Занимательная анатомия роботов


НазваниеЗанимательная анатомия роботов
страница6/11
Дата публикации15.03.2013
Размер1.23 Mb.
ТипДокументы
userdocs.ru > Журналистика > Документы
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

^ Управление звуком. Акустическим каналом связи пользуются в основном птицы, животные и человек. Речевой и слуховой аппараты человека настолько хо­рошо приспособились к звуковым сообщениям, что лучшего желать трудно. Для решения технических за­дач акустический канал малопригоден из-за относи­тельно низкой скорости звука в воздухе и значитель­ного затухания при распространении.

В наш век космических скоростей применение аку­стического канала в технике связи — это только исто­рия. Проводная связь и радиосвязь его полностью вы­теснили. А вот использование акустических каналов для дистанционного управления подвижными моделя­ми имеет многие преимущества не только по сравне­нию с проводными линиями, но и с радио.

Конечно, управление моделью по радио очень эф­фектно, и трудно его сравнить с каким-либо другим видом телеуправления. Но здесь есть и свои трудно­сти. Например, прежде, чем делать передающую аппа­ратуру радиоуправления моделью, даже самой про­стой, нужно иметь соответствующее органов Госу­дарственной инспекции электросвязи разрешение на работу с передатчиком, выдаваемое по ходатайству областных (краевых) радиотехнических школ. Ос­новные положения действующей «Инструкции о по­рядке регистрации и эксплуатации любительских при­емопередающих радиостанций индивидуального и коллективного пользования» изложены в журнале «Радио» № 5 за 1968 год (с. 61 — 62).

Однако же и без радио может получиться неплохо. Заиграл на дудочке (да — да, на самой обыкновенной ду­дочке для малышей) — тронулась модель. Заиграл еще раз — повернула вправо, в третий раз — влево...

Радиус действия аппаратуры при работе от дудоч­ки достигает 10... 15 м. Описываемая система управле­ния звуком была применена в модели «Кобра, тан­цующая под музыку». Кобра, повинуясь звукам дудоч­ки, то поднимается вверх, то опускается или раскачи­вается. Схема электронного блока кобры показана на рис. 40. Эту систему можно использовать и для упра­вления моделями автомобилей и кораблей. Ее радиус действия может быть легко увеличен, если дудочку за­менить генератором звуковой частоты, к выходу кото­рого подключить малогабаритную динамическую го­ловку. Такой источник звука будет излучать весьма громкие сигналы, что может значительно увеличить радиус действия аппаратуры. Кроме того, генератор звуковых частот излучает более стабильные по частоте колебания, чем дудочка, что повышает надежность ра­боты аппаратуры в целом.

Число команд управления без существенных изме­нений схемы может быть увеличено до 6 — 9. Для этого потребуется лишь увеличить число фильтров звуковых частот в приемной части системы.

Такое устройство можно взять за основу системы звукового управления роботом или его ЭВМ. Система звукового управления роботом должна включать в се­бя небольшой переносный электронный генератор зву­ковых команд и установленное в модели робота при­емное устройство.

На рис. 41 показана схема генератора звуковых команд.

Генератор звуковых команд состоит из трех муль­тивибраторов, генерирующих частоты 280, 560 и 1100 Гц, двухтактного усилителя сигналов мультиви­браторов и динамической головки. Выходы мультиви­браторов подключают к усилителю сигналов через контакты трех кнопок. На рис. 42 представлена схема приемного устройства звуковых команд. Оно состоит из входного микрофонного усилителя и трех избира­тельных электронных реле, настроенных на соответ­ствующие частоты мультивибраторов генератора.


^ Рис 40 Схема «Кобры танцующей под музыку»
Вот фактически и весь канал телеуправления — от генераторов звуковых команд до выходных реле приемного устройства. К ним подключают дешифра­тор — электромагнитный шаговый искатель. Посмо­трим, как он используется для операции сложения. Допустим, на командную кнопку SB1 (см. рис. 41) нажали три раза — движок искателя переместился на три шага. Если вслед за этим набрать цифру 7, то дви­жок переместится на десятый контакт, если 8 — то на одиннадцатый, и т. д. Подавая через контакты шагово­го искателя напряжение, включающее светящиеся цифры от 1 до 10 или 20, мы «научим» модель робота, например, решать простейшие задачи на сложение.



^ Рис 41 Генератор звуковых команд


Задачу на вычитание робот может решить, только если шаговый искатель имеет обратный ход. На часто­те 280 Гц набирают уменьшаемое число, а на частоте 560 Гц — вычитаемое. Движок искателя укажет раз­ность. Приводя в действие третий мультивибратор, ис­катель переводят в исходное положение.

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 трех, а частоты получить коммутацией конденсаторов и резисторов. В зависимости от расстояния между передатчиком и приемником мощность динамической головки может быть выбрана в пределах 0,1...0,5 Вт.

