Вадим мацкевич занимательная анатомия роботов icon

Вадим мацкевич занимательная анатомия роботов


Смотрите также:
Дипломная работа студента...
Мацкевич В. В. Солдат империи. ...
Лекция Хирургическая анатомия груди. Ранения груди. Хирургическая анатомия сердца...
Темы конференции: Архитектура роботов...
Робототехнический и кибернетический бум в конце прошлого столетия полностью изменил мышление и...
«История роботов, написанная роботом.»...
Егоров И. В., Лавров А. В, Мусатов В. Ю., Пчелинцева С. В...
Лекции : Йога Влюблённости. Вопросы-ответы. Вадим Запорожцев. Часть 5-я...
Анализ и обобщение опыта и тенденций создания промышлен­ных роботов в отечественной и зарубежной...
Программа дистанционного курса по английскому языку «Занимательная грамматика»...
Работа была представлена на конференции “Экстремальная робототехника ”( 15-17 апреля, 2003 г....
Активная экзоскелетная система и начало разития человекоподобных роботов...



Загрузка...
страницы: 1   2   3   4   5
вернуться в начало
скачать

^ 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ —

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОСНОВА РОБОТОСТРОЕНИЯ


Пытаться конструировать радио­электронные системы роботов, не представляя хорошо их теории и физических основ, — это значит работать с очень низким коэффициентом полезного действия. Создать какую — либо систему робота, не понимая ее су­ти, невозможно. Работа должна строиться на прочной основе теоретических знаний — только тогда кон­структор с каждой новой разработкой будет расши­рять диапазон своих знаний и переходить к новым ру­бежам творчества.

Партией и правительством перед народом Совет­ского Союза поставлена важнейшая задача — всемерное ускорение научно — технического прогресса. Это отно­сится не только ко взрослым, но и к школьникам. Перед юными техниками стоит задача: в короткие сроки освоить элементы теории радиоэлектроники, микросхемотехники и робототехники. Все это — новей­шие сложные области техники, без их знания немыс­лим современный знающий инженер, техник и зача­стую даже квалифицированный рабочий. Но если изучать их старыми методами — только по книгам, — то без определенной системы достичь чего — либо суще­ственного будет трудно. Как же быть?

Ученые утверждают, что лучшим способом освое­ния теории является эксперимент. С каких же экспери­ментов лучше всего начинать?

К примеру, в этом вам может помочь серийно вы­пускаемый промышленностью конструктор «Радиоку­бики». Если на монтаж с помощью пайки и наладку громкоговорящего приемника у ребят уходит иногда до двух — трех месяцев, то для сборки такого же при­емника из магнитных радиокубиков нужно всего три — пять минут. Три минуты вместо трех месяцев! Вот вам и пример ускорения научно — технического прогрес­са.

Пользуясь радиокубиками, вы изучите теоретиче­ские основы радиоэлектроники, ознакомитесь с раз­личными радиодеталями, их назначением и свойства­ми.

Затем можно будет последовательно переходить к следующим конструкторам, выпускаемым промыш­ленностью:

модульному для сборки сложных радиоэлек­тронных систем из простейших типовых узлов — моду­лей;

для изучения логических основ построения ЭВМ и знакомства с микросхемотехникой;

для сборки и исследования основных каналов ЭВМ.

Обо всех этих конструкторах мы еще расскажем, а пока ответим на вопрос: что же это такое — модели­рование и как оно применяется в практике современ­ного технического конструирования?


^ МОДЕЛЬ И МОДЕЛИРОВАНИЕ


Современные научно — технические исследования и промышленное строительство ведутся с огромным размахом, и на них затрачивается много средств (вспомним хотя бы о космических исследова­ниях). Поэтому ошибки или просчеты могут привести к бесполезной грате материально — технических и люд­ских ресурсов. Этого можно избежать, если предвари­тельно изучить процессы и явления, протекающие в реальном объекте, с помощью модели. В технике моделью называют уменьшенное или упрощенное подобие интересующего нас объекта, для которого ха­рактерны процессы, сходные с процессами, происходя­щими в этом реальном объекте. Изучение свойств мо­дели дает ориентировочное представление о свойствах и возможностях объекта.

В качестве моделей иногда применяют устройства, имеющие физическую природу, отличную от природы оригинала.

Недаром В. И. Ленин в своей работе «Материализм и эмпириокритицизм» писал: «Единство природы об­наруживается в «поразительной аналогичности» диф­ференциальных уравнений, относящихся к разным областям явлений» [В. И. Ленин. Полн. собр. соч. Т. 18. С. 306.].

Существуют аналогии между законами, выражаю­щими различные физические явления. Например, ана­логичны закон Ома для электрического тока, закон Фурье для теплового потока и закон Дарси для скорости фильтрации жидкости через пористую среду. На основе метода аналогии и создают модель. В ней из­вестные процессы, все параметры которых легко под­даются измерению, описываются той же системой уравнений, что и изучаемые процессы в оригинале.

Современные любительские конструкции роботов содержат множество сложных радиоэлектронных си­стем, предварительную отработку которых также це­лесообразно проводить на моделях. В качестве техни­ческого средства моделирования различных систем роботов можно рекомендовать радиокубики. Мы уже их упоминали, а теперь расскажем о них подробнее.

Даже в сравнительно простых имитаторах речи ав­томатов («электронные сирены» и др.) или «речи» жи­вотных (пение птиц, лай собаки и др.), содержащих сотню и более деталей, требуемое подобие сигналов схемы естественной «речи» животных или машин мож­но получать, меняя параметры трех — пяти различных деталей. Вот тут — то и приходят на помощь радиокуби­ки. Они позволяют быстро и весьма наглядно решать основные задачи радиоэлектроники — от сборки про­стейшего детекторного приемника до различных им­пульсных устройств и элементов электронных вычис­лительных машин. Для любителей — роботостроителей такие кубики очень удобны. Они есть в продаже, но их можно сделать и самостоятельно. Из кубиков соби­рают самые различные устройства — от простейшего детекторного приемника до громкоговорящего прием­ника или даже модели нейронов мозга.


МОДЕЛИРОВАНИЕ

^ РАДИО­ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ ИЗ РАДИОКУБИКОВ


Радиокубики — это небольшие пластмассовые коробки, в которые вмонтированы раз­личные радиодетали и магниты, притягивающие куби­ки один к другому и соединяющие их в единое рабо­тающее устройство (рис. 10). На каждом кубике изображено условное обозначение содержащихся в нем деталей. Имея набор таких кубиков, можно в считанные минуты собрать из них самые различные устройства. Их собирают на металлической пластине, являющейся одновременно общим проводом устрой­ства. Источником питания служат батарея «Крона», или две батареи 3336, или сетевой блок.




