Рис. 12.3. Редуктор с отношением 100:1
В прототипе использован редуктор с передаточным числом 1000:1. Вы можете использовать любой другой редуктор, умещающийся в прозрачной сфере с внутренним диаметром 140 мм. Выберете редуктор с большим передаточным числом, что позволит уменьшить частоту вращения (7 об/мин).
Конструкция робота
Первым делом нужно обратить внимание на корпус устройства. Он должен быть прозрачным и иметь достаточные размеры для размещения редуктора и электрических схем. В прототипе был использован сферический корпус диаметром 140 мм. Стыкующиеся из половин прозрачные сферы продаются во многих магазинах, специализирующихся на товарах для любителей. Подобные сферы используются любителями для размещения в них различных поделок «выходного дня». Если вы не сможете приобрести такую сферу в местном магазине, то можете заказать ее в Images SI (см. список деталей конструкции в конце главы). Пластиковый корпус является хрупким. Не заставляйте вашего робота подниматься или спускаться по ступеням, корпус может разбиться, что приведет конструкцию в негодность.
Разделите две половины корпуса. Сперва необходимо точно определить геометрический центр каждой полусферы. В этих точках будут присоединяться концы вала редуктора. Определение положения точки центра может показаться более легким, чем это есть на самом деле. Для отыскания центра я был вынужден нарисовать на бумаге окружность по периметру полусферы, затем нарисовать квадрат вокруг окружности со сторонами, касающимися окружности (см. рис. 12.4). Проведя диагонали квадрата, я нашел геометрический центр окружности. Затем полусфера была помещена на рисунок окружности. Если вы держите голову прямо напротив сферы, вы сможете визуально определить центр и отметить его на сфере с помощью маркера. Я попробовал этот способ раз или два, но результаты были неудовлетворительны. В конце концов, я наклеил бумагу на фанеру толщиной 1,5 мм и просверлил небольшое отверстие в отмеченном центре. Затем я взял небольшой штырь длиной 63 мм и зафиксировал его в отверстии, следя за тем, чтобы он был перпендикулярен плоскости. Возьмите полусферу за обод и совместите ее диаметр с нарисованной окружностью. Конец штыря укажет положение центра с большой точностью. Отметьте положение центра сперва на одной полусфере, а затем – на второй.
Рис. 12.4. Чертеж для нахождения центра окружности
Следующим шагом будет изготовление запорного устройства фиксатора внутри сферы, которое будет препятствовать свободному вращению вала редуктора внутри сферы. Поскольку вал зафиксирован, то это приводит к вращению самого редуктора внутри сферы. При этом центр тяжести перемещается, и робот двигается вперед. В то же время конструкция фиксатора вала редуктора должна обеспечивать по необходимости разъем и соединение половин сферы. Система, которую я использую, иллюстрирована рис. 12.5 и 12.6. Для этой цели мной был использован тот же тип прозрачного пластика, из которого сделана сфера, а вы можете изготовить эти части из других материалов, например из латуни или дерева.
Рис. 12.5. Детали привода прозрачной сферы
Рис. 12.6. Положение редуктора внутри сферы
Первая деталь представляет собой небольшой отрезок трубки с внешним диаметром 15 мм, внутренним диаметром 12 мм и длиной 9,5 мм. Эта трубка приклеивается к центру полусферы в отмеченной нами ранее точке.
Внутрь трубки вклеивается половина разрезанного вдоль стержня диаметром 12 мм и длиной 9,5 мм. Эта часть может быть вклеена в трубку перед приклеиванием трубки к поверхности полусферы.
Затем отрежьте небольшой кусочек стержня из жесткого пластика диаметром 12 мм. Распилите его вдоль по длине 9,5 мм и удалите половину. Это можно сделать при помощи ножовки или шлицовки. Сперва пропилите щель на глубину 9,5 мм, а затем сделайте горизонтальный пропил для удаления одной половины. Проверьте, что стержень заходит на всю глубину в трубку 15 мм и надежно соединяется с внутренней поверхностью полусферы. Если этого не происходит, подпилите полукруглый конец стержня. В другом конце стержня просверлите по центру отверстие, соответствующее диаметру вала редуктора.
