Rafał WIGLENDA, Arkadiusz STRZEŻOŃ, Rafał ZIĘTEK,

Dawid ZUTEREK, Sławomir ZÓŁKIEWSKI

Wydział Mechaniczny Technologiczny, Politechnika Śląska

ul. Konarskiego 18a, 44-100 Gliwice, email: [e-mail]

ROBOT PORUSZAJACY SIĘ W KIERUNKU ŹRÓDŁA ŚWIATŁA

Streszczenie: Tematem pracy jest robot poruszający się w kierunku źródła światła. Robot wykrywa większe natężenie światła i jedzie w jego kierunku.

1. WPROWADZENIE

Celem projektu, było stworzenie robota poruszającego się za źródłem światła i potrafiącego zmieniać swój kierunek jazdy wraz ze zmieniającym się natężeniem światła. Założono, także maksymalne uproszczenie konstrukcji, minimalizacje jej kosztów, oraz minimalizacja wykorzystania gotowych dostępnych w sprzedaży podukładów.

2. KONSTRUKCJA

Na rys.1 przedstawiono zdjęcie gotowego robota, przy budowie którego użyto następujących elementów:

• płytka uniwersalna,

• bateria 2x1.5V,

• silniczki prądu stałego 2x3V,

• dioda LED,

• tranzystor bc557,

• tranzystor bc547,

• rezystor 100r,

• potencjometr montażowy 10k,

• fotorezystor,

• rezystor 220r,

• tyrystor,

• przekaźnik,

• potencjometr montażowy.

Rys. 1. Model robota światłoczułego

2.1. Schemat blokowy działania robota

Na rys. 2 przedstawiono schemat blokowy ilustrujący zasadę działania robota.

Rys. 2. Schemat blokowy

2.2. Układ zasilania

Układ zasilany jest dwoma bateriami alkaicznymi (rys. 3.) AA o napięciu 1,5 V każda. Dla zniwelowania wpływu sporej masy baterii (w porównaniu z innymi układami) na właściwości jezdne robota baterie zostały umieszczone w centralnej części obudowy.

Rys. 3. Baterie zasilające [4]

2.3. Obudowa

Obudowa została wykonana z lekkiego tworzywa sztucznego o wymiarach 140x150x35mm, w której to zostały zamontowane wszystkie podzespoły. W zwartej szczelnej obudowie zostały wykonane otwory umożliwiające montaż kół, wyprowadzenie diod do sygnalizacji przewodnictwa silniczków oraz do wyprowadzenia fotorezystorów.

2.4. Układ sterowania i zasada działania

Padające światło na fotorezystor sprawia, że zaczyna on przewodzić coraz więcej prądu. Wyższe napięcie jest podawane na bazę tranzystora Q1, który przy coraz większej wartości prądu zaczyna przewodzić. Tranzystor działa jako sterownik dla tranzystora Q2 przewodząc coraz większe natężenie prąd, tym samym załącza on tranzystor, który jest głównym sterownikiem silnika i załącza diodę LED. Do działania tego pojazdu są potrzebne dwa takie układy, które sterują naprzemiennie silniczkami.

Jeśli pada światło na lewy fotorezystor to prawy silniczek zaczyna mieć większą prędkość obrotową i odwrotnie (jeśli światło pada na prawy fotorezystor to obroty wzrastają na lewym silniczku). Schemat elektryczny przedstawiono na rys. 3.

Rys. 3. Schemat elektryczny [1]

Oznaczenia zastosowane na schemacie:

• B1 - dwie baterie 1,5V połączone szeregowo,

• M1 - silniczek 3V,

• D1 - dioda LED,

• Q1 - tranzystor BC 547,

• Q2 - tranzystor BC 557,

• R1 - potencjometr montażowy 10k,

• R2, R3 - rezystory 100r,

• R4 - rezystor 220r,

• R5 - fotorezystor.

Aby poznać jeszcze lepiej zasadę działania robota B.E.A.M. niezbędna jest znajomość działania fotorezystora wykorzystanego jako element układu sterowania robota.

Fotorezystor jest najprostszym fotodetektorem objętościowym. Jego rezystancja zmienia się pod wpływem padającego promieniowania i nie zależy od kierunku przyłożonego napięcia, podobnie jak rezystancja zwykłego rezystora. Na rys. 4 przedstawiono zależność rezystancji fotorezystorów od natężenia oświetlenia..

Rys.4. Zależność rezystancji fotorezystorów od natężenia oświetlenia i budowa fotorezystora [2]

Zmiany rezystancji mogą być bardzo duże - stosunek rezystancji jasnej RE, tzn. rezystancji fotorezystora oświetlonego, do rezystancji ciemnej R0, tzn. rezystancji fotorezystora nieoświetlonego, może być nawet rzędu kilku tysięcy.

