مدار الکترونیکی روبات نوریاب یا بولینگر ساده ( با دو ترانزیستور)
برای ساخت ربات بولینگر ابتدا شما به یک سازه مکانیکی به همراه موتور و گریبکس نیاز دارید. پس از آن باید بخش الکترونیکی را به گونه ای بسازید که روبات بتواند در محیط به دنبال منبع نور بگردد و هوشمندانه به سمت آن حرکت کند. اصولاً روباتهای هوشمند نیاز به حسگرهایی دارند که اطلاعات مورد نظر را از محیط دریافت کرده و در قالب جریان الکتریکی وارد مدا کند. همانگونه که مشخص است ربات نوریاب باید اطلاعات مربوط به شدت نور اطراف خود را دریافت نماید که این کار توسط یک فتوسل انجام می شود.
فتوسل یا حسگر نور در واقع یک مقاومت متغیر است که مقدار آن با توجه به نور محیط تغییر می یابد. در صورتی که نور محیط را افزایش دهید مقاومت فتوسل کاهش یافته و جریان بیشتری از آن عبور می کند. همین تغییر جریان است که با توجه به الگوریتم تصمیم گیری ربات شما را هدایت می کند. در مقاله سعی شده است که ساده ترین مدار ممکن که در عین حال به خوبی هم کار می کند تشریح شود. به همین دلیل ممکن در برخی از موارد اصول حرفه ای طراحی مدار رعایت نشده باشد. دوباره متذکر می شویم که این مدار در عین سادگی بسیار کارآمد است و توسط تعداد زیادی از تیم های رباتیک در مسابقات دانش آموزی استان اصفهان ساخته و آزمایش شده است.
الگوریتم کاری این ربات نوریاب به این صورت است که ربات در ابتدای کار شروع به گردش در جای خود می نماید . (برای این کار کافی است که یکی از موتورهای آن روشن و دیگری خاموش باشد) این گردش آنقدر ادامه می یابد تا جلوی ربات به سمت منبع نور قرار گیرد. دی این لحظه ربات به حرکت گردشی خود پایان داده و به سمت منبع نور حرکت می کند. (این کار با روشن کردن هر دو موتور ربات اتفاق می افتد) در صورتی که در بین راه به هر دلیل راستای حرکت ربات و منبع نور تغییر نمود ، روبات مجدداً حرکت گردش خود را آغاز می نماید تا دوباره به سمت منبع نور قرار گیرد.
اگر در کار روبات کمی دقت کنید متوجه می شوید که یکی از موتورها همواره روشن و کنترل ربات از طریق خاموش و روشن کردن موتور دیگر انجام می شود. پس موتوری که همیشه روشن است به صورت مستقیم به منبع تغذیه متصل می نماییم.
مدار تغذیه موتور دوم نیز دارای یک فتوسل است ، هنگامی که فتوسل به سمت منبع نور قرار گیرد مدار تحریک شده و موتور روشن می شود. در این مدار از دو ترانزیستور استفاده شده است که وظیفه تقویت جریان عبوری از فتوسل را به عهده دارند. به دلیل اینکه جریان موتور از ترانزیستور دوم عبور می کند لازم است ترانزیستور T2 از نوعی انتخاب شود که قابلیت جریان دهی خوبی داشته باشد. ترانزیستور پیشنهادی از نوع منفی و به شماره Tip41 است که در صورت نیاز می توانید آن را با انوع مشابه تعویض نمایید. در طبقه اول تقویت نیز از یک ترانزیستور منفی به شماره BD139 استفاده شده . پس از ساخت و تست ربات ممکن است که ترانزیستور Tip41 کمی گرم شود که با نصب حرارت گیر مناسب بر روی آن می توانید این مشکل را حل کنید. دیود موجود در مدار به صورت معکوس دو سر موتور قرار گرفته است تا از آسیب دیدن ترانزیستور در برابر جریان برگشتی از موتور حفاظت نماید. همانگونه که در سایر بخشهای این مقاله توضیح داده شده است ، یکی از موتورها به صورت مستقیم به منبع تغذیه متصل بوده و همیشه روشن است. و موتور دوم با استفاده از مدار فوق راه اندازی می شود. به گونه ای که در هنگام نور خوردن فتوسل و راه اندازی موتور ربات به سمت جلو حرکت خواهد نمود. در صورتی که پس از نصب جهت گردش موتور عکس جهت مورد نظر بود جای سیم های اتصالی به ترمینالهای موتور را با یکدیگر تعویض نمایید. در صورتی که در قسمتهای مختلف ربات ولتاژهای متفاوتی نیاز دارید می توانید از رگولاتور ولتاژ برای کاهش سطح ولتاژ به مقدار مورد نظر خود استفاده کنید. به زودی دیاگرام کامل مدارت داخلی نمونه ساخته شده با کلیه سیم کشی های مربوطه بر روی سایت قرار خواهد گرفت.
