Джон Ловин - Создаем робота-андроида своими руками

Схема интерфейса для УРР показана на рис. 15.11. В интерфейсе использован микроконтроллер 16F84. Программа для микроконтроллера выглядит следующим образом:

‘Программа интерфейса УРР

Symbol PortA = 5

Symbol TRISA = 133

Symbol PortB = 6

Symbol TRISB = 134

Poke TRISA, 255

Poke TRISB, 240

Start:

Peek PortB, B0

If bit4 = 0 then trigger ‘Если запись в триггер разрешена, читать схе

му УРР

Goto start ‘Повторение

trigger:

pause 500 ‘Ожидание 0,5 с

Peek PortB, B0 ‘Чтение кода BCD

If bit5 = 1 then send ‘Выходной код

goto start ‘Повторение

send:

peek PortA, b0 ‘Чтение порта А

if bit4 = 1 then eleven ‘Число есть 11?

poke PortB, b0 ‘Выходной код

goto start ‘Повторение

eleven:

if bit0 = 0 then ten

poke portb, 11

goto start ‘Повторение

ten:

poke portb,10

goto start ‘Повторение

end

Рис. 15.11. Схема контроллера УРР для руки-робота

Обновление программы под 16F84 можно бесплатно загрузить из http://www.imagesco.com

Программирование интерфейса УРР аналогично процедуре программирования УРР из набора, описанного в гл. 7. Для правильной работы руки-манипулятора вы должны запрограммировать командные слова соответственно номерам, соответствующим определенному движению манипулятора. В табл. 15.1 приведены примеры командных слов, управляющих работой руки-манипулятора. Вы можете выбрать командные слова по вашему вкусу.

• (5) Транзистор NPN TIP120

• (5) Транзистор PNP TIP 125

• (1) ИС 74164 преобразователь кода

• (1) ИС 74LS373 восемь ключей

• (1) Светодиод красный

• (5) Диод 1N914

• (1) Гнездо разъема Molex на 8 контактов

• (1) Кабель Molex 8-жильный длиной 75 мм

• (1) Двухпозиционный переключатель

• (1) Разъем уголковый типа DB25

• (1) Кабель DB 25 1,8 м с двумя разъемами М – типа.

• (1) Печатная плата

• (10) Резистор 100 кОм, 0,25 Вт

• (3) Резистор 15 кОм, 0,25 Вт

• (1) ИС регулятор напряжения 7805

Все перечисленные детали входят в комплект набора.

• (5) Транзистор NPN TIP 120

• (5) Транзистор PNP TIP 125

• (1) ИС 74154 4/16 – декодер

• (1) ИС 4011 логический элемент ИЛИ-НЕ

• (1) ИС 4049 – 6 буферов

• (1) ИС 741 операционный усилитель

• (1) Резистор 5,6 кОм, 0,25 Вт

• (1) Резистор 15 кОм, 0,25 Вт

• (1) Головная часть разъема Molex 8 контактов

• (1) Кабель Molex 8 жил, длина 75 мм

• (10) Резистор 100 кОм, 0,25 Вт

• (1) Резистор 4,7 кОм, 0,25 Вт

• (1) ИС регулятор напряжения 7805

• (1) ИС PIC 16F84 микроконтроллер

• (1) Кварцевый резонатор 4,0 МГц

• Набор интерфейса руки-манипулятора

• Набор для изготовления руки манипулятора компании OWI

• Интерфейс распознавания речи для руки-манипулятора

• Набор устройства распознавания речи

Детали можно заказать в:

Images, SI, Inc.

39 Seneca Loop

Staten Island, NY 10314

(718) 698-8305

В этой главе мы попробуем изготовить андроидную или человекоподобную кисть руки. Для приведения в движение пальцев этой руки мы будем использовать воздушные мышцы, описанные в гл. 3.

Воздушная мышца представляет собой пневматическое устройство, способное линейно сокращаться при подаче сжатого воздуха. При активации эта мышца сокращается подобно живой биологической мышце. Вы можете подумать, что эту работу могут с успехом выполнять пневматические цилиндры, которые в настоящее время находят широкое применение. Это действительно так, однако воздушные мышцы в определенном смысле являются находкой и благом для конструкторов-любителей и создателей роботов, поскольку ее стоимость намного ниже, она имеет исключительно малый вес, гибкость и проста в применении.