^ Рис. 10. Набор ра­диокубиков


В конструкции радиокубиков применен минимум деталей. На боковых сторонах кубиков установлены кон­тактные пластины из нейзильбера, к которым изнутри кубиков припаяны проводники или радиодетали. За контактными пластинами расположены ферритовые магниты.

Изучение электроники на кубиках начинают с про­стейших электрических устройств. На этом этапе зна­комятся с назначением различных радиодеталей, RC — цепями, транзисторами и их свойствами. Затем можно перейти к освоению мультивибратора, триггера и ло­гического элемента.

Собрав устройство по схеме на рис. 11, можно по­знакомиться с основными свойствами транзистора — главного элемента современной электроники. Управляюший электрод транзисто­ра — база. Давайте посмотрим, как слабый ток базы ib влияет на мощный коллекторный ток ik. Включим в базовую цепь высокоомный телефон ВА1, а лампу HLl — в цепь коллектора. Нажмем на кнопку SB1 и прикоснемся несколько раз к выводу базы тран­зистора выводом телефона. При этом мы замыкаем цепь базы — загорается лампа, и в телефоне слышен щелчок. Транзистор в момент касания открывается и проводит ток. Когда цепь базы оборвана (ток базы равен нулю), лампа не горит, значит, нет и тока кол­лектора — транзистор закрыт.





Рис. 11. Изучаем свойство транзистора



Рис. 12. Эксперимент с гальваниче­ским элементом


Если в цепь базы вместо телефона включить рези­стор сопротивлением 10 кОм, смонтированный в угло­вом кубике, можно наглядно проиллюстрировать ра­боту транзистора как электронного выключателя. Когда цепь базы замкнута, транзистор открыт и кол­лекторный ток зажигает лампу. При разомкнутой базовой цепи транзистор закрыт и лампа не горит. Продолжаем изучать свойства транзистора. На этот раз мы увидим, как самодельный гальванический элемент зажигает лампу (рис. 12).

Соедините с общим проводом небольшую пласти­ну из латуни, на нее положите клочок бумажной сал­фетки, смоченный уксусом. Поверх салфетки поместите небольшую пластину из алюминиевой фольги от кон­феты. Получился химический источник тока G1, в ко­тором латунь служит положительным полюсом, а фольга — отрицательным. Разумеется, напряжение и ток этого элемента настолько малы, что никакая лампа от него не загорится. Но он способен управлять транзистором — усилителем постоянного тока. Наш эле­мент обеспечит базовый ток, а транзистор коллек­торным током зажжет лампу, которая будет получать питание от источника коллекторного тока GB1.

Вот как это произойдет. Нажмите на кнопку SB1 и выводом базы транзистора дотроньтесь до фоль­ги — отрицательного полюса элемента G1 — лампа за­жжется. Таким образом, с помощью транзистора даже слабому элементу удалось зажечь лампу.




Рис. 13. Радиоприемник из кубиков


И в заключение — простейший радиоприемник. Для сборки радиоприемника (рис. 13) понадобится колеба­тельный контур — конденсатор С2 и катушка L1. Кар­кас катушки склеивают из бумаги на отрезке круглого стержня длиной 40...45 мм и диаметром 8 мм из фер­рита 400НН или 600НН. Чтобы приемник мог при­нимать радиостанции средневолнового диапазона, на­мотайте на каркас 80 витков эмалированного провода диаметром 0,15...0,18 мм.


МОДЕЛИРОВАНИЕ

^ РОБОТО-ТЕХНИЧЕСКИХ РАДИОЭЛЕКТ­РОННЫХ УСТРОЙСТВ ИЗ МО­ДУЛЕЙ


Типовые модули являются осно­вой всех промышленных радиоэлектронных разрабо­ток. В этом отношении наиболее убедителен пример конструирования современных ЭВМ. Первые лам­повые ЭВМ состояли из множества типовых модулей. Транзисторные ЭВМ или, как их называют, ЭВМ вто­рого поколения (серия «Минск» и др.) также собраны из транзисторных модулей. Для удобства конструиро­вания ЭВМ второго поколения было разработано не­сколько серий типовых радиоэлектронных модулей.

Вывод: нужно осваивать модульное конструирова­ние! Это современно, экономично и удобно.

Модульный конструктор. Радиокубики помогли нам понять назначение и свойства различных радиоде­талей и транзисторов. Из кубиков можно собирать от­дельные простые действующие устройства: мультивибраторы, ждущие мультивибраторы, триг­геры и т.п. Но это только кирпичики более сложных радиоэлектронных устройств различного назначения.

Так же как многоэтажный современный дом собирают из отдельных простых элементов, так и самые сложные электронные аппараты, и робототехнические устройства в том числе, собирают из отдельных моду­лей — мультивибраторов, триггеров и т. п. Именно из та­ких модулей создавали ЭВМ, а мы из них будем соби­рать различные занимательные конструкции. Модули помогут нам моделировать робототехнические си­стемы речи, слуха, зрения.

Промышленность выпускает модульный конструк­тор (рис. 14), состоящий из нескольких модулей. В первую очередь нам потребуются:

модуль А — логический элемент ЗИ — НЕ с откры­тым выходом;

модуль Б — маломощный логический элемент ЗИ — НЕ;

модуль В — триггер, составленный из двух элемен­тов И — НЕ;

модуль Г — ждущий мультивибратор;

модуль Е1 — мультивибратор;

модуль Е2 — управляемый мультивибратор.

Используя модульные блоки, можно собирать мо­дели различных устройств со звуковым выходным сиг­налом, которые можно будет использовать в раз­личных робототехнических устройствах.

Одно из простейших устройств такого рода — гене­ратор звуковой частоты (рис. 15). Из схемы видно, что на входы модуля D3 поданы сигналы с двух мульти­вибраторов D1 и D2. Один из них, D1, вырабатывает сигнал с частотой около 2000 Гц, второй, работающий с частотой около одного герца, периодически преры­вает звуковой сигнал.



^ Рис. 14. Модульный конструктор

А — выходной усилитель, Б — элемент ЗИ НЕ, В — триг­гер, Г~ждущий мультивибратор, Е1 — мультивибратор, Е2 — управляющий мультивибратор




^ Рис. 15 Генератор звуковой ча­стоты (наутофон)



Рис. 16 Сигнальное устройство с прерывистыми сигналами


Если дополнить этот генератор еще одним мульти­вибратором (рис. 16), то можно получить сигнальное устройство, звуковые импульсы которого будут пре­рывистыми. Модули этого устройства такие же, как и в предыдущем, только у мультивибратора D3 кон­денсаторы Cl, C2 имеют емкость по 2 мкФ.

Такой гудок может выполнять функции сторожево­го устройства. Для этого надо отключить модуль D2, а освободившийся вход модуля D4 через пару замк­нутых сторожевых контактов или тонкую сторожевую проволоку соединить с плюсовым выводом батареи GB1. При размыкании контактов или при обрыве про­волоки раздастся прерывистый — тревожный сигнал. По схеме рис. 17 можно собрать гудок, тон которого будет периодически меняться.

