***

 

• На видео.1, видео.2, видео.3 показано столкновение робота с препятствием, работа тактильных датчиков и "умный поворот", то есть обход препятствий.
• На видео.4 показано столкновение робота с препятствием, работа тактильных датчиков и "умный поворот". Но ещё и нотка юмора, так как роботу "надоело" сталкиваться с препятствиями и он решил одно из них отодвинуть в сторону. Конечно на самом деле это объясняется просто. Препятствие оказалось слишком лёгким и не хватило усилия для срабатывания тактильного датчика, пластинка была полностью нажата в конечном отрезке пути. Потому робот успел отодвинуть препятствие до поворота.

Видеофрагменты 1-4




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


 

В качестве датчиков столкновения в конструкции используются микропереключатели с металлической лапкой, которые запаяны в горизонтальной ориентации со стороны токоведущих дорожек. Всего в конструкции установлено три датчика/микропереключателя, два впереди и один позади.

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.

Сигнальная система выполнена на двух светодиодах красного цвета свечения. Облегчает настройку или устранение неисправностей, сигнализирует о правильной работе схемы. При включении любого из датчиков расположенных впереди зажигаются оба светодиода.

Регулировки угла поворота вправо-влево. Для изменения угла поворота на печатной плате установлено два подстроечных резистора. С их помощью можно независимо изменять угол поворота влево или вправо. Вращение движка (подвижной системы) подстроечного резистора на больший угол вызовет увеличение угла поворота, на меньший уменьшение. Напоминаю, что поворот происходит только после того как робот отъедет назад, то есть во вторую очередь. Следует также учесть, пр установленном малом повороте, робот на больших скоростях выполнит поворот на больший угол. Поэтому установки для углов поворота выполняют после установки скорости передвижения робота.

Регулировка скорости передвижения по поверхности выполнена по фазово-импульсному методу. Регулировка выполняется вращением движка (подвижной системы) подстроечного резистора от минимальной, до максимальной. Рекомендуется приблизительно среднее положение. Стоит учитывать, что скорость передвижения будет напрямую зависеть от "свежести" установленных батареек!
 

Электрическая схема приведена на рис.1. После включения питания выключателем SA1 через защитный диод VD9 на микросхемы DD1,DA1,DA2 поступает питающее напряжение, около 6 вольт. Диод VD9 защищает микросхемы от неправильного (обратного) подключения источника питания. Так как диод VD9 Шоттки, то падение напряжения в прямом направлении минимально.

 В схеме использована популярная микросхема-драйвер L293D, которая способна управлять двумя моторами одновременно. В аббревиатуре L293D последняя буква D означает, что внутри встроены защитные диоды от обратного индуктивного импульса моторов. Поэтому в схеме рис.1 дополнительные диоды не установлены. Кроме того микросхема L293D имеет раздельные выводы для питания цифровой части (выв.16) микросхемы и выходных силовых (выв.8) транзисторных ключей (транзисторы в самой микросхеме). Это позволяет разделить цепи питания, исключить помехи и управлять моторами более эффективно.

В силовых цепях питания выходных транзисторных ключей микросхемы L293D установлен конденсатор C6 большой ёмкости. Его назначение создание импульса тока при включении моторов. Он снимает токовую нагрузку с батарейки при первом включении. Поэтому чем больше его ёмкость, тем мощнее импульс поступающий на моторы M1,M2. Кроме того он сглаживает "провалы" напряжения источника питания при появлении нагрузки, то есть подключении одного или двух моторов.

Для выработки алгоритма "умного поворота" в схеме использованы четыре элемента микросхемы 74HC02. Элементы сгруппированы по два и разделены на две идентичных части. Так например элементы микросхемы DD1.1,DD1.2 управляют через драйвер DA2 мотором M1. А элементы микросхемы DD1.3,DD1.4 управляют через драйвер DA2 мотором M2.
 

Разберём работу одной части выполненной на элементах DD1.1,DD1.2. После включения питания на входах 2 и 3 элемента DD1.1 низкий логический уровень, который поступает через резисторы R1,R3. Элементы микросхемы 74HC02 работают в логике "2-ИЛИ-НЕТ". Это означает следующее: 2-это 2 входа элемента, логика ИЛИ- сложение входных уровней, НЕТ-инверсия выходного сигнала. Работает такая логика следующим образом. На входе 2 и 3 элемента DD1.1 низкий логический уровень (лог. 0). Складываем лог.0 + лог.0, получаем лог.0 на входе и затем инвертируем и на выходе 1 DD1.1 получаем высокий логический уровень (лог.1). Элемент DD1.2 включен в режиме простого инвертора, на его соединённых между собой входах высокий логический уровень (лог.1), а на его выходе 4 установиться низкий логический уровень (лог.0).  Чтобы вращался вал мотора M1, подключенный к выходам Out1,Out2 микросхемы DA2, на входах In1,In2 необходимо установить разные логические уровни (лог.1 и лог.0). В исходном состоянии с выходов элементов DD1.1,DD1.2 поступают разные сигналы (лог.1 и лог.0) на входы управления In1.In2 микросхемы-драйвера DA2. Таким образом вал мотора M1 начинает вращаться в одном направлении.

