Kráčajúci mobilný robot
Zo stránky SensorWiki
Pohonný subsystém
Ako pohonný subsystém som zvolil modelársky servopohon, (ďalej servo) lebo je pomerne lacný a spoľahlivý. Štandardné typy poskytujú krútiaci moment okolo 30Ncm/4,8V prípadne až 40Ncm/6V Servo obsahuje jednosmerný motor prevodovku a z výstupným hriadeľom spriahnutý miniatúrny potenciometer, použitý ako senzor uhlu natočenia, pre regulačný obvod polohy. U menších a lacnejších serv je potenciometer pripojený priamo na výstupný hriadeľ. U serv vyšších kategórii je pripojený cez zvláštny prevod (tzv. nepriamy náhon), ktorý veľmi dobre chráni pred prenosom vibrácii. Požadovaná hodnota natočenia výstupneho hriadeľa je vo forme PWM signálu s úrovňou TTL (pulse wide modulation – puzne šírkova modulácia).
PWM signal je taký, ktorý ma konštantnú amplitúdu a mení sa len šírka impluzu. Na riadenie seva je potrebná perióda 20ms a šírka impluzu v rozpätí od 1 až 2 ms. Šírka impulzu 1ms zodpovedá maximálnemu ľavému natočeniu a 2 ms maximálnemu pravému natočeniu výstupneho hriadeľa. Stredná poloha hriadeľa je pri šírke impulzu 1,5 ms. Rozsah uhlu natočenia býva u väčšiny servomotorov 90°. Poloha výstupného hriadeľa je mimo tento rozsah mechanicky aretovaná v prevodovke. Prevodový pomer určuje pomer medzi rýchlosťou a ťahom serva. Bežné je, že sa serva vyrábajú vo dvojiciach, ktoré majú rovnaký motor a elektroniku, ale líšia sa prevodmi - napr. serva Hitec HS-625 a HS-645 Jedno znich ponúka vyšší krutiaci moment pri nižšej rýchlosti, druhé má zvýšenu rýchlosť na úkor momentu. Prevody sú najčastejšie plastové, pre väčšie zaťaženie a väčšiu spoľahlivosť sa používajú kovové.
Zjednodušené zapojenie vnútornej elektroniky serva je uvedené na obr. 2. Na vstup serva sa periodicky privádza riadiaci implulz, ktorý spustí monostabilný klopný obvod. Ten vygeneruje impulz o dĺžke zodpovedajúcej momentálnej polohe serva, ale opačnej polarity než je vstupný riadiaci impulz. Tieto dva impulzy sa porovnajú a výsledkom je rozdielový impulz, ktorý po zosilnení cez mostíkový snímač spôsobí roztočenie elektromotora jedným alebo druhým smerom. Elektromotor cez prevodovku otáča výstupným hriadeľom a súčasne i potenciometrom, ktorý pôsobí ako spätná väzba polohy do monostabilného klopného obvodu. Smer otáčania je taký, že impulz generovaný monostabilným klopným obvodom sa svojou dĺžkou približuje dĺžke vstupného riadiaceho impulzu, až sú obidva impulzy rovnako dlhé, elektromotor sa zastaví. Servo dosiahlo polohu, ktorá zodpovedá momentálne prijímanému riadiacemu impulzu.
