Реальные разработки роботов, РТС и ИИ Просто о сложном

Знакомьтесь - КИН - Кибернетический Исследователь Неведомого

Предлагаем читателям заняться постройкой действующей модели КИНа-робота-разведчика, предназначенного для исследования незнакомой среды. В процессе изготовления этого железного человека энтузиасты-конструкторы смогут познакомиться с основными узлами и схемами кибернетических машин, приобретут много полезных знаний и навыков.

КИН - Кибернетический Исследователь Неведомого - может выполнять ряд действий, присущих живому организму и необходимых разведчику во время путешествия по неведомой планете.

Функциональная схема робота изображена на рис. 1.
«КИН-2» состоит из десяти отдельных блоков, установленных в общем корпусе. Кроме того, в составе робота имеются: ведущий реверсионный двигатель, три табло, сигнализирующие о повышении температуры, наличии радио- и радиационного излучения, а также сирены и магнитофон, оповещающие о наличии радиационного и радиоизлучения.

В процессе движения КИН управляется с помощью реле, концевых выключателей и датчика, сигнализирующего о наличии водной преграды. Питание осуществляется от двух аккумуляторных батарей.

В состав робота входят следующие блоки:

«Движение»-для управления перемещением вперед— назад; вправо-влево;

«Восприятие тепла и звука», состоящий из двух отдельных независимых узлов, один из которых предназначен для сигнализации о повышении окружающей температуры с помощью табло, а второй-для восприятия звукового сигнала и управления блоками выработки условных рефлексов;

«Условный рефлекс тепло-звук», имитирующий выработку условного рефлекса при наличии одновременно звукового сигнала и повышенной температуры;

«Условный рефлекс поворота», управляющего поворотом робота направо или налево при наличии звукового сигнала;

«Радиоизлучение», сигнализирующий о наличии высокочастоттного поля при помощи светового табло и магнитофона ;

«Водная преграда» для перемены направления движения робота при встрече с водной преградой;

«Радиационная разведка», предупреждающий о наличии радиоактивного излучения с помощью сирены и светового табло;

«Световой фон», осуществляющий включение робота при наличии общего освещения;

стабилизатор напряжения, обеспечивающий постоянное напряжение (5 В) для питания всех микросхем, имеющихся в составе робота;

сигнализации о включении и разряде аккумулятора, действующий с помощью светодиода, гаснущего при разряде аккумулятора ниже определенного предела.

Движение робота производится с помощью реверсивного электродвигателя М1. Поворот направо и налево осуществляют электромагнитами LI, L2. Система концевых выключателей SBI-SB5, реле К1-К5 и других элементов обеспечивает управление движением робота. Работа всех отдельных блоков и их взаимодействие описаны ниже.
Принципиальная схема приведена на рис. 2. В состав робота входит основной ведущий реверсивный двигатель с редуктором, электромагниты LI, L2, служащие для осуществления поворота вправо и влево, стабилизированный источник питания напряжением 5 В, устройство сигнализации включения, группа реле, управляющая движением, разъемы для подключения блоков, концевые выключатели SBI-SB5, необходимые для управления движением, табло, сигнализирующее о повышении температуры, блоки «Световой фон», «Водная преграда», разъемы для подключения остальных блоков, о которых будет рассказано в следующих выпусках. Питание робота осуществляется от двух последовательно соединенных аккумуляторных батарей, одна из которых дает напряжение 9 В, а другая 15В (в сумме дающие 24 В). Для контроля работы батарей имеется устройство, сигнализирующее о нормальном заряде с помощью светодиода. Движение робота управляется источниками света.

Первоначальное включение робота осуществляется переключателем SB6. «Оживает» КИН при появлении общего освещения (например, если в комнате вспыхнул свет). В этом случае меняется сопротивление фоторезистора R3 в блоке «Световой фон», что приводит к увеличению токов транзистора VTI, VT2 и срабатыванию реле К4, которое своими контактами включает питание на всю остальную схему робота. Порог освещенности, при котором включается КИН, устанавливается резистором R4. Направление движения определяется локальным источником света, в зависимости от положения которого робот может двигаться прямо или поворачиваться направо или налево. Выбор направления движения осуществляется с помощью блока движения, соединенного с основной схемой разъемом Х2. Двигатель М1 является реверсивным.