В тех случаях, когда необходимо ограничить время звучания гудка, устройство можно построить по схеме рис. 18. При нажатии на кнопку SB1 подается запу­скающий перепад напряжения на вход ждущего муль­тивибратора D1. На его входе появляется высокий ло­гический уровень напряжения, и начинает работать управляемый мультивибратор D2. Его сигнал через логический элемент D3 поступает на динамическую головку ВА1.




Рис. 17. Схема гудка с периодически меняющимся тоном




Рис. 18. Схема гудка с ограниченным временем звучания


Примером устройства, использующего одновре­менно и звуковую, и световую сигнализацию, может служить контрольное устройство для дежурного робо­та (рис. 19). Рассмотрим работу этого устройства. За­дающий мультивибратор D1 периодически переклю­чает триггер D2 в состояние, при котором на его выходе присутствует высокий уровень напряжения. Этот уровень приложен к входу логического элемента D8, нагруженного сигнальной лампой HL1. Выходной сигнал мультивибратора D6 прерывает свечение лам­пы, делая световой сигнал более заметным.

С выхода триггера D2 сигнал поступает также на элемент совпадения D3. Сигнал с выхода инвертора D4 включает управляемый генератор D5. Выходной сигнал этого генератора через элемент D7 подан на динамическую головку ВА1. Поскольку на второй вход элемента D7 подан также сигнал с мультивибра­тора, звуковой сигнал будет прерывистым.




Рис. 19. Схема контрольного устройства для дежурного робота


Моделирование радиоэлектронных робототехнических устройств на микросхемах. Самыми совершенны­ми радиоэлектронными модулями являются инте­гральные микросхемы, содержащие в небольшом объеме очень большое число радиодеталей. На рис. 20 показан кристалл микросхемы рядом с муравьем. Не правда ли, впечатляющее сравнение?

Если вы хорошо усвоили все предыдущее, то сумее­те работать и с микросхемами. Здесь придется пользо­ваться специальным паяльником с очень тонким жа­лом, пинцетом и другими миниатюрными инструмен­тами. С микросхемами надо обращаться очень акку­ратно и грамотно.

Устройства, собранные на микросхемах, как прави­ло, не требуют налаживания и конструктивно выгля­дят весьма простыми. Большой популярностью поль­зуются микросхемы серии К155, выполненные на основе транзисторно — транзисторной логики (ТТЛ). В этой серии есть многовходовые элементы И — НЕ, триггеры, счетчики, дешифраторы, запоминающие и другие устройства.

Чтобы помочь читателям освоить микросхемы и приступить к сознательному моделированию микроэлектронных робототехнических устройств, разра­ботан и выпускается промышленностью «Конструктор для изучения микросхем и логических основ построе­ния ЭВМ» (рис. 21). Он очень прост и может быть вы­полнен дома или в кружке робототехники. Этот кон­структор позволяет на одной из самых распростра­ненных микросхем К155 Л A3, состоящей из четырех логических элементов 2И — НЕ, проделать десятки экс­периментов.



Рис. 20. Кристалл микросхемы и муравей




Рис 21 Конструктор для изучения ми­кросхем и югических основ построения ЭВМ


Он состоит из упомянутой микросхемы и набора резисторов, конденсаторов, светодиодов, кнопок и гнезд. Соединяя отдельные элементы конструктора проводниками, подключаемыми к гнездам, можно со­бирать на микросхеме до 30 радиоэлектронных устройств.

^ Кибернетический конструктор. Выпускаемый про­мышленностью кибернетический конструктор (рис. 22) позволяе! собирать из микросхем серии К155 ос­новные узлы ЭВМ и различные занимательные ра­диоэлектронные устройства. С помощью конструктора можно ознакомиться с функциями половинного сум­матора ЭВМ, дешифратора, регистра, накопителя, счетчика, элементов памяти ЭВМ и т д. Он позволяет моделировать ряд устройств, различных робототехни­ческих систем.




^ Рис 22 Кибернетический конструктор для изучения основных элементов и узлов ЭВМ и моделирования различных работа — технических систем.



Принцип его построения такой же, что и у кон­структора, предназначенного для изучения логических основ построения ЭВМ, но в нем предусмотрена сбор­ка устройств, состоящих из нескольких (до четырех) микросхем. Этот конструктор также может быть изго­товлен в кружке робототехники.

^ 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕЧИ

ИСКУССТВЕННАЯ РЕЧЬ И СВЯ­ЗАННЫЕ С НЕЙ ПРОБЛЕМЫ


Говорящие машины уже суще­ствуют. Словарь их пока небольшой и состоит из слов, произнесенных человеком и записанных на маг­нитный барабан. Наиболее известный тому пример — говорящие часы, работающие на многих телефонных станциях.

Машины, использующие предварительно записан­ную речь, довольно дешевы и очень удобны, если чис­ло сообщений невелико, но непригодны, если требует­ся обычная непрерывная речь. Одна из причин состоит в том, что с возрастанием числа хранимых слов хранилище записанных слов становится слишком боль­шим и дорогим. Другой причиной является то, что в разговорной речи одно и то же слово может уча­ствовать в предложениях разного типа, с различными ударениями, интонациями и несколькими вариантами произношения. Поэтому невыгодно использовать не­посредственную запись речи для говорящих машин более общего типа. Выгоднее машины, в некотором смысле моделирующие работу голосовой системы че­ловека. Машины, которые не воспроизводят ранее за­писанную речь, а синтезируют ее, называют «синтеза­торами речи».

История синтезаторов речи очень стара. Наиболее ранние были непосредственными копиями человече­ского речевого аппарата и использовали воздухо­дувные меха, язычки и резонаторы. Управляли этими машинами, как правило, вручную, с помощью набора рычагов. Одна из таких машин была построена Во­льфгангом фон Кемпелиа в конце XVIII века. Извест­но, что она очень хорошо имитировала речь, хотя не совсем правильно воспроизводила некоторые звуки. В 1920 году акустическая модель Р. Пэджета произно­сила целые фразы, например: «Алло, Лондон, вы слу­шаете?» или «О, Лейла, я люблю Вас!». Для этого ав­тору приходилось руками очень искусно изменять форму резонирующей полости машины.

При дальнейшем моделировании оказалось (как ча­сто бывает при моделировании функций человеческого организма), что воспроизведение человеческой речи ис­ключительно сложно. Развитие говорящих машин ста­ло действительно возможным только с появлением со­временной электронной техники, которая позволяет достигнуть необходимого уровня сложности.