Левый по схеме вывод 1 микропереключателя SF1, подключен к положительному потенциалу источника питания GB1. Вывод 2 того же микропереключателя подключен через диод VD1 к входу 2 DD1.1 и через диод VD3 к входу 8 DD1.3. В момент когда микропереключатель SF1 сработает, его контакты 1 и 2 замкнуться. Через диоды VD1,VD3 положительный потенциал поступит на верхние по схеме обкладки конденсаторов C1,C2 и быстро зарядит их. Скорость зарядки этих конденсаторов определяется прямым сопротивлением диодов VD1,VD3, чем оно меньше , тем быстрее будут заряжаться конденсаторы.

Как только конденсаторы C1,C2 зарядятся, до напряжения чуть ниже напряжения питания на входе 2 элемента DD1.1, и входе 8 DD1.3 установиться высокий логический уровень. согласно логике работы элементов на их выходах 1 и 10 высокий логический уровень смениться на низкий. Элемент DD1.2 инвертирует этот входной сигнал и на его выходе окажется уже высокий логический уровень. Иначе говоря произошла смена логических уровней на выходах элементов DD1.1,DD1.2 на противоположные.

К выходам элементов DD1.2, DD1.4 через токоограничительные резисторы R9,R10 анодами подключены светодиоды HL1,HL2. Как только срабатывает любой из датчиков SF1,SF2 через светодиоды начинает протекать ток и они зажигаются. Они светятся пока заряд в одном из конденсаторов C1-C4 сохраняется. То есть пока выполняется алгоритм поворота.

Соответственно изменяться логические уровни на входах In1,In2 микросхемы-драйвера L293D. Направление вращения вала мотора M1 измениться на противоположное. Но время в течении которого будет присутствовать такое изменение непродолжительно. Потому что параллельно конденсатору C1 и C2 установлены резисторы R1,R2. Через эти резисторы конденсаторы будут разряжаться. Обратите внимание, на то, что один из резисторов  R2 подстроечный, и его сопротивление можно изменять. Следовательно можно управлять временем разрядки конденсатора C2 и менять длительность в течении которого мотор M2 будет вращаться в противоположном направлении. Для мотора M1 при срабатывании только микропереключателя SF1 длительность работы будет определяться только парой из конденсатора C1 и резистора R1.

Но если при столкновении с препятствием переключиться SF2, то для мотора M1 можно установить длительность обратного вращения вала мотора с помощью подстроечного резистора R3. А для мотора M2 длительность обратного (реверсивного) вращения вала будет определяться парой из конденсатора C4 и резистора R4. Такая схема включения позволяет получать повороты в разные стороны при срабатывании датчиков SF1,SF2.

Не трудно заметить, что срабатывание датчика SF3 приведёт к полной разрядке всех конденсаторов C1-C4 одновременно. Это равносильно исходному состоянию входных уровней для микросхемы DD1 при включении питания. Поэтому робот поедет вперёд.

Для регулировки скорости передвижения задействованы специальные входы управления 1 и 9 микросхемы-драйвера L293D (DA2). На эти входы подаётся фазоимпульсный сигнал с выхода 3 микросхемы NE555 (DA1). Микросхема NE555 включена в режиме низкочастотного генератора с фазоимпульсной модуляцией. Изменение модулирующего напряжения на управляющем входе 5 осуществляется с помощью подстроечного резистора R8. При изменении модулирующего напряжения изменяется временное положение выходного импульса поступающего с выхода 3 микросхемы DA1 на входы управления 1 и 9 микросхемы DA2.

Печатная плата изготовлена из односторонне фольгированного листа стеклотекстолита толщиной 1-1,5мм. Размеры печатной платы 80х60мм. Ссылка на архив с чертежами и разводкой под ЛУТ генератора размещена в конце статьи. Список радиокомпонентов приведён в таблице.1.

