Los Alamos National Labs
Los Alamos, NM 87545
(505)667-2902
Интернет-адрес для ВЕАМ games:
Принимайте участие
Соревнования по ВЕАМ доступны всем любителям робототехники. Вы можете поучаствовать в соревнованиях или просто получить удовольствие. Для получения текущей информации свяжитесь с Олимпийским комитетом по ВЕАМ-играм по адресу, указанному выше. На следующем сайте вы найдете информацию по изготовлению робота – солнечного шара.
Глава 9
Робот – система телеслежения
В этой главе мы построим робота – систему телеслежения. Как уже было показано в гл. 2, подобные роботы находят широкое применение в науке, бизнесе, индустрии развлечений, военном деле, различного рода исследованиях и промышленности.
Почему они так называются
Современный писатель, фантаст Роберт Хайнлайн считается первым, кто предсказал возможность применения роботов – систем телеслежения в фантастическом романе 1940 года под названием «Валдо». В этом романе человек управляет механическими куклами, называемыми «Валдо», отдавая команды из удаленного места.
Я обнаружил, что вместо использования термина «Валдо» к подобным устройствам более подходит слово «Голем», взятое из еврейской мифологии. История Голема описывает человеческий дух, который намеренно вселяется в глиняную статуэтку. Дух управляет глиняной статуэткой, отдавая ей приказания, которые дух не смог или не хотел бы исполнять в своей «человеческой» форме. Как только работа Голема завершена, дух возвращается в свое человеческое тело. Такое определение очень точно описывает новую науку телеслежения. По этой причине я назвал своего робота – систему телеслежения Голем I.
Что такое телеслежение?
Система телеслежения представляет собой систему дистанционного управления высокой точности, которая делает попытку перенести управляющие действия человека на удаленного робота. Интерфейс обратной связи строит систему телеслежения по образу виртуальной реальности. На рис. 9.1 показаны основные блоки системы телеслежения.
Рис. 9.1. Базовая схема системы телеслежения
В системах виртуальной реальности мы достигаем погружения в синтетическую, сгенерированную компьютером реальность, пользуясь иллюзией «обмана» чувств, что приводит к организации взаимодействия с этой синтезированной реальностью и вере в ее «существование». В системе телеслежения окружающий мир реален, но находится на определенном удалении. Таким образом, вместо компьютерно созданной искусственной реальности, сенсорные устройства, установленные на удаленном роботе, предоставляют оператору необходимую информацию об окружающей пространственной среде, как если бы он или она непосредственно находились в данном месте.
На стороне оператора, как уже говорилось, имеется оборудование типа виртуальной реальности, которое обеспечивает отображение достаточной информации от удаленных сенсорных устройств для того, чтобы чувства оператора «поверили», что данная среда является реальной и присутствующей «здесь». Достигнутый уровень «присутствия» зависит от точности и верности информации, передаваемой через интерфейсы. Человекоподобный робот, который может точно следовать человеческим движениям, жестам, перемещениям, сохранять равновесие и при этом обладает способностью передавать оператору зрительные, тепловые, тактильные и мышечные ощущения, возникающие в его искусственном «скелете», будет являться совершенным Големом. При этом должна возникнуть иллюзия сращивания или полного погружения человека-оператора в структуру робота.
Существующие системы телеслежения решают гораздо более скромные задачи. Во многих случаях такой робот представляет собой повозку типа той, которую мы собираемся построить. Лучшие образцы подобных устройств позволяют добиться иллюзии, что он или она управляют движением повозки, находясь внутри нее.
Подобные роботы могут создаваться для исследования или работы в суровых или вредных для здоровья условиях. Список подобных условий может включать воды Арктики, океанское дно, лесные пожары, действующие вулканы, ядерные реакторы, поверхность Луны, Марса и т. д.
Подструктура системы
Мы будем конструировать нашего робота на основе модели радиоуправляемого автомобиля. В идеальном случае модель должна иметь систему пропорционального управления ходом и поворотами автомобиля. В нашем прототипе используется именно такая модель автомобиля. Могут быть использованы более дешевые модели, но они обеспечивают худшее качество управления.
На рис. 9.2 приведена фотография радиоуправляемого автомобиля, снабженного пружинной системой подвески. Чтобы обеспечить «чувство» поверхности, система может быть снабжена датчиками наклона и неровностей дороги (тряски). В данном случае мы забегаем немного вперед.
Рис. 9.2. Модель радиоуправляемого автомобиля, используемого в системе телеслежения
Приобретите модель автомобиля, работающего на аккумуляторах и имеющего зарядное устройство. Для некоторых моделей радиоуправляемых автомобилей эти устройства можно приобрести отдельно.
Немного о радиоуправляемых автомобилях
Радиоуправляемые модели превратились в популярное хобби. Существуют радиоуправляемые модели самолетов, вертолетов, планеров, катеров, подводных лодок, автомобилей, мотоциклов и т. д. Каркасы и системы пружинной подвески большинства моделей подходят для создания на их базе роботов «Големов».
Еще недавно большинство моделей работало на жидком топливе. В конце 70-х годов развитие технологии производства электрических батарей и двигателей сделало модели, работающие на электрической энергии, более популярными.
В моделях радиоуправляемых автомобилей обычно используются двухканальные системы управления «приемник/передатчик». По одному каналу осуществляется управление поворотами, а по другому – «педалью» акселератора. Каждый сигнал передатчика управляется переменным резистором на панели передатчика. Потенциометр, управляющий поворотом модели, часто соединяют с небольшим рулевым колесом на корпусе передатчика. Потенциометр акселератора часто соединяют с рукояткой или джойстиком.
Микросхема кодера передатчика модулирует несущую с помощью импульсов переменной ширины. Ширина импульсов зависит от положения (сопротивления) движка переменного резистора. Ширина модулирующих импульсов изменяется от 1 до 2 мс (см. рис. 9.3). В среднем положении движка ширина импульсов составляет 1,5 мс. В одном крайнем положении ширина импульсов достигает 2 мс. В другом крайнем положении импульсы сокращаются до 1 мс.
Рис. 9.3. Последовательность импульсов ШИМ для управления работой сервомотора
Декодер приемника обрабатывает импульсы и посылает соответствующие команды на управляющие сервомоторы. Сервомотор представляет собой интегральную конструкцию, состоящую из двигателя, редуктора, выходного вала и печатной платы управления. Управляющая схема печатной платы внутри сервомотора генерирует соответствующие импульсы на основании сопротивления внутреннего потенциометра, соединенного с выходным валом сервомотора. Управляющая ИС сравнивает импульсы внутренней схемы сервомотора и импульсы, приходящие с декодера приемника. Поворотом оси вала сервомотора длительность этих импульсов уравнивается. Таким образом, сервомотор изменяет и отслеживает положение вала ротора в соответствии с сигналом передатчика.
Глаза