Убедиться в сложности речевых сигналов позво­ляют спектрографы или анализаторы спектра. Про­стейшим прибором для частотного анализа является резонансный частотомер, содержащий ряд упругих стальных пластин с различной частотой собственных колебаний. При подаче на электромагнит этого прибо­ра сигналов речи поле электромагнита возбуждает только ту пластину, собственная частота которой со­впадает с частотой исследуемого сигнала.

На рис. 23 показан получающийся таким способом частотно — временной спектр звука сирены с постепенно повышающейся частотой, а на рис. 24 — спектр звука отдельного слова, произнесенного человеком. Как вид­но из рисунков, звуковые колебания, образующие речь (в отличие от речи автомата — сирены), содержат много составляющих, которые в сумме создают сложную звуковую картину. К сожалению, эти картины очень отличаются не только у различных дикторов, но даже у одного и того же человека в разное время.




Рис. 23. Спектр звука сирены Рис. 24. Спектр слова, произне­сенного человеком


Взгляните на шесть контурных диаграмм англий­ского слова «You» (рис. 25) — и вы убедитесь в этом.



^ Рис. 25. Контурные диаграммы англий­ского слова "You"


Диаграммы получены от пяти различных людей, толь­ко нижние две диаграммы — от одного человека (на диаграммах контурные линии отображают различную интенсивность звучания).


^ ПРОСТЕЙШИЕ УСТРОЙСТВА РЕЧИ РОБОТОВ


Каждому ясно, что проще всего сделать говорящую модель, если в нее установить магнитофон. В отдельных случаях это решение подхо­дит. Но в таком варианте больше механики, чем элек­троники, а сейчас электронные синтезаторы речи и во­кодеры более современны и интересны.

Однако и магнитофонная речь вполне применима в некоторых речевых системах роботов, например в конструкции робота — секретаря, отвечающего на теле­фонные звонки: «Хозяина дома нет» или «Сообщите, что ему передать» и т.д.

В пионерском лагере им. Вити Коробкова (Крым­ская обл.) ребята вмонтировали магнитофон в модель фанерного львенка (рис. 26). Если потянете львенка за хвост — вспыхивает малиновым светом ротик, заго­раются зеленые глазки, он поднимает лапы и громко заявляет: «Хочу к маме в Африку или в пионерский лагерь «Иссары»!».




^ Рис. 26 Модель говорящего львенка


Не скажешь, что электромеханическая система львенка проста. Над ней пришлось потрудиться. При­шлось смонтировать магнитофон «Нота» с кольцевой лентой, на которую записали речь львенка. Чтобы фраза каждый раз начиналась сначала, а не с про­извольного места записи, ребята сделали фотоэлек­тронное устройство. Потребовалось установить систе­му конечных выключателей для коммутации ламп подсветки рта и глаз, магнитофона, усилителя. Чтобы звук был громче, применили четыре двухваттные динамические головки.

Но вот оказывается, что забавную систему речи иссаровского львенка можно применить с пользой для сельского хозяйства в кибернетическом чучеле.


^ КИБЕРНЕТИЧЕСКОЕ ЧУЧЕЛО


Вам никогда не приходилось в пору созревания вишни бывать на Украине или в Молдавии? В это время тем, кто имеет сад, прихо­дится выдерживать настоящие сражения. Кто же этот враг, который без объявления войны нападает на на­ши сады? Трудно даже поверить, — это птицы, и в ос­новном те, кого мы весной встречаем скворечника­ми, — наши черногрудые скворцы!

В конце лета бесчисленные стаи птиц — скворцы, дрозды, воробьи — наносят громадный ущерб нашим садам. Численность скворцов в стаях доходит иногда до нескольких тысяч. Такой ораве достаточно несколь­ких минут, чтобы сад был опустошен. Ни одной ягод­ки обычно не остается...

Как защититься от птиц?

Технические достижения XX века почти не косну­лись конструкции огородного чучела. Рваная рубашка на перекладине да ведро или тыква на жерди — так вы­глядит современный защитник наших огородов и са­дов. Таким же он был и 200 лет назад. К сожалению, приходится признать, что такое чучело совершенно не эффективно в борьбе с птицами: они к нему быстро привыкают и перестают бояться. Вот и приходится для защиты садов прибегать к хлопушкам и свисткам. С рассвета и до захода солнца людям приходится де­журить в садах и отпугивать непрошенных гостей. Как быть? Вот если бы научиться разговаривать по птичьи! Тогда можно было бы попытаться им кое-что объяснить...

Нужно научиться подавать им только один сиг­нал — сигнал тревоги, который птицы издают при при­ближении хищника.

Вот как эту задачу решили ученые из Молдавии. Они поймали скворца, посадили его в клетку и начали изучать те самые тревожные сигналы, которые издава­ла птица, когда к ней подносили близко кошку. Это и были сигналы тревоги по — скворечьи. Их записали на магнитофон и через усилитель и громкоговоритель стали передавать в садах и огородах. Заслышав такой сигнал, испуганные птицы тут же улетали и долго по­том не возвращались. Так был найден надежный спо­соб защиты созревающего урожая от скворцов. Свою аппаратуру ученые назвали кибернетическим чучелом.

Для изготовления такого чучела понадобится маг­нитофон, усилитель мощностью 10 Вт и три — четыре одноваттных громкоговорителя, укрепленных на ше­стах на высоте 3...5 м.


^ МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕЧИ АВТОМАТОВ


Как мы уже видели из рис. 23, спектр речи автомата — сирены значительно проще речи человека. Чтобы получить сигнал сирены, нужно сфор­мировать звуковой сигнал, частота которого периоди­чески изменялась бы по пилообразному закону.

Функциональная схема электронной сирены приве­дена на рис. 27. Прямоугольные импульсы с выхода задающего мультивибратора через диод VD1, пропу­скающий только отрицательные полуволны импуль­сов, поступают на зарядно — разрядную цепь, состоя­щую из зарядного резистора R3ap, конденсатора С1 и резистора цепи разрядки Кразр — Зарядно — разрядная цепь превращает прямоугольный импульс мультивибратора в пилообразный импульс, фронт и спад кото­рого и будут определять характер звучания тревожных сигналов сирены. Второй мультивибратор задает сред­нюю частоту тона сирены.




Рис. 27. Функциональная схема электрон­ной сирены


Регулируя резисторы R3ap (сопротивлением 5...20 кОм) и Rpa3p = (390... 100 кОм), добиваются нуж­ного качества звучания сирены.

Электронный музыкальный автомат. Сравнительно простой электронный музыкальный автомат может быть собран по схеме рис. 28 («Радио», 1982, 12).

Подбирают ту или иную мелодию подстроечными резисторами цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) (всего автомат выдает восемь звуков различной тональности). Частоту тактового генератора изменяют (если это необходимо) подборкой резистора R1.

Такой автомат удобно использовать в качестве квартирного звонка. Для этого его следует дополнить реле выдержки времени, усилителем мощности и се­тевым блоком питания (рис. 29).

