Saját tervezésű robot építése

A kész robot

A Bánki Donát Műszaki Középiskola mechatronika szakos tanulója vagyok. Mindig érdekeltek a robotok. Tanulmányaimban most értem el olyan szintre, hogy megpróbáltam önállóan egy saját építésű robotot készíteni. Az első, amit tennem kellett, a robot funkciójának meghatározása volt. A robot egy kísérlet kezdete, a tapasztalatok függvényében a későbbiekben szeretném majd módosítani, továbbfejleszteni. Azért választottam ezt a fajta megközelítést, mert egyrészt látványosan mutatja be a robot működését, másrészt a későbbiekben a további hasznosításokra is lehetőség van. Gondolok itt, például iparai alkalmazásokra, vagy a vakok számára valamilyen segédeszköz kifejlesztése, esetleg az autóiparban történő felhasználásra. Persze ezekre csak akkor kerülhet sor, ha a konstrukció a valóságban is úgy működik, mint ahogyan azt tervezés közben gondoltam.
A robotot már megépítem. Az első fázis az elektronika megépítése volt. Ezután a nyomtatott áramköri lapot terveztem meg, az elkészítés kb. néhány nap volt. Egy hónap alatt sikerült teljes egészében a kivitelezés. A robot teljes tervét én készítettem, beleértve ebbe az áramkör megtervezését is.

A robot leírása:

Működése:

Ha útakadály, vagy az asztal (talaj) széléhez ér, hátramenetbe kapcsol, közben jobbra (mindig ugyanabba az irányba) kanyarodik. Ez egy meghatározott ideig tart, aztán folytatja az útját egyenesen előre, amíg újabb akadályhoz nem ér. (Egy rövid videofilmen meg is nézhetjük a robotot működés közben.)

Érzékelés:

Egy adó és 2 db. vevő áramköre van. (T1, T2, C1, C2 LED… - adó), (T3, T4, C3, C4, C5, FOTOTR…. - vevők). Az egyik vevő a talaj hiányára ad jelet, a másik az esetleges akadály meglétére. Egy infra-LED visszavert fényét érzékelik a fototranzisztorok. Az infra-LED egy meghatározott frekvencián villog, (100 kHz) a vevő áramkörök csak ezen a frekvencián kapcsolnak be, vagy ki. A robot az elé kerülő tárgyak érzékelésére 2 db párhuzamosan kapcsolt fototranzisztort használ, melyek irányérzékenysége kb. 30°, és az egyik kicsit balra, a másik kicsit jobbra érzékel (főleg előre). A talaj érzékelése is ugyanilyen, de itt a két fototranzisztort sorba kell kapcsolni. A robot hátra jobbra kanyarodik. Ha éles szögben közelíti meg az asztal szélét jobbról, akkor hátra kanyar közben leesne az asztalról, ezért korán, biztonságos távolságból kell érzékelni az asztal szélét, ehhez a lenti fototranzisztor kicsit jobbra érzékel (a jobb oldali). A fenti fototranzisztorok a T3-as tranzisztort vezérlik, ez a tranzisztor akkor ad jelet, ha a fototranzisztorok ellenállása 1 MW alá csökken. A lentiek a T4-es tranzisztort vezérlik, ami akkor ad jelet, ha a fototranzisztorok ellenállása 1 MW fölé nő. Ezek váltakozó jelek, ezért mindkét ezért mindkét tranzisztor kimenetére egy-egy kondenzátor és egy-egy dióda kapcsolódik (D1, D2, C4, C5). Majd a jeleket egy NOR kapura vezetjük, aztán invertáljuk (NOR-kapukkal). Ahhoz, hogy a hátra kanyar idejét leállítsuk, a C6-os kondenzátorra van szükség. A D3-as dióda arra kell, hogy a feltöltött kondenzátorból ne folyjon vissza áram a logikai kapura. Az így kapott jel vezérli a polaritásváltó, és a "kanyarmotor-vezérlő" áramköröket. Ahhoz, hogy csak egyetlen kondenzátort kelljen alkalmazni, egyféle logikai kapukat (NOR, TL 7402) kell használni. VAGY : NOR + invertálás. Invertálás : NOR, összekötött bemenetekkel (nem muszáj).
A jeladó rész egy astabil multivibrátor, amit rá kell hangolni a vevők közös, soros rezgőkörének a frekvenciájára. (C3, L1)
A robot hajtómotorjának a forgásirányát a T6…T9-es tranzisztorok és az 1 db. inverter változtatja meg. A robotnak 3 kereke van, 1 elől, 2 hátul, közös tengelyen. Az elülső kereket hajtja a hajtómotor szíjhajtással. A hátulsó 2 kerék közös tengelyére merőleges függőleges tengely körül elfordítható kb. 35°-ot. Ezt a fordítást egy villanymotor (kanyarmotor) végzi. Az elforduló rész egy madzaggal össze van kötve a kanyarmotor tengelyével, amit az fel próbál csévélni. Ha a feszültség megszűnik a motoron, akkor egy gumiszalag visszahúzza az elforduló részt alapállapotba. A kanyarmotort a T5-ös tranzisztor vezérli.
Az áramkörben használt 3 db. dióda germániumdióda, hogy ne okozzon túl nagy feszültségcsökkenést, mivel már a tápfeszültség is elég alacsony a TTL áramköröknek, 4,5 V, 3 db., 1,5 V-os elem. A hajtómotor sebességét egy utólag kiválasztott ellenállással (fix) állítom be.

A robot tervezője, készítője Nagy István, a IX. Innovációs Versenyen kiemelt dicséretet kapott, jelenleg a BME villamosmérnök hallgatója.