Воздушная мышца имеет отношение развиваемой мощности к собственному весу около 400:1. Поскольку большинство частей мышцы изготовлены из резины или пластика, она способна работать во влажных условиях или даже под водой. Воздушная мышца представляет собой гибкую конструкцию, что позволяет использовать ее для соединения и сжатия соосных или несоосных блоков и рычагов. Воздушная мышца способна к сокращению, даже если ее перегнуть вдоль искривленной поверхности. Простота использования мышцы делает ее предпочтительнее обычных пневматических цилиндров в ряде экспериментов.

Безусловно, как и для любого пневматического устройства, для работы мышцы требуется сжатый воздух. Сжатый воздух не столь доступен, как электрический ток. Когда я впервые решил попробовать сделать воздушную мышцу, я думал, что создание небольшого устройства, вырабатывающего сжатый воздух, может оказаться проблемой. Как оказалось, я ошибался. Простую воздушную систему можно сделать, потратив всего лишь $25,00, а небольшая электрическая пневмосистема обойдется в $50,00.

При использовании электричества для сжатия воздуха суммарный КПД устройства падает. Однако воздушная мышца потребляет для работы очень небольшое количество воздуха, поэтому можно создать резервуар для его хранения. Мышца очень быстро реагирует на подачу воздуха и имеет короткий рабочий цикл. Небольшая мышца весом всего 10 г способна поднять вес около 6,5 кг.

Перед тем как мы начнем делать андроидную руку, мы сперва изготовим несколько демонстрационных устройств с ручным управлением, использующих воздушную мышцу. Демонстрационные устройства позволят нам подробнее познакомиться с устройством и работой воздушной мышцы, прежде чем мы примемся за более сложный проект.

Если в устройстве используются одна или две мышцы, то они могут легко управляться «вручную». Если имеется пять или шесть воздушных мышц, то для их последовательной или одновременной активации управление «вручную» становится затруднительным. В этом случае мы применяем компьютерное управление. Можно использовать компьютер IBM PC или подходящий PIC микроконтроллер. Схема интерфейса для любого компьютера сохраняется неизменной. В этой главе мы будем использовать IBM PC. Управление воздушной мышцей с помощью компьютера (порт принтера IBM или совместимый) через параллельный порт PC добавит примерно $25,00 к стоимости конструкции воздушной мышцы.

• Малый вес. Воздушная мышца длиной 150 мм с подводящей воздушной трубкой диаметром 4 мм и длиной 450 мм весит приблизительно 10 г.

• Сокращение. Воздушная мышца длиной 150 мм сокращается примерно на 25 мм (около 25 % без учета длины креплений).

• Мощность. Развивает силу порядка 200 г при давлении воздуха 3 кгс. Отношение развиваемой мощности к весу может достигать 400:1.

• Гибкость. Мягкая и гибкая конструкция, которая может быть изогнута вдоль искривленной поверхности без нарушения ее работоспособности.

Сама конструкция воздушной мышцы делает ее особенно пригодной к использованию в робототехнике и системах автоматизированных движений. В некоторых случаях ими можно заменить сервомоторы или двигатели постоянного тока. Их уникальные свойства – незначительный вес, мощность и гибкость – могут быть комплексно использованы во многих приложениях и применяться для улучшения характеристик существующих пневматических устройств. Одном словом, воздушные мышцы могут быть использованы во многих устройствах, в которых требуются линейные и сократительные движения. Во многих случаях ими можно с успехом заменять пневматические цилиндры.

Воздушная мышца представляет собой длинную трубку, выполненную в виде черного пластикового рукава. Внутрь рукава помещена трубка из мягкой резины. К каждому концу прикреплены металлические зажимы. Каждый конец пластикового рукава свернут в петлю, сложен вдвое и скреплен с помощью металлического зажима. Эти петли используются для крепления воздушной мышцы к другим частям устройства.

При подаче воздуха под давлением мышца сокращается следующим образом. Когда во внутреннюю мягкую резиновую трубку подается сжатый воздух, то она расширяется. Внутренняя трубка оказывает давление на внешний черный пластиковый рукав, что также приводит к его расширению. Когда пластиковый рукав расширяется, то он укорачивается в длину пропорционально увеличению его диаметра. Это приводит к сокращению конструкции воздушной мышцы. Однако важным является то, что для правильной работы мышцы она должна находиться в растянутом положении, когда она не активирована. В противном случае при активации мышцы мы не получим ее сокращения (см. рис. 16.1).

Рис. 16.1 Принцип работы воздушной мышцы

На рис. 16.2 приведены рисунки деталей, необходимых для создания воздушной мышцы. Деталь 1 – это собственно воздушная мышца (что очевидно). Деталь 2 – воздушный клапан на три положения. Трехпозиционный воздушный клапан позволяет управлять работой мышцы вручную (см. рис. 16.3).