Если кратковременно нажать на кнопку SB1, срабо­тает реле К1 и контактами К 1.1 самоблокируется. Ав­томат начнет воспроизводить мелодию. По окончании мелодии счетчик возвратится в исходное состояние и на прямом выходе триггеров DD2.1, DD2.2, DD3.1,



Рис. 28. Простейший электромузыкаль­ный инструмент



Рис 29 Музыкальный автомат



Рис 30 Автомат выдержки времени уcuлиитель мощности и сетевой блок питания


DD3.2 29 появится напряжение высокого уровня. Соот­ветственно на выходе элемента DD1.1 (рис. 30) будет напряжение низкого уровня и реле К1 отпустит якорь. Автомат выключится.

Усилитель мощности собран на двух транзисторах (VT2 и VT3) и нагружен динамической головкой ВА1.

^ Моделирование речи животных. Как вы убедитесь, схемы звуковых автоматов весьма просты. В них полу­чение нужных сигналов сводится к включению и вы­ключению (манипуляции) задающим генератором то­на. Правда, в сирене использована не манипуляция, а модуляция, но по довольно простому закону — пило­образному. Эти автоматы очень просты в налажива­нии и часто работают сразу же после сборки. Значи­тельно сложнее моделировать даже самую элементар­ную речь животных. Здесь законы модуляции гораздо многообразнее. Например, диаграмма кошачьего мяу­канья (рис. 31, а) выглядит как плавное нарастание сиг­нала до максимума с последующим плавным спадом, а лай собаки — как наложение колебаний двух генерато­ров низкой частоты ft и более высокой Г2 (рис. 31,6).

^ Моделирование речи человека. Из всех живых су­ществ, населяющих мир, только человек оказался спо­собным развить голосовой аппарат для кодирования и передачи сложнейшей информации. Ученые прово­дят сложнейшие исследования по автоматической рас­шифровке и имитации звуков речи, но пока еще ре­чевые сигналы содержат много загадок и не поддают­ся распознаванию даже с помощью тончайших анали­заторов, использующих самые мощные современные электронные вычисли­тельные машины.

Известны попытки имитации голоса чело­века с помощью элек­тронных устройств. Так, роботостроитель Бруинсма, автор книги «Практические схемы роботов» (М.: Госэнер — гоиздат, 1962), создал для автомата «Игра в крестики и нолики» электронный прибор, имитирую­щий восторженный возглас человека при выигрыше автомата и «унылое ворчание» при проигрыше. В при­боре более 10 мультивибраторов и других устройств. Однако его работа оставляет желать лучшего. Сло­вом, моделирование речи — очень трудная задача.




^ Рис 31 Эпюры напряжений

А - мяуканье кошки, б - лай собаки



Однако мы уже отмечали, что с помощью мульти­вибраторов можно получать звуки, близкие к звуча­нию некоторых гласных букв (А, О, И). Исследования показывают, что звучания этих гласных складываются из двух частот, т.е. для моделирования нужна парал­лельная работа по меньшей мере двух мультивибрато­ров.

^ Маломощные усилители речи роботов на микросхе­мах. В случаях, когда не требуется большая громкость звучания того или иного устройства речи робота и до­статочно выходной мощности усилителя около 0,1 Вт, можно использовать усилители звуковой частоты, раз­работанные для миниатюрных приемников («Радио», 1985, № 10). Такие усилители могут пригодиться в ав­томатических речевых устройствах.

Принципиальная схема первого варианта усилителя показана на рис. 32, а. Для повышения входного сопротивления усилителя в цепь эмиттера транзистора VT1 включен резистор R3 (его сопротивление может быть 110...240 Ом). Рекомендуемое сопротивление го­ловки ВА1 громкоговорителя 6...8 Ом.

Второй вариант усилителя (рис. 32,6) отличается повышенной экономичностью. В первой ступени необходим транзистор с большим коэффициентом переда­чи тока, способный работать в режиме малых токов. Кроме указанного на схеме можно использовать тран­зисторы КТ342А, КТ342Б и КТ3102А — КТ3102Е. Входное сопротивление усилителя 10 кОм; ток, потреб­ляемый первой ступенью, 0,3...0,5 мА. Конденсатор С2 предотвращает самовозбуждение усилителя на высо­кой частоте. Транзистор VT2 выполняет функции развязывающего фильтра в цепи питания транзистора VT1. Это позволило обойтись без дополнительного оксидного конденсатора и резистора.

В третьем варианте усилителя (рис. 32, в) функции входного транзистора выполняет микросхема DA1 на полевых транзисторах. Достоинство такой замены — высокое входное сопротивление (оно определяется сопротивлением резистора R1 и в зависимости от требований может быть в пределах от нескольких десятков килоом до 1 МОм).




Рис. 32. Маломощные усилители речи ро­ботов на микросхемах


Все рассмотренные усилители при входном напря­жении 30...50мВ обеспечивают выходную мощность 0,1...0,12 Вт. Ток, потребляемый ими в режиме покоя, не превышает соответственно З...ЗД 2... 2,5 и 4...4,5 мА; при максимальной громкости 40 мА. Уси­лители не критичны к типу используемых деталей и обладают запасом устойчивости.

Микросхему К504УН1Б можно заменить полевыми транзисторами КП103Е, КП201Е, КП201Ж или КП201И. При использовании оксидных конденсаторов К50 — 6, резисторов МЛТ — 0,125 и переменного резистора СПЗ — Зб размеры платы этого усилителя не превы­шают 25 х 30 мм.

Выходные ступени описанных усилителей в нала­живании не нуждаются. Их чувствительность можно регулировать изменением сопротивления резисторов, подключенных к выводу 2 микросхемы, в пределах 240 Ом...2,7 кОм (при уменьшении сопротивления чув­ствительность увеличивается).

Необходимо иметь в виду, что номинальное значе­ние сопротивления резистора R3 и входное сопротив­ление усилителя по схеме на рис. 45, а зависят от со­противления резистора R1. Резистор R3 подбирают, контролируя напряжение на коллекторе транзистора VT1, которое должно находиться в пределах 1,4...1,7 В.


^ 5. МОДЕЛИРОВАНИЕ СЛУХА

БИОНИКА И СЛУХ


Исключительное значение для ро­ботостроения имеет совершенствование технических приборов, воспринимающих звуковые сигналы. Звук быстро позволяет передавать командные и управляю­щие сигналы. Разработка новых систем слуха, при­годных для роботов, также основана на бионических исследованиях.

