PVC-Robot【5号】光能陀螺·太阳能卫星机器人
pvcbot2011/07/19电子技术 IP:广东
  本项目介绍的是晒太阳的蚊子的第三个远房亲戚——太阳能卫星机器人,同样是采用太阳能脉动充放电控制电路,但是却是另外一种全新的运动方式——以陀螺旋转的方式移动,所以又称为太阳能陀螺机器人。
PVC-05.jpg
  如果了解BEAM机器人的朋友,可能对这样造型的机器人已经很熟悉了——三脚支架中的两脚,加上连接电机的底部转盘,总共三点支撑地面,晒会太阳充会电,电机驱动转盘转动再带动机器人移动。
  从以上插图我们可以看到两种不同的造型,不过原理都是基本一样的,只不过结构上有一点区别(有一个带了碰撞环)
  以下为效果视频,前一段是在灯光(白炽灯)下进行测试的效果(包括带碰撞环的效果),后面一段为在阳光下的效果。
点击此处查看视频

一、基本原理
  本项目的机器人的外形像一个人造卫星,是以太阳能电池作为电源,电机驱动底部的转盘转动,从而带动整个机器人移动。由于以自身转动的方式进行移动的,就像一个旋转的陀螺,所以本项目机器人又可称为“陀螺机器人”。
 
1、驱动原理
  本项目的驱动原理也是比较简单的,主要是电机带动底部的转盘转动——机器人有一个三脚支架,同时只有相邻的某两脚支撑地面,再加上底部连接电机的转盘,“两脚+转盘”——三点支撑地面。电机带动转盘转动,则其中一点转动,另外两点支撑,机器人就可以整体移动。
驱动原理.gif   
2、机械结构
  本项目机器人有一个三脚支脚,主要有三种情况的结构,稍微通过调整就可以有不同的运行效果。

  1、如果是三脚支架离地比较高(相对于转盘),且底部用直径比较小的转盘,则三点平衡比较稳定,每完成一次充电周期后电机转动只能带动转盘转一点距离,一般只能是由一组相邻的双脚交换为下一组相邻的双脚支撑地面,每周期移动的距离比较小。
机械结构1.gif

  2、如果是三脚支架离地过高(相对于转盘),则三点平衡相当稳定,虽然能够带动机器人移动,但是因为支架过高导致无法交换支撑地面的双脚,就是说一直都是开始运动时默认支撑地面的双脚着地。
机械结构2.gif

  3、如果是三脚支架离地比较低(相对于转盘),以及底部用直径比较大的转盘,则三点平衡相对不够稳定,每个充电周期后的运行可以接近平滑移动,也就是说每周期移动的距离相对会大一点。
机械结构3.gif

  作为扩展的结构功能,本项目的机器人还可以增加一个“碰撞环”:用PVC剪成细条做一个环,再用三根细条支架固定在周围一圈。本机器人加了“碰撞环”后,如果在转动移动的过程中,碰到障碍物后会有一个反弹转向的效果,之后再继续转动移动
扩展结构——碰撞环.gif

3、电路原理
  本项目机器人的控制电路和PVC-2号机器人项目基本是一样的——典型的脉动充放电电路。
  但是两者还是有一点区别:PVC-2号项目的电解电容是一个4700uF,而本项目的电路采用的是三个2200uF的电解电容。
  三个电解电容并联在一起,其容值就是三个电解电容之和,这样本项目采用的电解电容其实就是6600uF,比PVC-2号的4700uF大一点。对于本脉动充放电电路来说,电解电容的容量越大,储电量就会越大,但充电的时间也会越长,不过放电的时间也会越长,持续运动的时间也会越久
  当然,本项目之所以用三个电解电容并联在一起代替原来的一个电解电容,主要还是因为机械结构的需要,即用三脚支架作为平衡支撑的结构。
电路图.gif

焊接_ok_正面.gif

  基本原理如下:
  1)太阳能电池板给电解电容充电,电解电容两端的电压不断上升;
  2)当电路电压达到LED二极管的导通电压(2V左右)时,LED二极管导通;
  3)三极管9015的基极从导通的LED二极管获得足够的导通电压,则三极管9015导通;
  4)三极管9015导通后,又使三极管9014的基极获得足够的导通电压,则三极管9014导通;
  5)三极管9014导通后,电机获得电流开始转动;
  6)电机转动,消耗电解电容中存储的电能,电路电压下降;
  7)当电路电压下降到低于LED二极管的导通电压时,LED二极管截止;
  8)虽然三极管9015的基极失去了来自LED的导通电压,但是由于此时三极管9014已经导通,导通后的电流除了提供给电机转动之外,还通过电阻分流了一部分重新回到三极管9015的基极(形成一个循环),即三极管的基极还是有足够的导通电压;
  9)当电机继续转动消耗电解电容的电能时,电路电压进一步下降,则即便三极管9014导通后回流给三极管9015基极的电压也无法保证三极管9015继续导通(循环被破坏),则两个三极管都截止,电机停止转动;
  10)电解电容重新充电,继续重复上面的各环节。

