Робот

Нужно сразу оговориться: разработка сложной кибернетической модели робота требует много времени, деталей, материалов и в условиях пионерлагеря практически невозможна.

Нам удалось сделать модель простейшего человекоподобного робота. Высота робота около 70 см, и хотя вид у него внушительный, он сделан из тонкого картона, затем покрыт фольгой или окрашен.. Чтобы робот был устойчивым, самые тяжелые его детали размещаются в ногах. В ступнях робота находятся батарейки 3336Л, двигатели, перемещающие робот, и колеса с резиновыми шинами. Как сконструировать ноги робота, чтобы он шагал и был устойчивым, видно из рис . 3.15 (в программе нашего пионерлагеря эта работа тринадцатая по счету).

Силами старших и опытных ребят эту модель можно снабдить программным управлением. Можно сделать, чтобы робот двигался на свет. Можно — чтобы он понимал человеческую речь и по команде Иди шел вперед, а по команде Стой останавливался. Для этого нужно собрать акустический автомат, умеющий анализировать звуковые команды. Он реагирует на звуковые колебания, примерно соответствующие произношению гласных букв и и о. Если к исполнительным выводам этого автомата подключить электрический двигатель, то произносимые громко слова иди и стой будут заставлять модель слушаться. В таком автомате (рис. 3.16) микрофон выполняет роль датчика. Он преобразует звуковой сигнал в электрические колебания, а усилитель низкой частоты усиливает их. Затем колебания низкой частоты поступают на дешифратор с двумя фильтрами, каждый из которых настроен на определенную полосу звуковых частот (звук и соответствует частоте колебаний 400...700 Гц, а звук о — частоте 150...,.300 Гц). Принятый дешифратором сигнал соответствующей частоты вызывает срабатывание одного из электронных, реле, которое своими контактами включает двигатель и сигнальную лампочку.

Принципиальную схему акустического электронного реле вы видите на рис. 3.16.. Каскады, на транзисторах VI—V3 образуют простейший усилитель низкой, частоты. Сигнал с микрофона В 1 поступает на базу транзистора VI и управляет его коллекторным током, который, в свою очередь, поступает на базу транзистора V2 и усиливается им.

Рис. 3.16. Анализатор звуковых команд

Точно так же коллекторный ток транзистора V2 усиливается транзистором VS. В цепь коллектора последнего включена нагрузка — резистор R3. Режимы транзисторов усилителя по постоянному току определяются сопротивлением резистора R1, изменяя которое в пределах от 200 до 600 кОм можно регулировать чувствительность автомата.

Последовательнее соединение транзисторов позволяет получить довольно большее усиление тока, которое может достигать величины, равной произведению статических коэффициентов передачи тока применяемых приборов.

С выхода усилителя командный сигнал через конденсатор С 2 поступает на вход дешифратора, но срабатывает та из его двух ячеек, которая настроена на частоту сигнала. Дело в том, что сопротивление параллельного колебательного контура для колебаний, частота которых совпадает с его собственной частотой, во много раз больше, чем для колебаний всех других частот. Это свойство контура и лежит в основе принципа работы ячеек дешифратора.

Пока сигнала на входе дешифратора нет, составной транзистор V4V5 первой ячейки электронного реле немного приоткрыт напряжением смещения, создаваемым делителем R6R7. В этом режиме ток в коллекторной цепи составного транзистора и обмотке реле Д 7 минимален, он не вызывает срабатывания реле. Это реле не срабатывает и при поступлении сигнала с частотой, отличной от резонансной частоты колебательного контура L1C3, так как в этом случае сопротивление контура мало и практически все входное напряжение падает на резисторе R.4.

С поступлением на вход дешифратора сигнала с частотой, близкой резонансной частоте контура (для которой сопротивление контура L1C3 велико), на составной транзистор V4V5 подается переменное напряжение командного сигнала. Это напряжение, усиленное транзистором, выделяется на обмотке реле К 1 и с нее через конденсатор С5 попадает на диод V8. В результате выпрямления на резисторе R7 появляется постоянная составляющая, которая в отрицательной полярности подается через катушку Ы на базу транзистора V4. Коллекторный ток составного транзистора при этом резко возрастает, реле К 1 срабатывает. Его контакты К 1 .1 блокируют цепь питания обмотки этого реле, а контакты К1-2 размыкают блокировочную цепь реле К2 и подключают электродвигатель Ml-к батарее питания G2.

Точно так же работает и вторая ячейка дешифратора, только реагирует она на сигналы другой частоты. Если будет подан командный сигнал с частотой 150...300 Гц, то сработает реле К 2 , которое контактами К.2.2 разомкнет цепь питания обмотки реле К1 и включит индикаторную лампочку H1, а контактами К2.1 заблокирует свою обмотку. Такое положение автомат принимает по команде Стой.