تنظیم : پتانسیومتر موجود در مدار را به گونه تنظیم نمایید که موتور در مرز خاموشی قرار گیرد. حال اگر نور تابیده شده بر روی فتوسل کمی زیاد شود خواهید دید که موتور به گردش در می آید. با تمرین و تکرار می توانید ربات خود را در بهترین حساسیت قرار دهید.
الگوریتم و بخشهای مکانیکی روبات نوریاب - بولینگ
معمولاً در ساخت موبایل روبوتها برای اینکه روبات قابلیت حرکت در جهات مختلف را داشته باشد از چند روش استفاده می گردد مثلاً استفاده از چرخهای چند جهته ( امنی درکشنال ) که این روش بیشتر جهت ساخت رباتهای دقیق سرعتی مانند رباتهای جونیور استفاده می گردد. چرخ های مورد استفاده برای این رباتها چرخهای ویژه ای هستند که معمولاً سازنده ربات قیمت زیادی بابت آن ها پرداخت می کند ولی در عوض قدرت مانور روبات و همچنین دقت حرکت آن فوق العاده زیاد است.... ( بر روی ادامه مطلب کلیک کنید )
روش دیگر استفاده از دو نیروی محرکه مجزا در طرفین ربات است. در واقع اگر شما بتوانید به گونه ای سمت راست ربات را به جلو ببرید و سمت چپ ان را ثابت نگه دارید چرخ بر روی یک دایره دور خواهد زد. برای چنین کاری کافی شما یک موتور در سمت راست ربات و یک موتور در سمت چپ ربات استفاده نمایید. در صورتی که هر دو موتور روشن باشد ربات به سمت جلو حرکت می کند و با خاموش کردن هر یک از موتورها و روشن کردن موتور مقابل ربات در جهتی چرخش خواهد نمود. اکثر سازندگان رباتهای ساده از این روش جهت کنترل ربات خود استفاده می کنند. ربات نوریاب ما نیز همینگونه طراحی شده است. شما می توانید به ابتکار خود شکل سازه ربات را تغییر دهید و تعداد چرخ های آن را کم و زیاد نمایید تنها دقت داشته باشید که یکی از موتورها در سمت راست ربات و موتور دیگر در سمت چپ آن قرار گیرد.
برای تامین نیروی محرکه ربات باید یک موتور الکتریکی کوچک که ولتاژ کاری آن بین 3 تا 6 ولت است را انتخاب نمایید. معمولاً اینگونه موتورها قدرت چندانی ندارند و نمی توانند ربات شما را حرکت دهند. برای رفع این مشکل باید به نحوی نیروی موتور را افزایش دهید. معمولاً برای این کار از تعدادی چرخ دنده و یا تسمه و پولی استفاده می شود. شما با توجه به امکانات اطراف خود روش مناسب تر را انتخاب نمایید. اگر می خواهید یک نیروی محرکه خوب را بدون دردسرهای اضافی به دست آورید اسباب بازی ها گزینه مناسبی هستند. معمولاً درون اسباب بازی های متحرک مثل ماشینها حداقل یک موتور به همراه مجموعه ای از چرخ دنده ها ( گریبکس ) وجود دارد. موتور و گربکس نمونه ساخته شده به صورت کامل از نوعی ماشین اسباب بازی ( جیپ کوچک ) که قیمتی حدود هزار تومان دارد خارج شده است. البته نمونه های موتور و گریبکس سر هم در بازار موجود است که می توانید با قیمت بیشتری ( و البته کیفیت بهتر ) تهیه نمایید. پس از نصب موتور و گربکس بر روی بدنه ربات ( بدنه ربات را می توانید از چوب یا آلومینیوم بسازی ) نوبت به اتصال چرخ ها است. اگر از موتور و گریبکس ماشینها اسباب بازی استفاده کرده اید ، چرخ همان ماشین بهترین گزینه است در غیر اینصورت می توانید چرخ را از جنس چوب خراطی کنید یا از پلاستیک فشرده ( تفلون ) بسازید. دقت کنید که قطر چرخ شما سرعت ربات را تعیین می کند که هر چقدر قطر بیشتر باشد سرعت ربات بیشتر و در عوض قدرت آن کمتر می شود. معمولاً با چرخ هایی با قطر بین 5 تا 10 سانتی بهترین نتیجه حاصل می شود.
