خلاصه : وظیفه ربات تعقیب خط همانطوری که از نامش پیداست دنبال کردن خط سیاه در زمینه سفید یا خط سفید در زمینه سیاه است . این کار اکثرا با استفاده از میکروکنترلرها انجام می شود ، اما می توان بدون استفاده از این وسایل پر هزینه نیز این کاررا انجام داد . در اینجا ما این ربات را با استفاده از قطعات معمولی طراحی و می سازیم .
مقدمه : امروزه بیشتر رباتها با استفاده از کنترل کننده های قابل برنامه ریزی طراحی و ساخته می شوند این مدار که طرح می شود صرفا جنبه آموزشی دارد و جوابگوی یک ربات تعقیب خط کاملا حرفه ای نیست . اما برای آموزش و یادگیری کار یک ربات ، مفید می باشد . قبل از آوردن مدار ابتدا توضیحی د رمورد چگونگی حرکت ربات و عملکرد سنسورها میدهیم سپس مدار ربات که توسط خودمان طراحی شده است را آورده و کار بخش های مختلف را شرح میدهیم .
چگونگی حرکت ربات :
شکل ربات و طرز قرار گرفتن سنسورها و موتورها در شکل زیر نشان داده شده است
این شکل نمای کلی از طرز قرار گرفتن سنسورها ( s ) و موتورها را نشان میدهد
این ربات با توجه به مدار ساده خود دارای محدودیتهایی میباشد از جمله اینکه فقط قادر به تعقیب خط سیاه در زمینه سفید و بدون قطع شدگی ( مگر اینکه قطع شدگی در امتداد مستقیم خط و حداکثر بطول 20 سانتیمتر با توجه به سرعت ربات ) است .
عملکرد حرکتی ربات در بخش های مختلف :
پس از روشن کردن ربات و قرار دادن آن در مسیر ، s2 ، باید روی خط سیاه و s1 و s3 روی زمینه سفید در دو طرف خط سیاه قرار گیرند . در این صورت هر دو موتور روشن شده و ربات در مسیر مستقیم حرکت میکند ( شکل 2 )
حال اگر خط سیاه در مسیر خود قطع شده بلشد با توجه به تایمر پیش بینی شده در مدار ربات به مسیر خود ادامه میدهد ( حدود 20 سانتی متر ) اگر باز هم s2 روی خط سیاه ربات دوباره کار خود را شروع میکند در غیر این صورت مسیر را تمام شده تلقی خواهد کرد . ( شکل 3 )
در پیچ های یک طرفه با توجه به جهت پیچ راست یا چپ بودن یکی از سنسورها ی s1 , s3 روی خط سیاه قرار میگیرند در حالی که دو سنسور دیگر روی ز مینه سفید قرار دارند ( شکل 4 )
در این صورت فقط یکی از موتورها ( در شکل 4 M1 ) روشن خواهد شد بنا براین با ادامه حرکت یکی از موتورها هر سه سنسور روی زمینه سفید قرار میگیرند . در این قسمت نیز برای انجام این عمل از تایمر پیش بینی شده استفاده میگردد. ( شکل 5 )
این کار ادامه می یابد تا اینکه s2 روی خط سیاه قرار گیرد در این صورت هر دو موتور روشن میگردد ( شکل بالا ) .
اما بدیهی است که ربات به طور کامل در مسیر قرار نمیگیرد . در این صورت پس از قرار گرفتن s2 روی خط سیاه ربات به حرکت خود ادامه میدهد تا اینکه ربات در مسیر مستقیم قرار گیرد .
مدار ربات همانطور که از شکل پیداست از سه قسمت اصلي سنسورها ، مدار کنترل گر و موتورها تشکیل شده
است که در قسمت اول ( سنسورها ) از دو قسمت فرستنده و گیرنده ، قسمت دوم از بخشهای تایمر ، حافظه نگهدارنده ( با استفاده از ترانزیستور ) و بخش های خروجی و ورودی و رابط تشکیل شده است . همچنین قسمت موتور ها دو بخش رله و بخش موتورها را داراست که به ترتیب هر یک را توضیح می دهم :
1- سنسورها :
الف ) گیرنده ها :
در لین ربات به علت وجود 3 سنسور از سه گیرنده استفاده شده است که سنسور گیرنده پس از دریافت امواج باز تابیده شده حاصل از فرستنده IC UA741 ، را فعال نموده و این IC پس از تقویت سیگنال ارسالی ، آنها را بوسیله دیودهای موجود یکسو نموده و ترانزیستورهای T1 , T2 پس از تقویت جریان و ایجاد ولتاژ لازم ( ولتاژ بالا – 1 – ولتاژ پایین – 0 – ) را برای استفاده در بخش دوم تامین می کنند .
ب ) فرستنده ها :
در طراحی این ربات برای ایجاد سیگنال مادون قرمز از یک فرستنده برای سه سنسور مادون قرمز استفاده شده است که سیگنال یک کیلو هرتز مورد نیاز را در ترانزیستور های نام برده همراه خازن های C! , C2 و مقاومت های R1 , R2 , R3 , R4 ایجاد کرده و با مقاومت ، این جریان را محدود کرده و به فرستنده ها ارسال می کند .
2 – کنترل گر :
الف ) بخش ورودی :
همانطور که از شکل مدار پیداست از شش گیت NOT (IC 40106) استفاده شده است که مقاومت های R1 , R2 , R3 برای بایاس این ای سی بکار رفته است .
ب ) تایمر :
تایمر از دو گیت NOR , IC 4001 استفاده شده است که C2 , R7 نیز تاخیر زمان لازم را برای این کار ایجاد مینمایند .
پ ) حافظه نگهدارنده :
قسمت اصلی آن دو تریستور TH1 , TH2 می باشند و T1 ,T2 , T3 , T4 برای بایاس و کنترل جهت جریان و R6 , R8 برای بایاس ترانزیستورها بکار رفته اند .
ت ) خروجی :
از آی سی مولتی پلکسر 4066 که از 4 کلید دو طرفه تشکیل شده است استفاده شده که در حقیقت جهت موتورها را کنترل میکند . در این قسمت دو کلید بطور موازی بکار رفته اند تا جریان خروجی برای قسمت موتورها بیشتر گردد .
ث ) رابط :
که بین بخشهای مختلف مدار به کار رفته اند تا با NOR , NAND کردن خروجی حاصل از هر بخش ، جریان و ولتاژ لازم را برای بخش های بعدی تامین نماید که قسمت عمده آن از IC 4011 و IC4001 تشکیل شده است .
3 – موتورها :
موتورها از نوع دی سی بوده و با قطع و وصل رله ها حرکت آنها کنترل میشود .
قابلیتها :
با توجه به اینکه مدار بسیار ساده است و محدودیتهایی دارد ولی به علت عدم نیاز به برنامه ریزی و همینطور دقت بسیار بالایی و قیمت کم مورد توجه بسیاری از علاقه مندان به علم رباتیک است .