Конструкция крепления ко второй полусфере проще по изготовлению. Приклейте небольшой отрезок трубки с внешним диаметром 15 мм и внутренним диаметром 12 мм к центру полусферы, используя нанесенную отметку. Отрежьте небольшой кусок стержня диаметром 12 мм. Убедитесь, что стержень легко вставляется в трубку 15 мм. Если нет, то возьмите небольшой кусок наждачной бумаги средней зернистости. Оберните наждачную бумагу на расстоянии 12 мм от конца стержня. Зачистите конец стержня, вращая его в кольце наждачной бумаги. Продолжайте зачищать стержень до тех пор, пока он не будет легко входить с отверстие трубки. Затем просверлите в другом конце стержня отверстие, соответствующее диаметру вала редуктора.
Необходимо, чтобы редуктор располагался точно в центре сферы. Вставьте конец вала редуктора в отверстие в пластиковом стержне. Вставьте стержень в трубку, прикрепленную к внутренней поверхности полусферы нашего шара.
Добейтесь центрального положения редуктора и отметьте глубину, на которую вал редуктора входит в пластиковый стержень. Выньте редуктор из отверстия в стержне. Приготовьте небольшое количество эпоксидного клея. Нанесите эпоксидный клей на вал редуктора и вставьте его в отверстие стержня. Перед тем как продолжить, дождитесь высыхания клея.
Как только клей высохнет, мы должны вклеить второй пластиковый стержень с противоположной стороны. Вставьте приклеенный стержень в полусферу. В противоположный конец вала вставьте другой пластиковый стержень. Соедините половины сферы в первый раз. Заметьте глубину, на которую вал редуктора войдет в пластиковый стержень, и добавьте 3 мм для компенсации возможной ошибки. Приклейте и дайте клею подсохнуть. Во время склейки второго конца вала редуктора убедитесь, что половины сферы смыкаются нужным образом.
Электрическая схема
Электрическая схема представляет собой электронный ключ, управляемый интенсивностью светового потока. Когда уровень средней окружающей освещенности мал (возможна подстройка порогового значения), то схема отключает питание двигателя редуктора. Порог чувствительности схемы регулируется с помощью переменного резистора V1.
В изготовлении схемы нет ничего сложного. Если вы не хотите приобрести или изготовить печатную плату, то схема может быть собрана и смонтирована на макетной плате.
Работа схемы
Схема содержит операционный усилитель структуры КМОП, используемый в качестве компаратора напряжений. Компаратор сравнивает значения двух входных напряжений. Одно из напряжений называется опорным и обозначается Vоп. Это значение сравнивается с входным напряжением, обозначаемым Vвх. Когда значение Vвх. превышает или падает ниже Vcn., то состояние выхода компаратора изменяется.
Два входных напряжения подаются на выводы 2 и 3 ИС. Вывод 2 (инвертированный вход) соединен с источником опорного напряжения, образованного делителем напряжения на резисторах R1 и R2 и составляющего примерно 1,5 В.
Фоторезистор R3 образует вместе с переменным резистором V1 другой делитель напряжения, который соединен с неинвертированным входом ОУ.
В данной схеме включения ОУ нет резистора обратной связи между выходом ОУ (вывод 6) и одним из его входов, что позволяет ОУ работать в режиме максимального усиления (открытая петля).
В качестве датчика освещенности используется CdS фоторезистор. Фоторезистор изменяет свое сопротивление пропорционально величине светового потока, падающего на его поверхность. CdS фоторезистор имеет наибольшее сопротивление в полной темноте. С увеличением интенсивности светового потока его сопротивление падает. В данной схеме CdS фоторезистор включен в схему делителя напряжения. Изменение сопротивления CdS фоторезистора приводит к изменению падения напряжения на