  简单的说,即:太阳能电池对电解电容充电,当充电量达到由LED二极管设置的充电上限后,则电路开始瞬间放电提供给电机转动;虽然电机转动消耗电能使电压下降至低于LED二极管的下限,但是由于电路存在一个导通循环的机制,仍然会继续放电让电机转动,能够尽可能的把电解电容中存储的电能都消耗掉;消耗完电解电容中的电能后,重新由太阳能电池对其进行充电……如此循环往复
  也可以这样理解:太阳能电池对电解电容进行缓慢充电(太阳能电池的电流比较小),充电达到上限后对电机进行瞬间放电(电机的电流比较大);放电停止的下限比较低,可以比较彻底的把充电的电量消耗完

1.jpg

2.jpg

3.jpg

4.jpg

5.jpg

6.jpg

7.jpg
+1  科创币    jrcsh    2011/07/20 对不起“机械人”这个名
来自:电子信息 / 电子技术
6
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{{notice.noticeContent}}
~~空空如也
十九
12年10个月前 IP:未同步
308949
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/article/12178/

你是否是pvc_robot本人?转载的话要说明……
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pvcbot作者
12年10个月前 IP:未同步
308958
回 1楼(十九) 的帖子
确实是本人
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pvcbot作者
12年10个月前 IP:未同步
308959
关于“机械人”,不同时期有不同的定义,或者说有不同的分类吧

与我们传统所理解的动辄用单片机进行控制的所谓智能机械人相比,这些确实属于比较底端的,其一般称为BEAM机器人。

附:关于BEAM
  所谓的“BEAM”,其实是“Biology(生物学)”、“Electronics(电子学)”、“Aesthetics(美学)”、“Mchanies(机械)”等几个单词的缩写,BEAM机器人的定义就是:个人爱好者业余制作的,由最简单电路驱动的模仿自然界某一生物的某一项基本行为的机器人。
  如果从广义来说,相对于专业的机器人技术研究,我们目前所有个人制作的仿生机器人都属于BEAM的范畴,但从我们通常的理解来说,BEAM机器人是仅指那些非常简单和易于制作的小型仿生机器人,而复杂机械和控制系统的机器人都不再算是BEAM机器人。在

  Biology- 生物学:BEAM机器人都是模仿自然界某些生物来设计自己的电路和机械结构。
  Electronics-电子学:用最简单的电路来实现自己的功能。BEAM机器人所用的电路都是最基本的简单电路,这也是BEAM机器人吸引了众多入门者的原因。
  Aesthetics-美学:任何作品都需要一个漂亮的外观。
  Mchanies-机械:机器人中机械部分与电子部分同样重要。好的机械结构同样是一个成功作品必不可少的部分之一。



BEAM很早就所在国外流行,主要以模拟电路为主,现在国外仍有很多人在玩,而国内好像直接就跳过这个阶段了进入所谓高级单片机智能控制的。

在我看来,机械人的定义不应该那么狭窄,是谁规定必须是智能小车或者人形呢。我自己原来就是玩单片机机器人的,但后来我接触了这种简单的BEAM机器人后,发现其中也是有很多东西可以学也有很多乐趣的,至少对于包括我在内这样业余的爱好者来说,也是一种选择,对于非专业人士也是入门的一个开始吧。
+1
科创币
jrcsh
2011-07-20
震动棒~~~~~也叫机械人好了
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【水青】
12年10个月前 IP:未同步
308978
机器人(Robot)是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥,又可以运行预先编排的程序,也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作,例如生产业、建筑业,或是危险的工作。(引用百科)
这算是机器人吗?[s:305][s:305]
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pvcbot作者
12年10个月前 IP:未同步
308987
呵呵,还别说,也许以后真有超级智能的震动棒。。。

从功能上来说它确实是协助或取代人类工作。。。


另外,BEAM也不是我自创的,同样也可以去百度搜索一下“BEAM机器人”。。。
+1
科创币
delete
2011-07-20
振动棒可以叫做机器男人。
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