VT2,VT3) нужно замкнуть их выводы резистором на 1кОм - это будет равносильно освещению с помощью фонарика. Если один из фототранзисторов запаян неверно, то при подключении резистора схема заработает. Проверить инфракрасные светодиоды (позиции HL2,HL3) можно с помощью фотокамеры сотового телефона или цифрового фотоаппарата. Эти приборы очень хорошо "видят” инфракрасное излучение и вам останется только навести объектив на включенный инфракрасный светодиод. На жк-экране сотового телефона будет хорошо видно свечение беловатого цвета исходящее от светодиода. Яркость свечения этого светодиода определяется подстроечным резистором R9.

 4. Скорость передвижения робота по трассе напрямую зависит от качества изготовленного привода. Поэтому добейтесь лучшей работы этого узла, а именно передачи вращающего момента с вала мотора на колесо. Вал мотора не должен слишком сильно прижимать колесо и не должен также еле касаться, необходимо добиться приблизительно средних показателей.

 
2.УСТАНОВКА РЕГУЛИРОВОК.
 
1. С помощью регулятора дифференциальной чувствительности можно выставить одинаковый уровень чувствительности фототранзисторов даже при том, что их характеристики окажутся различными (что и наблюдается на практике). Установите регулятор дифференциальной чувствительности фототранзисторов в среднее положение (подстроечный резистор R4). Если при движении по трассе робот сильно отклоняется вправо или влево выставьте этим регулятором такое положение при котором смещения вправо-влево будут сбалансированы( одинаковы).

2. Регулятор яркости подсветки трассы установите на минимальное значение (подстроечный резистор R9). Добейтесь, чтобы инфракрасные светодиоды HL2,HL3 светили тускло. Визуально проконтролируйте свечение с помощью цифрового фотоаппарата. Прибавляйте яркость свечения для уверенного приёма отражённого излучения фототранзисторами VT2,VT3.

***

Перед началом запуска установите робот на трассу так, чтобы черная линия оказалась между фототранзисторами. Переведите выключатель питания в положение включено. Если робот будет установлен как на фото.17, то он поедет именно так как показано на видео.1 и видео.3. Если робот будет установлен на трассу стандартным образом (как обычно), то его передвижение по трассе будет таким как на видео.2 и видео.4.  Сборка окончена!


фото.17.Нажмите фото для просмотра в полном размере



В архиве к lineTracer роботу: в папке чертёж термоклише в точных размерах. Преобразовывать и редактировать чертежи нельзя! После скачивания распечатайте чертежи на лазерном принтере. Распечатайте термоклише на глянцевой бумаге и используйте для перевода рисунка на стеклотекстолит по методу ЛУТ. 

 Скачать архив  Методика изготовления печатной платы методом ЛУТ.

 Скачать архив Трасса для соревнований lineTracer

 Скачать архив  Архив к LineTracer с чертежами. Размер архива 393kb


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 для соревнований | Просмотров: 9210 | Добавил: Droid | Рейтинг: 5.0/1
Всего комментариев: 0
avatar