W tabeli 1 przedstawiono przykładowe parametry fotorezystorów.

Tabela.1. Przykładowe parametry fotorezystorów

Materiał	Ro	λs1, λs2
		MΩ	µ
Si PbS PbSb InSb CdS	Ok.1,0 Ok.0,1 Ok.2,0 Ok.0,00002 Ok.1-100	0,8-1,1 1,2-1,8 0,5-4,5 3,6-7,3 0,4-0,8

Fotorezystory wykonuje się najczęściej w postaci cienkich półprzewodnikowych warstw monokrystalicznych lub polikrystalicznych naniesionych na izolacyjne, np. szklane podłoże. Materiał światłoczuły rozdzielają dwie metalowe elektrody mające wyprowadzenia. Elektrody te często mają kształt grzebieniowy.

Nad powierzchnią światłoczułą umieszcza się okienko i zamyka w obudowie, chroniącej przed uszkodzeniami, a niekiedy umożliwiającej pracę w obniżonej temperaturze (tzw. naczynie Dewara).

Fotorezystory wykonuje się z półprzewodników samoistnych, zwłaszcza krzemu -Si, siarczku ołowiu PbS, selenku ołowiu PbSe, antymonku indu InSb, siarczku kadmu CdS, jak również, z półprzewodników domieszkowanych, np. tellurku kadmu domieszkowanego rtęcią CdHgTe. Od materiału półprzewodnikowego zależy zakres widmowy wykrywanego promieniowania, czyli zakres długości fal, dla którego czułość fotorezystora wynosi nie mniej niż 10% czułości maksymalnej. Fotorezystory z CdS są elementami czułymi na promieniowanie widzialne, natomiast rezystory z PbS i PbSe są czułe na promieniowanie podczerwone, emitowane m.in. przez silniki samolotów i rakiet. Rezystancja fotorezystora RE jest nieliniową funkcją natężenia oświetlenia Ev. Fotorezystory nie są elementami szybkimi. Stałe czasowe narastania prądu fotoelektrycznego i wynoszą od kilku mikrosekund do nawet kilkudziesięciu milisekund.

Wartość na jakiej ustali się rezystancja zależy także od "przeszłości" fotorezystora. Po długotrwałym oświetlaniu otrzymuje się większe wartości rezystancji niż wtedy, gdy fotorezystor był przechowywany w ciemności.

Do wad fotorezystorów należy również znaczna wrażliwość temperaturowa. Ze względu na dużą czułość i prosty układ pomiarowy, fotorezystory wykorzystuje się np. do pomiaru temperatury i ostrzegania w systemach przeciwpożarowych, do wykrywania zanieczyszczeń rzek i zbiorników wodnych, do detekcji strat ciepła przez izolację termiczną budynków, do badania zasobów ziemi z samolotów i satelitów, a także do celów wojskowych.

2.5. Układ napędowy

Elementem napędzającym cały układ są dwa silniczki prądu stałego (rys. 6.) o napięciu

pracy 3V.

Wymiary wysokość 10mm, średnica 24mm. Silniczki zostały pozyskane ze starych

napędów DVD.

Rys.6. Silniczek napędowy 3V [3]

2. PODSUMOWANIE

Celem projektu było wykonanie urządzenia mechatronicznego zdolnego do reagowania na sygnały z otaczającego go świata. Do jego realizacji wybrano pomysł wykonania robota podążającego za światłem. Głównym założeniem projektu była zdolność do autonomicznego działania budowanego układu (wykluczone zostało jakiekolwiek sterowanie układem). Realizacja projektu wymagała znajomości przede wszystkim z zakresu podstaw konstrukcji maszyn (wykonanie obudowy i układu jezdnego) oraz podstaw elektroniki (zaprojektowanie układu sterowania i jego wykonanie).

LITERATURA

1. Strona internetowa: www.xicon-passive.com

2. Strona internetowa: www.kouhi.com

3. Strona internetowa: www.robotyka.com

4. Strona internetowa: www.wikipedia.com

FOLLOWER ROBOT IN THE DIRECTION SOURCE OF THE LIGHT

Summary: The subject of this article is a robot moving in the direction source of the light. Robot detects a greater intensity of light and goes in his direction.

Autor korespondencyjny

Opiekun naukowy

I/O

Wyłącz prawy silnik

Wyłącz lewy silnik

Włącz lewy silnik

Włącz prawy silnik

NIE

NIE

TAK

TAK

Prawy fotorezystor odbiera światło?

Lewy fotorezystor odbiera światło?

---