Odkazy:
Zdrojový kód:
/*
Microcontroller: ATmega32
XTAL Frequency: 12.00 MHz
program generuje fazovo frekvencne korigovany PWM signal na pinoch PD4 a PD5
vyuziva k tomu timer1 perioda PWM je 20ms (f=50Hz) definovane v registri ICR1
sirka impulzu sa meni od od zavislovi cisla v komparacnych registroch OCR1A/OCR1B
*/
#include <avr/io.h>
#define F_CPU 12E6
#include <util/delay.h>
#define Rmotor OCR1A // vyvod PD5
#define Lmotor OCR1B // vyvod PD4
//funcia na nastavenie I/O portov procesora
void nastav_porty(void)
{
PORTA = 0b00000000; //
DDRA = 0b00000000; // "0" is input "1" is output
PORTB = 0b00000000; //
DDRB = 0b00000000; //
PORTC = 0b00000000; //
DDRC = 0b00000000; //
PORTD = 0b00000000; //
DDRD = 0b00110000; //
}
//funkcia na nastavenie PWM
void nastav_timer1(void)
{
TCCR1A = (1<<COM1A1)|(1<<COM1B1); // piny OC1A a OC1B nastavene ako PWM out
TCCR1B = (1<<WGM13)|(1<<CS11); //fazovo a frekvencne kor.PWM; fosc/8;
ICR1H= 0x3a; //nastavenie periody PWM 20ms (50hz) 15000cyklov
ICR1L= 0x98;
}
int main(void)
{
nastav_porty();
nastav_timer1();
Rmotor=750; // sirka impulzu = 1ms
Lmotor=1500; // sirka impulzu = 2ms
while(1)
{
Rmotor=750;
Lmotor=1500;
}
return 0;
}
Priebeh vystupneho napatia na porte PD5(OCR1A)
Senzorový subsystém - fotoelektrické snímače (fotorezistor)
Princíp:
Princíp fotorezistoru je založený na vnútornom fotoelektrickom jave: fotorezistor je vyrobený z polovodiča s vysokým elektrickým odporom. Ak fotón svetla dostatočne krátkej vlnovej dĺžky narazí do elektrónu vo valenčnom pásme atómu, odovzdá mu svoju energiu. Elektrón tak získa dostatok energie na prekonanie zakázaného pásma a preskočí z valenčného pásma do vodivostného. Tým opustí svoj atóm a pohybuje sa ako voľný elektrón v priestore kryštálovej mriežky. Na jeho mieste vznikla tzv. diera - voľné miesto s kladným nábojom. Takto vzniknuté voľné elektróny a diery vedú elektrický prúd a znižujú tak elektrický odpor osvetleného fotorezistoru.
Konštrukcia:
Na polovodičovú základňu (najčastejšie Sulfid kademnatý - CdS, kremík, germánium) sú z protiľahlých strán nanesené vrstvičky kovu v tvare hrabličiek, vodivo spojené s vývodmi fotorezistoru, tvoriace prechod kov - polovodič. Vplyvom osvetlenia sa mení elektrická vodivosť polovodiča medzi kovovými vrstvičkami.
Vlastnosti:
Odpor fotorezistoru klesá v závislosti od intenzity osvetlenia približne exponenciálne, do istej miery je ale možné túto závislosť linearizovať.V závislosti od použitého materiálu je možné fotorezistorom detekovať široké spektrum vlnových dĺžok – od infračerveného žiarenia, cez viditeľné svetlo až po ultrafialové žiarenie
Výhody voči iným fotocitlivým súčiastkam:
dostatočná citlivosť (bežný CdS fotorezistor má v tme odpor rádu jednotiek MΩ, pri plnom osvetlení klesne na rádovo stovky Ω) nízke výrobné náklady jednoduché použitie v el. obvodoch možnosť použitia v obvodoch jednosmerného aj striedavého prúdu
Použitie:
Fotorezistory majú široké využitie pri meraní a regulácii v závislosti od intenzity osvetlenia, napr. v expozimetroch kamier a fotoaparátov, súmrakových spínačoch osvetlenia, regulátoroch jasu displejov a pod. Využívajú sa tiež v obvodoch spätnej väzby v kompresoroch dynamiky, kde v kombinácii s malou osvetľovacou žiarovkou prípadne LED znižujú zisk zosilňovača v závislosti od intenzity signálu.
Pripojenie fotorezistora k procesoru:
Fotorezistor (FR) spolu s rezistorom R tvoria odporovy delič, voči napájaciemu napätiu a zemi. Napatie z deliča privádzame na vstup A/D prevodníka, ktorý je súčasťou mikroprocesora. Pomocou A/D prevodníka vieme merať napätie na deliči a tým určovať veľkosť okolitého osvetlenia. Avšak keď použijeme fotorezistory dva môžeme pomocou nich sledovať lúč svetla a tak aplikovať braintenbergov algorytmus milujuceho robota. Milujúci robot používa na prejavenie svojho správania fotosnímače (fotorezistory). Robot sa pohybuje v prostredí náhodnými zmenami smeru pokiaľ nenájde zdroj svetla, potom ho sleduje a drží sa v jeho blízkosti.
Zdrojový kód:
huhou
.