PVC-Robot【8号】逐日知了·太阳能追光小车

pvcrobot

　　本项目是在PVC-Robot A型基础平台BEAM小车的基础上开发的第二个机器人项目，其通过安装两套太阳能引擎，组成了一台以太阳能为动力的小车。而这个太阳能小车所使用的太阳能引擎的核心，其实就是PVC-Robot 2号到6号太阳能机器人所使用的“太阳能脉动充放电控制电路”，只不过说本项目机器人是双轮驱动的所以采用了两组这样的电路系统。由于本项目的太阳能引擎在安装布局上做了一些设计，可以实现一个基本的追光功能——即可以自动顺着太阳的方向前进，并且在外型上本机器人看起来像一个知了（蝉），所以给本项目机器人起了一个文绉绉的名字“逐日知了”。  

(原文件名:PVC-08.jpg)

一、基本原理
　　由于本项目机器人的基础平台是采用了PVC-Robot A型BEAM小车，所以本项目的主要机械结构就是PVC-Robot A型平台小车的三轮传动结构：前面左右两边的两个轮子是主动轮，各接一个电机作为动力；后轮是从动轮，起到平衡的作用。

1、运动机理
　　本项目机器人的运动机理也就是PVC-Robot A型的运动机理。

　　控制前面两个轮子的转动方向就可以控制整个机器人行进的方向：
　　1、左右两个前轮都向前转，则机器人向“正前方”直线前进；
　　2、左右两个前轮都向后转，则机器人向“正后方”直线倒退；
　　3、左前轮向后转，右前轮向前转，则机器人将以后轮为轴心逆时针转动，即实现向“右后方”转弯倒退；
　　4、左前轮向前转，右前轮向后转，则机器人将以后轮为轴心顺时针转动，即实现向“左后方”转弯倒退。

运动原理 (原文件名:1.jpg)

2、控制原理
　　因为本项目机器人是左右两组太阳能电池板，分别控制交叉位置左右两边的电机以驱动小车前进，即：左边的太阳能电池板控制右边的电机转动，而右边的太阳能电池板控制左边的电机转动。之所以这样交叉位置控制，可以确保机器人基本上是沿着光源的方向近乎直线的前进：左边受光则把右边身体摆过来，然后变成右边受光，再把左边身体摆过来，如此往复，变成左右摇摆身体“大摇大摆”的前进。

　　可以通过调整两组太阳能电池板的支架改变太阳能电池板的角度，从而得到不同的运行效果。

　　1）顺光前进
　　两组太阳能电池板调节到对着小车前进方向时，小车面向阳光，“左右”两边的太阳能引擎会轮流触发，分别带动其对应的“右左”两边的电机。不管是两组太阳能引擎的元器件存在差异，还是说因为两组太阳能引擎受到的光线有差异，都会导致两组太阳能引擎触发启动有一个时间上的差异。
　　左边的太阳能引擎触发，带动右边的电机转动，小车前进一段路，并且由于只是右边的电机转动，导致小车前进的同时，整体车身也会向左倾斜。稍微有点延迟之后，右边的太阳能引擎也触发，带动左边的电机转动，小车继续前进，由于只是左边的电机转动，小车前进的同时，整体车身也又重新向右倾斜。如此往复下去。
　　这样，小车虽然一左一右的轮流交替摇摆，但是从大的方向来看，小车还是直线向前进的，越来越接近光源。
　　具体效果可参见前面效果视频中的顺光部分。

(原文件名:顺光驱动原理.gif)


　　2）逆光前进
　　把两组太阳能电池板调节成背对着小车前进方向，小车背向阳光，“左右”两边的太阳能引擎会轮流触发，分别带动其对应的“右左”两边的电机。
　　小车虽然一左一右的轮流交替摇摆，但是从大的方向来看，小车还是直线向前进的，最后远离光源的方向越走越远。
　　具体效果可参见前面效果视频中的逆光部分。


(原文件名:逆光驱动原理.gif)


　　3）追光转弯
　　把两组太阳能电池板调节到一定的倾斜夹角，水平方向有一定夹角（见如下俯视图），垂直方向也要有一定的夹角（见如下正视图），确保只要小车不是正对着光源方向的时候，两组太阳能电池板接收到的阳光有一个较明显的差异。
　　如果小车不是直接面向太阳（光源）方向时，更多对着太阳方向的一侧太阳能引擎获得的阳光多，则触发背着阳光方向的另一侧电机转动的频率会高一些，即一侧电机多转动几次实现了一个拐弯，小车前进整体方向会逐步调整对着太阳方向，实现一个对太阳的追光转弯的功能。
　　当两侧太阳能电池都受到相当的阳光照射时，也就是小车的方向基本对准太阳的方向时，则两侧电机触发转动的频率会相当，类似前面顺光前进的情况，则小车会基本以“大摇大摆”走直线的方式向太阳方向前进。
　　具体效果可参见前面效果视频中的追光部分。


(原文件名:追光驱动原理.gif)

3、电路原理
　　本项目机器人的电路原理和２号到６号机器人的电路是一样的，都是“太阳能脉动充放电控制电路”，只不过说本项目机器人一次用了两组这样的电路，分别驱动两个轮子。
　　由于左右两个轮子的驱动电路是完全一样的，这里只以其中的一组电路为例进行说明。

(原文件名:电路图.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。


具体结构的制作过程这里省略，有兴趣可以访问这里：

http://blog.163.com/pvc_robot/blog/static/175276432201121932048789/

pvcrobot

本来想把具体过程也发出来的，但是图片上传太麻烦。

贴出博客地址并不是为了打广告，如果管理员认为不妥可以帮我把后面的链接地址删掉，我现在还修改不了，因为新注_册的这个账号还没有通过审核。

之前的账号丢了找不回来，只好重新申请一个。

gongnn

我最讨厌管这东西叫机器人了，看见就烦，尤其软广告！！！！！！！！！！！！！！！

ShawnLinson

删账号，封IP，好可怜哦~~~~~~

pvcrobot

请不要以所谓专业的眼光以高高在上的姿态对别人的东西妄加评判，就算给点初学者或者门外汉一点点空间都好

我来论坛，不是为了把自己的作品摆出来，让大家夸几句满足一下虚荣心，而能够和大家分享经验，尤其对一些刚入门或者想要入门的朋友能够有点帮助，对我自己而言我觉得是有意义的。整个从入门到高级的博客教程，包括从简单电路到单片机甚至PC机的智能控制内容，我会一直写下去。。。

至于所谓机器人，除了现在大家所熟知的动辄就是使用单片机的所谓智能机器人，也有一种被称为BEAM的简单机器人，学电子的人未必知道，但玩机器人的人肯定知道。。。


另外，补充一下，第一次在论坛发这样的帖子，既然有人讨厌所谓软广告，我本是要删除掉外部链接的，但是开始是没有通过审核无法编辑，现在却又已经过了时间无法编辑，只能说下不为例了。。。

binbincool123

楼主不要在乎别人怎么说，关键是自己怎么做。我也和你一样，刚注_册个号。我也刚开始学单片机，以后可以交流交流，共同进步。共同提高。。。

longriver05

这轮子很容易卡住吧

pvcrobot

回复【7楼】longriver05
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不会卡，最简洁的传动结构，虽然效率性能低一些，但对于这个小车已经足够，看看视频就知道