اگر ربات شما دو چرخ دارد ( در هر طرف یک چرخ ) باید برای حفظ تعادل آن فکری بکنید. این کار را می توانید با نصب دو چرخ هرز گرد در جلو و عقب روبات انجام دهید. اگر چرخ کوچک در دسترس ندارید کافی است که یک مفتول را به صورت قلاب ( علامت سوال ) در آورده و در انتها و ابتدای ربات نصب کنید. این کار از کشیده شدن عقب و جلوی ربات بر روی زمین جلو گیری می کند.
این ربات می تواند هسته اصلی یک روبات بولینگر را تشکیل دهد. در اینصورت باید جایی برای نصب سنسور حساس به نور ( فتوسل ) در ارتفاع 30 سانتی متری از کف زمین بر روی ربات در نظر بگیرید ( با توجه به قوانین این رشته از مسابقات ) همچنین بدنه ربات را به گونه ای طراحی کنید که در هنگام برخورد با بطری ها بشترین تعداد بطری را واژگون کند.
در صورتی که همه کارها را درست انجام داده باشد پس از اتصال مدار الکترونیک و همچنین قرار دادان فتوسل در جلوی ربات ، ربات شما منبع نور را دنبال خواهد کرد. ادامه دارد ...
برای ساخت ربات بولینگر ابتدا شما به یک سازه مکانیکی به همراه موتور و گریبکس نیاز دارید. پس از آن باید بخش الکترونیکی را به گونه ای بسازید که روبات بتواند در محیط به دنبال منبع نور بگردد و هوشمندانه به سمت آن حرکت کند. اصولاً روباتهای هوشمند نیاز به حسگرهایی دارند که اطلاعات مورد نظر را از محیط دریافت کرده و در قالب جریان الکتریکی وارد مدا کند. همانگونه که مشخص است ربات نوریاب باید اطلاعات مربوط به شدت نور اطراف خود را دریافت نماید که این کار توسط یک فتوسل انجام می شود.
فتوسل یا حسگر نور در واقع یک مقاومت متغیر است که مقدار آن با توجه به نور محیط تغییر می یابد. در صورتی که نور محیط را افزایش دهید مقاومت فتوسل کاهش یافته و جریان بیشتری از آن عبور می کند. همین تغییر جریان است که با توجه به الگوریتم تصمیم گیری ربات شما را هدایت می کند. در مقاله سعی شده است که ساده ترین مدار ممکن که در عین حال به خوبی هم کار می کند تشریح شود. به همین دلیل ممکن در برخی از موارد اصول حرفه ای طراحی مدار رعایت نشده باشد. دوباره متذکر می شویم که این مدار در عین سادگی بسیار کارآمد است و توسط تعداد زیادی از تیم های رباتیک در مسابقات دانش آموزی استان اصفهان ساخته و آزمایش شده است.
اگر در کار روبات کمی دقت کنید متوجه می شوید که یکی از موتورها همواره روشن و کنترل ربات از طریق خاموش و روشن کردن موتور دیگر انجام می شود. پس موتوری که همیشه روشن است به صورت مستقیم به منبع تغذیه متصل می نماییم.
مدار تغذیه موتور دوم نیز دارای یک فتوسل است ، هنگامی که فتوسل به سمت منبع نور قرار گیرد مدار تحریک شده و موتور روشن می شود. در این مدار از دو ترانزیستور استفاده شده است که وظیفه تقویت جریان عبوری از فتوسل را به عهده دارند. به دلیل اینکه جریان موتور از ترانزیستور دوم عبور می کند لازم است ترانزیستور T2 از نوعی انتخاب شود که قابلیت جریان دهی خوبی داشته باشد. ترانزیستور پیشنهادی از نوع منفی و به شماره Tip41 است که در صورت نیاز می توانید آن را با انوع مشابه تعویض نمایید. در طبقه اول تقویت نیز از یک ترانزیستور منفی به شماره BD139 استفاده شده . پس از ساخت و تست ربات ممکن است که ترانزیستور Tip41 کمی گرم شود که با نصب حرارت گیر مناسب بر روی آن می توانید این مشکل را حل کنید. دیود موجود در مدار به صورت معکوس دو سر موتور قرار گرفته است تا از آسیب دیدن ترانزیستور در برابر جریان برگشتی از موتور حفاظت نماید. همانگونه که در سایر بخشهای این مقاله توضیح داده شده است ، یکی از موتورها به صورت مستقیم به منبع تغذیه متصل بوده و همیشه روشن است. و موتور دوم با استفاده از مدار فوق راه اندازی می شود. به گونه ای که در هنگام نور خوردن فتوسل و راه اندازی موتور ربات به سمت جلو حرکت خواهد نمود. در صورتی که پس از نصب جهت گردش موتور عکس جهت مورد نظر بود جای سیم های اتصالی به ترمینالهای موتور را با یکدیگر تعویض نمایید. در صورتی که در قسمتهای مختلف ربات ولتاژهای متفاوتی نیاز دارید می توانید از رگولاتور ولتاژ برای کاهش سطح ولتاژ به مقدار مورد نظر خود استفاده کنید. به زودی دیاگرام کامل مدارت داخلی نمونه ساخته شده با کلیه سیم کشی های مربوطه بر روی سایت قرار خواهد گرفت.
