Вадим Мацкевич - Занимательная анатомия роботов

• Название: Занимательная анатомия роботов
• Автор: Вадим Мацкевич
• Издательство: Радио и связь
• Жанр: Техническая литература
• Год: 1998
• ISBN: 5-256-00037-3

В занимательной форме рассказано об исследованиях и разработках важнейших систем современных роботов. Показано, как можно самим выполнить ту или иную систему робота из простейших электронных схем. Приведены практические схемы отечественных и зарубежных любительских конструкций роботов. По сравнению с первым изданием (1980 г) материал значительно обновлён Для широкого круга читателей.

---

Если выходные контакты искателя связать с исполнительными механизмами робота, то с помощью звукового генератора можно управлять не только его «математическими способностями», но и всем механизмом. При необходимости схему можно упростить, оставив в генераторе только один мультивибратор из трёх, а частоты получить коммутацией конденсаторов и резисторов. В зависимости от расстояния между передатчиком и приёмником мощность динамической головки может быть выбрана в пределах 0,1…0,5 Вт.

Настраивать резонансные контуры приёмника на выбранные значения частоты командных мультивибраторов лучше всего с помощью звукового генератора и осциллографа. Но в крайнем случае можно обойтись миллиамперметром на ток полного отклонения стрелки 30…50мА, включённым в цепь выходного реле канала. Настройку ведут по максимуму показаний прибора, когда на вход приёмника подают сигналы с мультивибраторов.

Слуховое устройство «Кобра, танцующая под музыку» по схеме аналогично приёмному устройству робота (см. рис. 42).

Рис. 42. Приёмник звуковых команд

Чудеса активных RC – фильтров. Электрические фильтры являются одними из основных элементов различных радиоэлектронных систем. Это обусловлено тем, что во многих областях науки и техники (радиотехника, акустика, различные отрасли машиностроения, медицина, системы телеметрии и телеуправления) необходимы выделение, подавление, фильтрация сигналов.

До сих пор мы говорили о системах LC – фильтров, в которых резонансные свойства определяются значениями индуктивности L и ёмкости С. Но LC – фильтры, особенно в диапазоне звуковых частот, очень громоздки, и в современных конструкциях их заменяют активными RC – фильтрами.

Активные RC – филътры пригодны для использования в самых различных устройствах. Например, они хорошо работают на весьма низкой (около 1 Гц) частоте среза и имеют добротность выше 100. Активные фильтры можно успешно применять в устройствах, которые сочетают функции модуляции, выпрямления и фильтрации, и в других, где нельзя использовать катушки индуктивности. Слуховые системы с активными RC – фильтрами используют для обнаружения шума на очень большом расстоянии. Их широко применяют при исследовании биотоков мозга и снятии энцефалограмм. С их помощью решают задачи распознавания речевых сигналов в моделях органов слуха и т.п.

Однако теоретические достоинства активных RC – фильтров – это одно, а использование их на практике – другое. Изготовление надёжных активных RC – фильтров оказалось делом гораздо более сложным, чем на первых порах представлялось разработчикам.

Прежде всего для таких фильтров необходим набор деталей с малым разбросом параметров (особенно конденсаторов и резисторов). Важно также исключить временной дрейф транзисторов и пассивных элементов, входящих в устройство.

Активный RC – фильтр, схема которого изображена на рис. 43, можно успешно использовать при конструировании светодинамических установок (СДУ). Как показала практика, этот фильтр в отличие от многих, рекомендуемых для фильтрации частоты в СДУ, является весьма практичным. В нём сравнительно немного транзисторов и деталей; он обеспечивает хорошую фильтрацию даже при значительном разбросе параметров деталей (см. таблицу).

Рис. 43. Схема активного RC – фильтра

Параметры деталей схемы RC – фильтра (рис. 43)

Таблица

–

Полоса Ёмкость С1 Сопротивление

пропускания, Гц конденсаторов, МКФ резисторов, кОм

С1 С2 СЗ С4 R3 R6

–

50.. .100 0,2 0,1 1 0,051 10 5,6

100.. .200 0,11 0,05 0,5 0,03 8,2 8,2

200… 400 0,051 0,015 0,2 0,015 9,1 8,2

400… 800 0,03 0,01 0,1 0,0068 8,2 8,2

800.. .1600 0,0115 0,0068 0,05 0,0033 5,6 6,8

1600… 3200 0,0084 0,001 0,025 0,0015 6,8 7,5

–

Тайна пляшущих человечков.