Детали акустического автомата лучше разместить на трех отдельных монтажных платах из гетинакса или текстолита толщиной 2...3 мм. Размеры и форма плат определяются объемом свободного пространства внутри модели.

В качестве микрофона В 1 применен телефон ТА-56М (можно и электродинамический капсюль ДЭМ-4М). Резисторы МЛТ-0,125, электролитические конденсаторы К50-6 (можно ЭМ), конденсаторы СЗ—С6 К74-5, К10-7 или КМ. Транзисторы V1—V7 маломощные низкочастотные МП39— МП42, желательно малошумящие — с индексом Б.

Коэффициент передачи тока всех транзисторов может быть в пределах от 40 до 100. Полупроводниковые диоды V8, V9 серии Д 9 или Д2 с любым буквенным индексом.

Электромагнитные реле К1—К2, работающие в ячейках дешифратора, РЭС-6, РЭС-9 или самодельные с током срабатывания до 30...40 мА. В некоторых случаях следует ослабить возвратные пружины якоря, чтобы реле надежно срабатывало при напряжении 5...6В ,

Каркасом для индуктивностей L1 и L2 служат катушки от ниток, только отверстия в них нужно рассверлить до диаметра 8 мм. На катушки намотайте внавал провод ПЭЛ или ПЭВ диаметром 0,12.,.0,18 мм, у первой катушки 2000г а у второй 3200 витков. Подстроечные сердечники (диаметром 8 и длиной 50 мм из феррита марки 1000Н-М или 600НН) отколите от ферритового стержня. Сердечник должен с небольшим трением перемещаться внутри катушки.

Микроэлектродвигатель Ml , устанавливаемый в моделях автомобилей, обычно рассчитан на напряжение 4,5В , поэтому он подключается контактами реле К 1.2 к средней точке источника питания, состоящего из двух последовательно соединенных батарей 01 и G2 3336Л.

Индикаторная (сигнальная) лампочка H1 — на напряжение 6,3 В.

Налаживание акустического электронного реле можно проводить без специальной измерительной аппаратуры, понадобится только звуковой генератор (можно самодельный) и простейший авометр.

После проверки монтажа приступают к настройке усилителя низкой частоты. Между плюсовым проводником питания и положительным выводом конденсатора С 2 включают высокоомные телефоны. Произнося перед микрофоном слова или подавая тональные сигналы, вы должны услышать в подключенных телефонах неискаженный усиленный звук. Если этот звук очень сильный и хриплый, то в цепь эмиттера транзистора V3 следует включить резистор сопротивлением 51..Л00 Ом, Если звук в телефонах, напротив, слишком тихий, следует более тщательно подобрать сопротивление резистора R1 (в пределах от 220 до 680 кОм). Далее, отключив телефоны от усилителя, начинайте настройку резонансных контуров ячеек дешифратора. При наличии звукового генератора его выводы соединяют с теми же точками на схеме, что и контрольные телефоны при проверке усилителя. Установив генератор на частоту 550 Гц (середина частотного диапазона 400...700 Гц), подайте к ячейкам дешифратора сигнал напряжением 2... ...3 В. Плавно вводя сердечник в катушку Ы, настройте контур на частоту резонанса. В момент резонанса коллекторный ток составного транзистора V4V5 должен резко возрасти , а реле К.1 — четко сработать. Чем точнее настройка, тем больше будет коллекторный ток транзистора. Изменяя сопротивление резистора R4, надо добиться, чтобы сила этого тока была не менее 35...50 мА. Настройку контура можно вести и подбором емкости конденсатора СЗ в пределах от 0,022 до 0,047 мкФ.

Таким же образом настройте в резонанс с частотой 225 Гц (середина частотного диапазона 150...300 Гц) второй контур — L2C4. При настройке емкость конденсатора С 4 можно изменять в пределах от 0,1 до 0,33 мкФ, а сопротивление резистора R5 — от 47 до 100 кОм.

Повторите настройку резонансных контуров ячеек дешифратора еще два-три раза, но при более слабых сигналах звукового генератора. И наконец, отключив звуковой генератор, проверьте работоспособность всего устройства, подавая команду голосом. Не исключено, что после этого также потребуется внести некоторые коррективы в настройку ячеек.

Окончательную проверку работы и подстройку дешифратора производят после установки всех плат автомата в роботе. Микрофон разместите так, чтобы его звуковое отверстие было открыто. Правильно собранный и настроенный акустический автомат при подаче команды Иди (нужно форсировать звук и в этом слове) подключает к источнику питания электродвигатель, и модель трогается с места. Остановить робота вы сможете новой командой — Стой (выделяя звук о).. Когда модель остановится, должна загореться сигнальная лампочка.

Если вы захотите расширить возможности аппаратуры, например добавить команду Назад (произношению буквы а соответствует полоса частот 700..1100 Гц), следует собрать еще одну ячейку дешифратора по аналогичной схеме и настроить резонансный контур на указанный диапазон частот.