При движении на источник света напряжение + 24 В подается с контакта 8 разъема Х2 на левую (рис. 2) обмотку возбуждения двигателя. При повороте налево напряжение с контакта 11 разъема Х2 подается на электромагнит LI, при повороте направо напряжение с контакта 5 подается на электромагнит L2. На разъемах Х1-Х6 (рис. 2-8) приведены следующие обозначения: УР— блок условного рефлекса; П-поворот робота вправо; Л-поворот робота влево.

Если робот сталкивается с пряпятствием, срабатывает один из концевых выключателей SBI, SB2, SB3, установленных впереди и по бокам робота (в зависимости от направления движения). При этом включается реле К1, которое своими контактами К1,2 самоблокируется и одновременно отключает напряжение +24 В от контакта 7 разъема Х2 и включает основной ведущий двигатель в режим реверсирования, для чего напряжение подается через правую обмотку возбуждения. Мотор меняет направление вращения, и робот начинает двигаться в противоположную сторону.

Как только КИН отходит от препятствия, все концевые выключатели оказываются в исходном положении. При этом напряжение + 24 В через их нормально замкнутые контакты, нормально замкнутые контакты К5.1 блока «Водная преграда» и контакты К1.1 ранее сработавшего реле К1 подается на обмотку реле К2. При срабатывании реле К2 напряжение + 24 В отключается с помощью контактов К2.1 от контакта 10 разъема Х2 и подключается к контакту 4 разъема Х2, при этом изменяется направление движения, например, если до отхода робот двигался направо, его колеса поворачиваются влево.

Осуществление указанных операций выполняется блоком движения, работа которого подробно будет описана в следующих выпусках.

Одновременно с изменением направления движения во время отхода контактами К2.2 включается реле времени, собранное на реле КЗ, резисторах Rl, R2 и конденсаторах С 1, С2. Через несколько секунд после начала отхода срабатывает реле КЗ, которое контактами К3.1 обесточивает обмотки реле К1 и К2. В результате контакты возвращаются в исходное положение. Робот продолжает движение в ту сторону, где находится источник света. Если при отходе назад робот встретился с препятствием ранее, чем срабатывает реле КЗ, то один из концевых выключателей SB4 или SB5 обесточит реле К1 и К2 и робот будет двигаться, как описано выше, при срабатывании реле КЗ. КИН может обнаружить водную преграду (наличие воды) и отойти от нее, продолжив движение в другом направлении.

Описанные выше операции выполняются блоком «Водная преграда», выполненным на транзисторе VT7. Чувствительным элементом являются контакты Е1, укрепленные на передней части тележки, на которой установлен ведущий двигатель. Тележка закрыта декоративным корпусом, имитирующим «ботинки» робота. Электроды (датчики) изготовлены из фосфористой бронзы и покрыты защитным слоем хрома или никеля. Толщина их составляет 1 мм, длина 35 мм. Они крепятся на расстоянии 1-2 мм друг от друга. Высота крепления от пола составляет 5-6 мм. Электроды включены на вход усилителя, собранного на транзисторе VT7 типа П307.

В случае отсутствия у конструктора транзистора П307 его можно заменить другими-П308, П309, КТ312, КТ605.

При встрече с водной преградой понижается сопротивление между контактами Е1, что приводит к возрастанию базового, а следовательно, и коллекторного токов транзистора VT7. При этом срабатывает реле К5, которое своими контактами К5.1 включает реле К1. Дальнейшее движение робота осуществляется, как описано выше, при срабатывании концевых выключателей SBI-SB3.

К разъемам Х1-Х6 подключаются соответственно следующие блоки: звука и тепла, условного рефлекса «тепло-звук», радиоизлучения и радиационной разведки, условных рефлексов поворота. Работа этих блоков будет описана в следующих выпусках.

Устройство сигнализации разряда аккумулятора собрано на транзисторе VT8. Оно работает следующим образом. При включении робота выключателем SB6 напряжение с одной из аккумуляторных батарей подается на данное устройство и приводит к зажиганию светодиода VD4. При разряде аккумулятора ниже напряжения стабилизации стабилитрона VD5 светодиод VD4 гаснет, что является сигналом разряда аккумулятора. Для питания микросхем необходимо стабилизированное напряжение 5 В. Стабилизатор напряжения собран на транзисторах VT3-VT6. Регулировка напряжения осуществляется резистооом R12.