تنظیم : پتانسیومتر موجود در مدار را به گونه تنظیم نمایید که موتور در مرز خاموشی قرار گیرد. حال اگر نور تابیده شده بر روی فتوسل کمی زیاد شود خواهید دید که موتور به گردش در می آید. با تمرین و تکرار می توانید ربات خود را در بهترین حساسیت قرار دهید.
الگوریتم و بخشهای مکانیکی روبات نوریاب - بولینگ
معمولاً در ساخت موبایل روبوتها برای اینکه روبات قابلیت حرکت در جهات مختلف را داشته باشد از چند روش استفاده می گردد مثلاً استفاده از چرخهای چند جهته ( امنی درکشنال ) که این روش بیشتر جهت ساخت رباتهای دقیق سرعتی مانند رباتهای جونیور استفاده می گردد. چرخ های مورد استفاده برای این رباتها چرخهای ویژه ای هستند که معمولاً سازنده ربات قیمت زیادی بابت آن ها پرداخت می کند ولی در عوض قدرت مانور روبات و همچنین دقت حرکت آن فوق العاده زیاد است.... ( بر روی ادامه مطلب کلیک کنید )
روش دیگر استفاده از دو نیروی محرکه مجزا در طرفین ربات است. در واقع اگر شما بتوانید به گونه ای سمت راست ربات را به جلو ببرید و سمت چپ ان را ثابت نگه دارید چرخ بر روی یک دایره دور خواهد زد. برای چنین کاری کافی شما یک موتور در سمت راست ربات و یک موتور در سمت چپ ربات استفاده نمایید. در صورتی که هر دو موتور روشن باشد ربات به سمت جلو حرکت می کند و با خاموش کردن هر یک از موتورها و روشن کردن موتور مقابل ربات در جهتی چرخش خواهد نمود. اکثر سازندگان رباتهای ساده از این روش جهت کنترل ربات خود استفاده می کنند. ربات نوریاب ما نیز همینگونه طراحی شده است. شما می توانید به ابتکار خود شکل سازه ربات را تغییر دهید و تعداد چرخ های آن را کم و زیاد نمایید تنها دقت داشته باشید که یکی از موتورها در سمت راست ربات و موتور دیگر در سمت چپ آن قرار گیرد.
اگر ربات شما دو چرخ دارد ( در هر طرف یک چرخ ) باید برای حفظ تعادل آن فکری بکنید. این کار را می توانید با نصب دو چرخ هرز گرد در جلو و عقب روبات انجام دهید. اگر چرخ کوچک در دسترس ندارید کافی است که یک مفتول را به صورت قلاب ( علامت سوال ) در آورده و در انتها و ابتدای ربات نصب کنید. این کار از کشیده شدن عقب و جلوی ربات بر روی زمین جلو گیری می کند.
این ربات می تواند هسته اصلی یک روبات بولینگر را تشکیل دهد. در اینصورت باید جایی برای نصب سنسور حساس به نور ( فتوسل ) در ارتفاع 30 سانتی متری از کف زمین بر روی ربات در نظر بگیرید ( با توجه به قوانین این رشته از مسابقات ) همچنین بدنه ربات را به گونه ای طراحی کنید که در هنگام برخورد با بطری ها بشترین تعداد بطری را واژگون کند.
در صورتی که همه کارها را درست انجام داده باشد پس از اتصال مدار الکترونیک و همچنین قرار دادان فتوسل در جلوی ربات ، ربات شما منبع نور را دنبال خواهد کرد. ادامه دارد ...