用NE555制作尋光機器人

在日常生活和學(xué)習中充斥著(zhù)高新技術(shù)的今天，“低技術(shù)”表達的是回歸自然和傳統，去挖掘人類(lèi)早已擁有的聰明才智。低技術(shù)不要求我們一味地追求技術(shù)的尖端化，但其所展現的科技成果和科學(xué)理念同樣精彩。本文將通過(guò)一部尋光機器人的制作，向大家展示低技術(shù)的魅力。

　　一、低技術(shù)機器人

　　尋光機器人，相信很多機器人愛(ài)好者都曾經(jīng)研究和實(shí)際制作過(guò)。常見(jiàn)的設計思路是采用一對光電傳感器檢測環(huán)境光，傳感器的輸出信號送入單片機I/O口，或者AD口(進(jìn)行AD變換，視傳感器輸出信號而定)，經(jīng)過(guò)程序算法，電機驅動(dòng)電路來(lái)驅動(dòng)一對減速電機或者步進(jìn)電機做差速運轉，帶動(dòng)機器人向著(zhù)光線(xiàn)強的位置運動(dòng)。這類(lèi)解決方案，從機器人電子部分的造價(jià)來(lái)看，現在市場(chǎng)上機器人專(zhuān)用光電傳感器大概在20元一只;單片機，常見(jiàn)的51、AVR、PIC在5～10元，與之配套的PCB工程板在50元左右;雙電機驅動(dòng)芯片L293、L298在8元左右;此外還有單片機編程所需的配套軟件，下載燒錄硬件等。

　　那么，用低技術(shù)的設計思路來(lái)制作一個(gè)尋光機器人，可以把電路簡(jiǎn)化到什么程度呢?它的造價(jià)又可以做到多低呢?答案是只需要三個(gè)元件：一片NE555和一對光敏電阻。這個(gè)低技術(shù)機器人的電子部分，造價(jià)將小于1元。NE555尋光機器人的線(xiàn)路如圖1所示。它是由GrantM在2001年設計的。

　　從圖1中可以看出，NE555工作在雙穩態(tài)，第2腳和6腳連接在一起構成施密特觸發(fā)器模式。光敏電阻構成機器人的虛擬視野，用來(lái)檢測機器人前方的環(huán)境光。機器人的左眼與右減速電機、右眼與左減速電機，是彼此協(xié)同工作的，根據雙眼檢測到的環(huán)境光線(xiàn)的差異，由NE555驅動(dòng)兩只電機做差速運轉，驅動(dòng)小車(chē)向著(zhù)光線(xiàn)的方向前進(jìn)。從電路的角度來(lái)看，非常簡(jiǎn)單，但是其實(shí)質(zhì)上是一部可以移動(dòng)的模擬計算機，光敏電阻是這部計算機的輸入設備，電機是輸出設備。注意機器人在物理結構上對兩個(gè)光敏電阻和減速電機的安裝位置有嚴格要求，圖1中所示的左右方位是從車(chē)尾向車(chē)頭看的，還需要注意兩只電機的極性不可接反，否則會(huì )出現機器人運轉紊亂的現象。

　　表1歸納了機器人在不同環(huán)境光下的運動(dòng)特性。，受光敏電阻夾角位置，元件電氣對稱(chēng)性，環(huán)境光的變化，電機和車(chē)體的結構的影響，實(shí)際機器人的運動(dòng)方式非常復雜。筆者制作的這只機器人，放在中廳會(huì )尋著(zhù)光線(xiàn)自己跑到陽(yáng)臺，在陽(yáng)光下是做一種不規則的8字轉動(dòng);在無(wú)光的環(huán)境下做順時(shí)針轉動(dòng)。最奇妙的是，因為我使用了高靈敏度快速響應的光敏元件，這部機器人甚至可以“感覺(jué)”到墻壁的反光，對墻壁，衣柜，桌子腿這些淺色高反光物體表現出一種避障特性(靠近墻壁會(huì )自己拐彎)。下面是我制作NE555尋光機器人的過(guò)程。

　　二、制作尋光機器人

　　業(yè)余制作機器人是一件非常有趣的事情，愛(ài)好者不光要處理好電路的問(wèn)題，還要解決機械結構的問(wèn)題。而制作一部個(gè)性十足的移動(dòng)式機器人的底盤(pán)，就需要好好動(dòng)一番腦筋了。

　　制作這個(gè)底盤(pán)的原則是在滿(mǎn)足功能的前提下，結構盡量簡(jiǎn)單，同時(shí)兼顧一點(diǎn)藝術(shù)性。

　　從圖2中可以看到，這部機器人移動(dòng)平臺使用的是最常見(jiàn)，最普通的材料。輪胎、減速電機和萬(wàn)向輪是入門(mén)級小車(chē)機器人的標準配置，在網(wǎng)上可以很容易買(mǎi)到。車(chē)體使用一片覆銅板邊角料加工而成。為了簡(jiǎn)化結構，替換方便，電機和電池盒使用雙面膠帶粘接的方式與車(chē)體固定。NE555選用常見(jiàn)的8腳雙列直插式封裝，方便焊接。光敏電阻沒(méi)有特殊要求，可以使用能買(mǎi)到的任意規格的光敏元件，有的LED二極管也呈現出光敏特性，也可以直接拿來(lái)用。我使用的是一對直徑5mm的紅外線(xiàn)接收管，反相串聯(lián)在+6V電源與地之間。紅外線(xiàn)二極管的好處是適應光線(xiàn)范圍大，響應時(shí)間比光敏電阻快，在陽(yáng)光、燈光甚至家電遙控器下都可以靈敏的動(dòng)作。

　　我使用一片厚度1.5mm的單面環(huán)氧樹(shù)脂覆銅板作為機器人的主體結構(見(jiàn)圖3)。覆銅板質(zhì)輕，而且有著(zhù)很好的強度和韌性，也很容易加工。銅皮一面作為機器人的頂部兼電源地，這樣有兩個(gè)好處：一是可以在銅皮面上迅速的搭建起機器人的電子部分;二是美觀(guān)，黃銅的顏色使這部機器人看起來(lái)別具一格。

　　機器人頭部的萬(wàn)向輪使用四組M3螺釘螺母固定在主體上(見(jiàn)圖4)。需要注意在萬(wàn)向輪水平的轉動(dòng)范圍內要留有足夠的空間，使它在運轉過(guò)程中不會(huì )碰到機器人尾部的電池倉。為了使機器人的主體處于水平位置，可能還要根據后輪的的情況，在萬(wàn)向輪的法蘭盤(pán)上適當加一些墊片來(lái)微調它的高度。

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