Способность человеческого мозга разбираться с помощью слухового аппарата в хаосе звуков являет­ся одним из его самых чудесных свойств. «Наивысшим и совершеннейшим человеческим приспособлением» назвал звуковую речь человека выдающийся русский физиолог И. П. Павлов. Физическая природа звуковой речи хранит в себе множество тайн. Как образуются звуки в голосовом аппарате человека, как они воспри­нимаются слухом и от чего зависит характер звука — вот проблемы, которые еще по сей день занимают интересы ученых, работающих в самых разнообразных областях науки. Чтобы машины могли безошибочно выделять какой — то один образ из множества других сходных, нужно точное знание его признаков. Но как выбрать такие признаки? Над решением этой задачи во всем мире работают физиологи, специалисты по бионике, психологии и инженеры, математики и кон­структоры. Если фотоэлемент можно назвать грубой моделью органа зрения, то микрофон напоминает ор­ганы слуха в гораздо меньшей степени.

Ученые — бионики, преодолевая трудности, пытаются разгадать секреты слуха человека. К таким секретам относится, например, способность выделять нужный голос среди шума и десятков других голосов. Задача сложная, но нельзя отказываться от нее только пото­му, что она трудна.

Речь состоит из слогов, слов, фраз и т.д. Элемен­тарной частью речи является звук (фонема). С физиче­ской точки зрения звуки речи различают по частоте, громкости и продолжительности. В речи нет четких границ между звуками. Одни специалисты пытаются распознавать речь по фонемам, другие считают, что для этого следует использовать форманты частоты, присущие звучанию каждой буквы, произносимой че­ловеком. Примером удачного решения задачи являет­ся фонетическая пишущая машинка, созданная учены­ми Г. Олсоном и Г. Беларом.

Устройство можно рассматривать как сложный аналог слухового аппарата, части мозга, нервной си­стемы и нервно-мышечного аппарата человека, печа­тающего под диктовку. Бионическая схема человека, печатающего под диктовку, и схема фонетической пи­шущей машинки показаны на рис. 33. Чтобы понять принцип работы устройства, проследим, как перера­батывается звуковая информация по пути ее следова­ния.

Звуковая энергия улавливается наружным ухом че­ловека, передается по слуховому проходу и воздей­ствует на барабанную перепонку среднего уха. Механи­ческое движение перепонки передается жидкости, которая заполняет улитку (внутреннее ухо), при помо­щи слуховых косточек, перемещающихся нелинейно. При этом происходит компрессия сигнала, т.е. более громкие звуки уменьшаются сильнее, чем тихие.

На рис. 33 показаны схематическое изображение «развернутой» улитки и частоты, воспринимаемые paз­личными ее участками. Здесь происходит первичный анализ информации. Окончательно ее анализирует мозг, куда сигналы поступают по слуховому нерву. На основе результатов этого анализа мозг вырабатывает команды, посылаемые мышцам руки, нажимающей на соответствующие клавиши пишущей машинки.

В машине, распознающей речь, голос оператора вос­принимает микрофон и преобразует в электрические колебания.

После усиления и компрессии речевой сигнал по­ступает на анализатор частот — блок из восьми поло­совых фильтров, охватывающих диапазон 250... 10000 Гц, и систему детекторов сравнения амплитуд. Последняя собрана так, что реле, соответ­ствующее данному каналу, включается, лишь когда уровень в этом канале больше среднего в двух сосед­них.

Речь опознается по группе фонем, составляющих слог, а не по отдельным фонемам (так как распознать многие фонемы вне контекста очень трудно). В слого­вой памяти хранятся комбинации сигналов, соответ­ствующие различным произношениям одного и того же слога или слова. Распознавание слога представляет собой определенный вид процесса сравнения с имею­щимися в слоговой памяти образцовыми матрицами звукосочетаний.

Если слог опознан, срабатывает то реле из памяти написания, которое связано с написанием данного сло­га. В памяти написания (орфографической памяти) имеются типовые комбинации сочетания букв, пред­ставляющих 40 фонем для заданных 100 слогов. Реле соединено с линиями очередности следования букв и с линиями кода букв в блоке управления печатанием, который, в свою очередь, управляет работой бук­венных приводов — происходит печатание выбранных букв.

Таким образом, слово печатается в соответствии с заранее определенным написанием, которое по необ­ходимости должно быть одинаковым для одинаково звучащих слов. Именно поэтому устройство и было названо «фонетической пишущей машинкой».



^ Рис 33 Схема фонетической пишущей машинки


Действующие, проектируемые и перспективные приборы для опознавания речи можно разделить на несколько видов. Мы дали им совершенно условные названия.

«Сезам» — устройство, в котором реализовано ска­зочное заклинание «Сезам, откройся!». Реагирует только на одно, два или три слова, но произнесенные любыми голосами. Может, если угодно, в самом деле открывать дверь в вашем подъезде.

«Жучка» — устройство, хорошо понимающее крат­кий командный язык из двух — трех десятков слов. Обы­чно оно настроено на голос одного оператора. Как мы уже отметили, такой прибор способен управлять авто­мобилем или самолетом. Одна американская фирма успешно применила его в отделе технического контро­ля для записи параметров только что изготовленных цветных кинескопов. Другая фирма заставила «Жучку» запоминать свободные места в большом складском помещении и отправлять туда прибывающие контей­неры. Прибор незаменим при сложных научных экспе­риментах, когда надо записывать результаты, а руки исследователя заняты на пульте управления.

«Эксперт» — анализатор для выделения голоса одно­го из нескольких говорящих. Может помочь при опознании преступника, стать настройщиком музы­кальных инструментов или контролером качества зву­чания радиоприемников, телевизоров и магнитофонов.

«Собеседник» — его действия могут быть самыми разнообразными: совет по телефону, когда врач со­мневается в установлении диагноза, устный ответ про­граммисту о результатах вычислений на ЭВМ, ответ на запрос о состоянии текущего счета в банке и т.п. Другая модификация — «Электронный секретарь», со­единенный с пишущей машинкой.

«Переводчик» — название устройства не требует комментариев. Это искусственное ухо, подключенное к ЭВМ с программой автоматического перевода с одного языка на другой.

«Интегральный робот» — автомат, двигающийся впереди человека в опасных ситуациях. Подчиняется голосовым командам и докладывает пославшим его людям о том, что воспринимает. Мог бы помочь во время ремонта атомного реактора или путешествия на малоизученную планету.

Человеческое ухо существует в одном варианте. Искусственных, как видим, намечается несколько. Тем лучше! В том — то и сила техники, что она не копирует слепо природу.


^ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ СЛУХА


Прежде чем приступить к кон­струированию устройства слуха роботов, смоделируем отдельные элементы этих систем.

На рис. 34 — 37 показаны схемы усилителей звуко­вой частоты.

Начинать конструирование моделей слуховых си­стем лучше всего с простейшего акустического реле (рис. 37). Микрофон ВМ1 служит датчиком. Он пре­образует звуковой сигнал в электрические колебания, а усилитель звуковой частоты усиливает их. После выпрямления диодом VD1 импульсы постоянного тока вызывают срабатывание электромагнитного реле.