Настраивать резонансные контуры приемника 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, включенным в цепь выходного реле канала. Настройку ведут по максимуму показаний при­бора, когда на вход приемника подают сигналы с мультивибраторов.

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


^ Рис. 42. Приемник 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 емкости 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 надежных 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 нем сравнительно не­много транзисторов и деталей; он обеспечивает хорошую фильтрацию даже при значительном разбросе па­раметров деталей (см. таблицу).

^ Рис. 43. Схема активного RC — филыпра
Таблица

Параметры деталей схемы RC — фильтра

(рис. 43)

Полоса про­пускания, Гц

Емкость С1

конденсаторов С2

, МКФ

СЗ

С4

Сопроти кОм R3

вление резисторов, 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 вперед — 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 веселый танец под музыку. Такие чу­десные модели еще 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 при­дется — 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, трех 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 придется 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 легкой частью задачи.
^ ВАС СЛУШАЕТ РОБОТ
Представьте, что вы звоните по телефону приятелю и вслед за первым гудком в труб­ке слышите легкий 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 вернется 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 подает питание на магнитофон, усилитель блока ответа и электромагнит ЭМ, приводящий в действие механизм подъема 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.

Современные фотореле реагируют на невидимые глазом участки спектра (инфракрасное и ультрафиоле­товое излучение), способны регистрировать изменения параметров света, происходящие с частотой до мил­лиона колебаний в секунду (предельная частота, во­спринимаемая человеческим глазом, 20 Гц).

Как уже говорилось, электронными элементами зрения в технике являются фотоэлементы — устройства, которые при освещении меняют свои электрические характеристики (одни из них под действием света на­чинают пропускать электрический ток, другие сами становятся источниками тока). Основное различие ме­жду человеческим глазом и фотоэлементом состоит в том, что глаз в сочетании с мозгом создает деталь­ное изображение увиденного, фотоэлемент же всего лишь различным образом реагирует на факт наличия света.

На рис. 46 показана увеличенная структура сетчат­ки глаза, состоящей из палочек и колбочек. Любая чувствительная к свету клетка сетчатки соединена не­посредственно со зрительным нервом, а также с други­ми клетками, которые, в свою очередь, соединены ме­жду собой. Таким образом, световой сигнал уже на этом этапе «продумывается». Сам глаз человека вы­полняет часть функций осмысливания, свойственных головному мозгу.

Подобно сетчатке глаза устроен экран электронно­лучевых передающих трубок, состоящий из множества микроскопических элементов диаметром около 1 мкм (рис. 47). Ток каждого микрофотоэлемента трубки коммутируется электронным лучом, построчно пробе­гающим по всем микрофотоэлементам экрана.

Чтобы научить робота видеть, нет нужды приделы­вать ему голову с глазами. Как ни странно, у роботов — манипуляторов глаза, как правило, находятся в руке... Вот вам пример. Представьте себе, что вместо рабоче­го у печи стоит робот — механическая рука. В упра­вляющей вычислительной машине заложена программа его действий. Нужно только отдать команду приступить к работе (рис. 48).



Рис 46 Структура сетчатки г газа


Рис 47 Экран передающей те ревизионной трубки

Рис 48. Манипулятор за работой
Робот зашевелился, протянул клешню в печь, на­щупал раскаленную деталь, взял ее точно посередине, осторожно вынул, перенес, минуя окружающие пред­меты, к ванне и опустил в масло. Вернулся за второй деталью, взял ее точно так же, потом за третьей, че­твертой... И так без устали, без передышки.

Для этого у него есть все возможности. В его клешне расположены фотоглаза, которыми робот «ви­дит» деталь и на расстоянии, и в непосредственной близости.

На рис. 49 показана структурная схема электронно­го блока робота, занимающегося построением «доми­ков» из кубиков под зрительным контролем. Телеви­зионная камера наблюдает за работой руки (глаз системы). Электронно — вычислительное устройство управляет механической рукой на основе анализа телевизионных сигналов и ин­формации о положении руки. Эта, казалось бы, очень простая задача тре­бует создания сложней­ших программ для ЭВМ. Следует сказать, что на пути к созданию ма­шин, способных приспоса­бливаться к окружающей обстановке, самое труд­ное препятствие — пробле­ма искусственного зрения. Это огромное поле дея­тельности для любого че­ловека, интересующегося системами электронного зрения и их практическим воплощением. А вот как все начиналось.
^ Рис 49 Схема интегрального робота
Рис 50 Селеновый фотоэле­мент
В 1917 году шведский химик Йене Берцелиус от­крыл новый химический элемент — селен. Было замече­но, что в обычных условиях он проводит электриче­ский ток очень плохо. Если включить в цепь (рис. 50) батареи и миллиамперметра пластину селена, то, пока свет не попадет на нее, ток в цепи будет очень слабым, так как удельное сопротивление селена велико. Но стоит лишь осветить селеновую пластину, как сопро­тивление ее резко уменьшается, а ток возрастает. Чем больше будет освещенность пластины, тем меньше ее сопротивление и тем сильнее ток в цепи.