Мы познакомили читателя с различными электронными устройствами, с помощью которых моделируют системы слуха. С этим багажом можно уверенно двигаться вперёд – использовать модели в создании роботов, принцип работы которых основан на сложных процессах управления. Можно создать увлекательные модели, понимающие различные сигналы и даже умеющие танцевать под музыку. Представьте себе куклу и даже робота, отплясывающих весёлый танец под музыку. Такие чудесные модели ещё не созданы, но они вполне осуществимы.

Музыкальные звуки отличаются громкостью, ритмом, тембром и рядом других параметров. Для различных сочетаний этих признаков можно найти общие танцевальные движения, составить матричные таблицы и установить с их помощью закономерные связи звучаний музыки и движений в танце. Затем с помощью электронных устройств и RC – фильтров создать анализаторы, различающие не только тембр звучания, но и отдельные музыкальные ноты, и с помощью логических устройств научиться управлять движениями модели.

Рис. 44. Запись работы каменщика: а – пример записи некоторых движений, б – мотография записи работы каменщика

Возможно, что вам и матрицу составлять не придётся – это уже сделано в Советском Союзе энтузиастом, мурманским врачом А. П. Волышевым, который уже давно разработал систему для записи движений человека – мотографию. Элементы мотографической системы состоят из пяти ведущих знаков, трёх пар линеек и нескольких десятков дополнительных знаков, не превышающих числа нотных знаков в музыке. Пример записи некоторых движений показан на рис. 44, а.

В качестве иллюстрации использования мотогра – фии приводим пример записи работы каменщика (рис. 44, б). Следует отметить, что в записи работы каменщика учтено расположение кирпича слева от каменщика, а строительного раствора – справа. Каменщик держит мастерок в правой руке. На рисунке приведена запись переноса каменщиком раствора и кирпича к месту кладки.

Если вас заинтересует проблема автоматических танцев под музыку, то вначале придётся выполнить мотографическую запись выбранного танца, затем установить логические связи музыки и движений, после чего приступить к составлению логических схем танцев под музыку. Создание механической системы с электромагнитами или другими приводными устройствами будет самой лёгкой частью задачи.

Вас слушает робот

Представьте, что вы звоните по телефону приятелю и вслед за первым гудком в трубке слышите лёгкий щелчок и его голос: «Меня нет дома. Вернусь к восьми. Что вы мне хотите сказать?». Не пытайтесь уличить приятеля во лжи. Он не разыгрывает вас. И хотя слышен его голос, приятеля действительно нет дома. Вам ответил телефонный «секретарь». Когда его хозяин вернётся домой, магнитофон расскажет ему о вашем звонке и о том, что вы передали.

Как построен робот – автоответчик, поясняет рис. 45. Звук вызова (звонок) телефонного аппарата воспринимает микрофон ВМ1, преобразует в электрический сигнал, который приводит в действие сначала акустическое реле, а затем реле времени. Реле К2, Срабатывая, замыкает контакты К2.1 и подаёт питание на магнитофон, усилитель блока ответа и электромагнит ЭМ, приводящий в действие механизм подъёма телефонной трубки.

Блок ответа состоит из магнитной головки BS1 (воспроизводящей), установленной на магнитофоне, и транзисторного усилителя. Громкоговоритель ВА1 воспроизводит информационную запись, предварительно выполненную на одной из дорожек магнитной ленты. Индукционный датчик ИД с телефонного аппарата снимает сигнал сообщения и записывает его на другую дорожку магнитной ленты. По истечении времени выдержки реле К2 размыкает контакты и автоответчик переходит в исходное состояние.

Рис. 45 Схема робота-автоответчика

6. Моделирование зрения

Специалисты в области бионики ведут работы по моделированию некоторых функций человеческого глаза. Создана электронная модель сетчатки, воспроизводящая работу фоторецепторов в центральной ямке и на периферии, предложено устройство, аналогичное механизму управления движением глазного яблока. Уже есть попытки построить электронную модель цветового восприятия. Первые «видящие» роботы – это различные опознающие устройства, применяемые в медицине и криминалистике.

Принципиально то, что робот может «видеть» гораздо лучше человека. Ведь человеческому глазу доступна лишь оптическая часть спектра электромагнитных волн. А электронное устройство свободно от биологических ограничений. Его можно, например, сделать чувствительным к инфракрасным и ультрафиолетовым лучам. К электронному глазу можно подключить радар. Он способен видеть в темноте и при сверхярком свете, работать в комплексе с телескопом или микроскопом, фиксировать сверхбыстрые и сверхмедленные процессы.