^ Рис. 34. Оконечный усилителъ звуковой частоты


Рис. 35. Двухтранзисторный усилителъ звуковой частоты

Принципиальная схема такого варианта акустиче­ского реле изображена на рис. 38. На транзисторах VT1 и VT2 собран усилитель звуковой частоты (34), а диоды VD1 и VD2 и конденсатор С4 образуют вы­прямитель. Транзистор VT3, резистор R6 и электро­магнитное реле К1 с диодом VD1, шунтирующим обмотку реле, составляют электронное реле, а лампа HL1 с резистором R7 — исполнительную цепь.





^ Рис. 36. Трехтранзисторный усилитель звуковой частоты высокого качества


Автомат работает так. Пока в помещении, где установлен микрофон, сравнительно тихо, в коллек­торной цепи транзистора VT3 течет небольшой ток покоя (меньше тока отпускания якоря реле К1), уста­навливаемый при налаживании автомата. В это время контакты К 1.1 реле К1 разомкнуты и, следовательно, исполнительная цепь выключена. При появлении зву­кового сигнала (громкий разговор, шум и т. п.) колеба­ния звуковой частоты от микрофонов усиливают тран­зисторы VT1 и VT2 и с нагрузочного резистора R5 сигнал поступает на выпрямитель. Отрицательные по­луволны выпрямленного напряжения заряжают кон­денсатор С4 и поступают на базу транзистора VT3. Если конденсатор зарядится до напряжения 0,25...0,3 В, то коллекторный ток транзистора увели­чится настолько, что реле К1 сработает и включит ис­полнительную цепь. Когда разговор перед микрофо­ном прекратится, конденсатор С4 почти полностью разрядится, коллекторный ток транзистора VT3 уменьшится до исходного, реле К1 отключится, а его контакты К 1.1, разомкнувшись, обесточат исполни­тельную цепь.




Рис. 37. Структурная схема акустического реле




Рис. 38. Принципиальная схема акустиче­ского реле


Какова роль резистора R1 ? Им регулируют уро­вень сигнала, поступающего от микрофона на вход усилителя 34, и тем самым регулируют чувствитель­ность акустического реле.

Электромагнитное реле — РЭСЮ (РС4.524.302) или РЭС9 (РС4.524.200) с током срабатывания не более 30.. .40 мА. Напряжение источника питания ипит дол­жно быть на 20...30% больше напряжения срабатыва­ния используемого электромагнитного реле. Транзи­сторы — любые маломощные низкочастотные струк­туры р — и — р (из серий МП39 — МП42) со статическим коэффициентом усиления передачи тока не менее 20. Если напряжение источника питания более 15 В, но не более 30 В, то транзистор VT3 должен быть МП40А или МП25, МП21.

Сопротивление резисторов R3 и R5, являющихся нагрузками транзисторов VT1 и VT2 усилителя, могут быть 4,7...8,2 кОм. Сопротивление резистора R7 зави­сит от параметров используемой лампы HL1.

Транзистор VT1, резисторы R2, R3 и конденсатор С2 сначала не монтируйте, чтобы испытать работу ав­томата с одноступенным усилителем, но обязательно оставьте для них место. Конденсатор С1 соедините от­рицательной обкладкой непосредственно с базой тран­зистора VT2.

Сначала, включив в коллекторную цепь транзисто­ра VT3 миллиамперметр, подборкой резистора R6 установите в этой цепи ток не более 2...4 мА. Он дол­жен быть меньше тока отпускания реле. Затем времен­но подключите параллельно резистору R6 еще один резистор сопротивлением 15...20кОм. При этом кол­лекторный ток должен резко увеличиться, а реле сра­ботать. Удалите второй резистор — коллекторный ток уменьшится до исходного, а реле отпустит якорь. Так вы проверите, работает ли электронное реле автомата.

Режим работы транзистора усилителя VT2 устано­вите подборкой резистора R4. Ток покоя коллектор­ной цепи транзистора может быть в пределах 1...1,5мА.

А теперь подключите к входному резистору R1 ми­крофон, например МД — 47 или абонентский (радио­трансляционный) динамический громкоговоритель, ко­торый будет играть роль микрофона. Движок резисто­ра установите в верхнее положение. Следя за показа­ниями миллиамперметра в коллекторной цепи транзи­стора VT3, громко произнесите перед микрофоном (или перед диффузором громкоговорителя) протяжный звук «а — а — а». Коллекторный ток транзистора должен при этом увеличиться, а реле сработать и включить исполнительную цепь.

Используя два микрофона, два усилителя и двухоб — моточное поляризованное реле, можно сделать слухо­вое устройство (рис. 39), поворачивающее голову ро­бота в сторону источника звука.

Звуковое управление можно осуществлять свист­ком, свирелью или голосом. Наиболее четко слуховые устройства работают при использовании в качестве источника сигналов электронного генератора звуковых команд. Он размещается в пульте управления робо­том. Но это не обязательно.




^ Рис. 39. Устройство слуха, поворачиваю­щее голову робота в сторону источника звука


Управление звуком. Акустическим каналом связи пользуются в основном птицы, животные и человек. Речевой и слуховой аппараты человека настолько хо­рошо приспособились к звуковым сообщениям, что лучшего желать трудно. Для решения технических за­дач акустический канал малопригоден из-за относи­тельно низкой скорости звука в воздухе и значитель­ного затухания при распространении.

В наш век космических скоростей применение аку­стического канала в технике связи — это только исто­рия. Проводная связь и радиосвязь его полностью вы­теснили. А вот использование акустических каналов для дистанционного управления подвижными моделя­ми имеет многие преимущества не только по сравне­нию с проводными линиями, но и с радио.

Конечно, управление моделью по радио очень эф­фектно, и трудно его сравнить с каким-либо другим видом телеуправления. Но здесь есть и свои трудно­сти. Например, прежде, чем делать передающую аппа­ратуру радиоуправления моделью, даже самой про­стой, нужно иметь соответствующее органов Госу­дарственной инспекции электросвязи разрешение на работу с передатчиком, выдаваемое по ходатайству областных (краевых) радиотехнических школ. Ос­новные положения действующей «Инструкции о по­рядке регистрации и эксплуатации любительских при­емопередающих радиостанций индивидуального и коллективного пользования» изложены в журнале «Радио» № 5 за 1968 год (с. 61 — 62).

Однако же и без радио может получиться неплохо. Заиграл на дудочке (да — да, на самой обыкновенной ду­дочке для малышей) — тронулась модель. Заиграл еще раз — повернула вправо, в третий раз — влево...