Научное объяснение фотосопротивления было дано много лет спустя после его открытия. Сделал это наш выдающийся соотечественник Александр Григорьевич Столетов.

В наше время любой юный техник без особого тру­да может сделать фототранзистор. Принцип действия фототранзистора основан на чувствительности к свету полупроводникового р — и перехода. Кванты света, па­дая на переход, высвобождают в нем электроны. Чем больше световой энергии попадает на полупроводник, тем больше высвобождается электронов. В результате появляется дополнительный электрический ток через эмиттерный переход, управляющий сопротивлением транзистора. Для изготовления фоторезистора необхо­дим исправный транзистор МП40 или МП42 со статическим коэффициентом передачи тока h2i3 = 40... 100 и начальным током коллектора не более 20 мкА. Лоб­зиком осторожно спиливают крышку транзистора и тщательно удаляют с кристалла попавшие на него металлические опилки. Если эти операции выполнены аккуратно, транзистор не изменит параметров. Убе­дившись в этом, вы можете считать, что справились с изготовлением фоторезистора.

Окончательно проверяют работоспособность само­дельного фоторезистора авометром (рис. 51). Эмит — терный вывод фототранзистора присоедините к тому зажиму прибора, который соединен с плюсовым по­люсом внутренней батареи. Базовый вывод оставьте свободным.

Когда на фототранзистор не попадает свет (при­кройте его плотной бумагой), авометр должен показы­вать сопротивление более 50 кОм.

Теперь поднесите к фототранзистору включенную настольную лампу так, чтобы еще лучи падали на кри­сталл под прямым углом со стороны эмиттерного вы­вода. Стрелка омметра должна тут же отметить рез­кое уменьшение проходного сопротивления. На рас­стоянии 5... 10 см от лампы проходное сопротивление коллектор — эмиттер фототранзистора должно упасть до 100...200 Ом.

Поверните фототранзистор на 90° по отношению к его оси. Сопротивление увеличится в 5... 10 раз. О причине можно легко догадаться — лучи света стали теперь попадать только на часть кристалла. Уменьшилась поверхность облучения — уменьшилась и чувстви­тельность фотоэлемента. Отсюда вывод: совершенно небезразлично, как устанавливать фототранзистор по отношению к лучу света. Если этого не учитывать, из­готовленные вами фотореле будут работать ненадеж­но. Конечно, самодельные фотоприемники менее чув­ствительны и надежны по сравнению с выпускаемыми промышленностью.



Рис 51 Самодельный фототранзистор
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

Похожие:

Занимательная анатомия роботов iconМихаил Гаспаров Занимательная Греция ocr библиотека сно
«Гаспаров М. Л. Занимательная Греция»: Новое литературное обозрение; Москва; 2004
Занимательная анатомия роботов iconЭкзаменационные вопросы по дисциплине «Анатомия человека»
Анатомия и ее место в ряду биологических дисциплин. Значение анатомии для медицины. Методы анатомических исследований
Занимательная анатомия роботов iconАнатомия (анатомия опорно-двигательного аппарата) объемные требования...
Уровни организации живого организма. Строение клетки. Ткани, органы, системы органов
Занимательная анатомия роботов iconВопросы к экзамену по дисциплине «Анатомия и морфология человека»
Анатомия как наука: предмет изучения, задачи и методы анатомии, связь с другими науками. Понятие об органе, системе органов и аппарате...
Занимательная анатомия роботов iconЭкзаменационные вопросы По курсу анатомия человека Общетеоретические вопросы история анатомии
...
Занимательная анатомия роботов icon«Топографическая анатомия и оперативная хирургия лёгких и органов...
Актуальность темы: Топографическая анатомия легких и средостения является теоретической основой торакальной хирургии
Занимательная анатомия роботов icon«Топографическая анатомия и оперативная хирургия сердца и перикардиальной сумки»
Актуальность темы: Топографическая анатомия сердца и сердечной сумки служит анатомическим обоснованием технологии оперативных вмешательств...
Занимательная анатомия роботов iconОтчет по курсовому проекту по дисциплине «Расчет моделирование и конструирование оборудования»
Общий обзор систем и устройств смазывания мрс и промышленных роботов. Патентный обзор и обзор периодики
Занимательная анатомия роботов icon«Топографическая анатомия и оперативная хирургия переднебоковой стенки живота»
Актуальность темы: Топографическая анатомия переднебоковой стенки живота является анатомической основой технологии грыжесечения,...
Занимательная анатомия роботов icon«Топографическая анатомия и оперативная хирургия надплечья и плеча»
Актуальность темы: топографическая анатомия надплечья и плеча верхней конечности служит обоснованием хирургических вмешательств на...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2020
контакты
userdocs.ru
Главная страница