Примечание.1. При замене импортных диодов 1N4148 на отечественные диоды КД521 или КД522 учитывайте, что у отечественных диодов чёрная полоска на корпусе -это анод(+). Тогда как у импортных чёрная полоска на корпусе катод(-). Поэтому в случае установки отечественных диодов их придётся запаивать наоборот!

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

 

Распечатайте сборочный (монтажный) чертёж из архива и вырезайте ножницами по контуру (фото.6). Аккуратно проделайте отверстия на позициях всех радиокомпонентов. Наклейте на поверхность изготовленной печатной платы используя сухой клеевой карандаш так чтобы отверстия чертежа полностью совместились с отверстиями на печатной плате (фото.7).

 

Монтаж рекомендуется проводить в следующем порядке: панели под микросхемы, микропереключатели, резисторы, диоды, конденсаторы, светодиоды, выключатели питания, моторы, элементы крепежа и фурнитура. Обратите внимание на то, что некоторые из диодов устанавливают при монтаже на печатной плате в вертикальном положении.

МИКРОПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ. Начните монтаж с пайки трёх микропереключателей (датчиков). Их необходимо установить и паять со стороны токоведущих дорожек (фото.8, фото.9). При монтаже особое внимание обратите на ориентацию металлической нажимной полоски микровыключателя и соответствие нумерации выводов чертежу. Положение этой полоски можно проверить по монтажному чертежу на фото.6.
 

фото.8 фото.9

ПЕРЕМЫЧКИ. На монтажном чертеже показаны P1,P2,P3 - это перемычки. В качестве перемычек удобно использовать выводы от ненужных резисторов, конденсаторов.

На фото.10 показан полный монтаж всех радиокомпонентов. Обратите внимание на установку конденсатора C6 большой ёмкости. Его необходимо установить с некоторым запасом по длине выводов, для того чтобы согнуть выводы под углом 90° расположив корпус горизонтально.

Теперь необходимо согнуть "крылья" (фото.12). Сделать это можно над жалом разогретого паяльника. Область сгиба показана пунктиром (фото.12). Приблизьте к жалу паяльника указанные пунктиром участки, на расстояние не более 2-3мм. Постарайтесь не касаться жала паяльника иначе произойдёт мгновенное плавление линейки. Плавно сгибайте "крылья" по мере разогрева указанных участков. Доведите угол сгиба до 45° (фото.13).

 

Подготовьте два мотора PPN13LB11C и резиновые ролики диаметром 7мм (фото.14). Установите ролики на валы обоих моторов. Ролики диаметром более 7мм устанавливать не рекомендуется, возрастёт нагрузка на вал мотора, сложнее будет подстроить минимальную скорость передвижения.

Перед тем как устанавливать моторы на силовую раму прикрепите полоски двустороннего скотча для устранения проскальзывания моторов. Установите мотора как на фото.15 и закрепите их с помощью нейлоновых стяжек. Нейлоновые стяжки и двусторонний скотч можно приобрести в магазинах торгующих ремонтно-строительными материалами.

Подготовьте две крепёжных металлических стойки (фото.16). Их можно взять от элемента крепежа старых материнских плат. Вам также потребуются: два винта с плоской головкой, две гайки и две шайбы. Установите стойки как показано на фото.17, фото.18 и зафиксируйте их винтами со стороны батарейного отсека.

Установите футляр и силовую раму с моторами со стороны токоведущих дорожек печатной платы (под днищем робота), так чтобы футляр открытой частью был обращён вниз (фото.21). Закрутите гайки с противоположной стороны, со стороны радиокомпонентов (фото.22, фото23). На фото.23 белые стрелки указывают на гайки с помощью которых фиксируется футляр и силовая рама с моторами. Установка футляра для батареек открытой частью вниз позволяет легко провести замену батареек после того как их ресурс будет исчерпан.

Передняя опора выполнена из футляра для литиевых батареек CR2032 (фото.24). Возьмите футляр для CR2032 горизонтальной установки (1), отогните одну из контактных пластин как на фото.24. Отогнутая контактная пластина футляра (2) с одной стороны и короткая контактная часть будет использоваться для пайки к поверхности печатной платы. Установите футляр со стороны токоведущих дорожек в продольном направлении в передней части печатной платы на широкую металлизированную область (фото.25). Припаяйте футляр-колесо за широкую контактную пластину большим количеством припоя (фото.25). Будьте внимательны при пайке, рядом расположена токоведущая дорожка, постарайтесь не сделать замыканий.

Установите четыре батарейки ("типоразмер 3A") в футляр (фото.26).

 Скачать архив  Архив к тактильному роботу с чертежами. Размер архива 418kb