Радиус действия аппаратуры при работе от дудоч­ки достигает 10... 15 м. Описываемая система управле­ния звуком была применена в модели «Кобра, тан­цующая под музыку». Кобра, повинуясь звукам дудоч­ки, то поднимается вверх, то опускается или раскачи­вается. Схема электронного блока кобры показана на рис. 40. Эту систему можно использовать и для упра­вления моделями автомобилей и кораблей. Ее радиус действия может быть легко увеличен, если дудочку за­менить генератором звуковой частоты, к выходу кото­рого подключить малогабаритную динамическую го­ловку. Такой источник звука будет излучать весьма громкие сигналы, что может значительно увеличить радиус действия аппаратуры. Кроме того, генератор звуковых частот излучает более стабильные по частоте колебания, чем дудочка, что повышает надежность ра­боты аппаратуры в целом.

Число команд управления без существенных изме­нений схемы может быть увеличено до 6 — 9. Для этого потребуется лишь увеличить число фильтров звуковых частот в приемной части системы.

Такое устройство можно взять за основу системы звукового управления роботом или его ЭВМ. Система звукового управления роботом должна включать в се­бя небольшой переносный электронный генератор зву­ковых команд и установленное в модели робота при­емное устройство.

На рис. 41 показана схема генератора звуковых команд.

Генератор звуковых команд состоит из трех муль­тивибраторов, генерирующих частоты 280, 560 и 1100 Гц, двухтактного усилителя сигналов мультиви­браторов и динамической головки. Выходы мультиви­браторов подключают к усилителю сигналов через контакты трех кнопок. На рис. 42 представлена схема приемного устройства звуковых команд. Оно состоит из входного микрофонного усилителя и трех избира­тельных электронных реле, настроенных на соответ­ствующие частоты мультивибраторов генератора.




^ Рис 40 Схема «Кобры танцующей под музыку»


Вот фактически и весь канал телеуправления — от генераторов звуковых команд до выходных реле приемного устройства. К ним подключают дешифра­тор — электромагнитный шаговый искатель. Посмо­трим, как он используется для операции сложения. Допустим, на командную кнопку SB1 (см. рис. 41) нажали три раза — движок искателя переместился на три шага. Если вслед за этим набрать цифру 7, то дви­жок переместится на десятый контакт, если 8 — то на одиннадцатый, и т. д. Подавая через контакты шагово­го искателя напряжение, включающее светящиеся цифры от 1 до 10 или 20, мы «научим» модель робота, например, решать простейшие задачи на сложение.



^ Рис 41 Генератор звуковых команд


Задачу на вычитание робот может решить, только если шаговый искатель имеет обратный ход. На часто­те 280 Гц набирают уменьшаемое число, а на частоте 560 Гц — вычитаемое. Движок искателя укажет раз­ность. Приводя в действие третий мультивибратор, ис­катель переводят в исходное положение.

Если выходные контакты искателя связать с испол­нительными механизмами робота, то с помощью зву­кового генератора можно управлять не только его «математическими способностями», но и всем меха­низмом. При необходимости схему можно упростить, оставив в генераторе только один мультивибратор из трех, а частоты получить коммутацией конденсаторов и резисторов. В зависимости от расстояния между передатчиком и приемником мощность динамической головки может быть выбрана в пределах 0,1...0,5 Вт.

Настраивать резонансные контуры приемника на выбранные значения частоты командных мультивиб­раторов лучше всего с помощью звукового генератора и осциллографа. Но в крайнем случае можно обойтись миллиамперметром на ток полного отклонения стрел­ки 30...50мА, включенным в цепь выходного реле канала. Настройку ведут по максимуму показаний при­бора, когда на вход приемника подают сигналы с мультивибраторов.

Слуховое устройство «Кобра, танцующая под му­зыку» по схеме аналогично приемному устройству ро­бота (см. рис. 42).




^ Рис. 42. Приемник звуковых команд


Чудеса активных RC — фильтров. Электрические фильтры являются одними из основных элементов различных радиоэлектронных систем. Это обусловле­но тем, что во многих областях науки и техники (ра­диотехника, акустика, различные отрасли машино­строения, медицина, системы телеметрии и телеуправ­ления) необходимы выделение, подавление, фильтра­ция сигналов.

До сих пор мы говорили о системах LC — фильтров, в которых резонансные свойства определяются значе­ниями индуктивности L и емкости С. Но LC — фильтры, особенно в диапазоне звуковых частот, очень громозд­ки, и в современных конструкциях их заменяют ак­тивными RC — фильтрами.

Активные RC — филътры пригодны для использова­ния в самых различных устройствах. Например, они хо­рошо работают на весьма низкой (около 1 Гц) частоте среза и имеют добротность выше 100. Активные фильтры можно успешно применять в устройствах, ко­торые сочетают функции модуляции, выпрямления и фильтрации, и в других, где нельзя использовать ка­тушки индуктивности. Слуховые системы с активными RC — фильтрами используют для обнаружения шума на очень большом расстоянии. Их широко применяют при исследовании биотоков мозга и снятии энцефало­грамм. С их помощью решают задачи распознавания речевых сигналов в моделях органов слуха и т.п.

Однако теоретические достоинства активных RC — фильтров — это одно, а использование их на практике — другое. Изготовление надежных активных RC — филь­тров оказалось делом гораздо более сложным, чем на первых порах представлялось разработчикам.

Прежде всего для таких фильтров необходим на­бор деталей с малым разбросом параметров (особенно конденсаторов и резисторов). Важно также исключить временной дрейф транзисторов и пассивных элемен­тов, входящих в устройство.

Активный RC — фильтр, схема которого изображена на рис. 43, можно успешно использовать при кон­струировании светодинамических установок (СДУ). Как показала практика, этот фильтр в отличие от мно­гих, рекомендуемых для фильтрации частоты в СДУ, является весьма практичным. В нем сравнительно не­много транзисторов и деталей; он обеспечивает хорошую фильтрацию даже при значительном разбросе па­раметров деталей (см. таблицу).





^ Рис. 43. Схема активного RC — филыпра


Таблица

Параметры деталей схемы RC — фильтра

(рис. 43)

Полоса про­пускания, Гц

Емкость С1

конденсаторов С2

, МКФ

СЗ

С4

Сопроти кОм R3

вление резисторов, R6

50.. .100

0,2

0,1

1

0,051

10

5,6

100.. .200

0,11

0,05

0,5

0,03

8,2

8,2

200... 400

0,051

0,015

0,2

0,015

9,1

8,2

400... 800

0,03

0,01

0,1

0,0068

8,2

8,2

800.. .1600

0,0115

0,0068

0,05

0,0033

5,6

6,8

1600... 3200

0,0084

0,001

0,025

0,0015

6,8

7,5


Тайна пляшущих человечков. Мы познакомили чи­тателя с различными электронными устройствами, с помощью которых моделируют системы слуха. С этим багажом можно уверенно двигаться вперед — использовать модели в создании роботов, принцип ра­боты которых основан на сложных процессах управле­ния. Можно создать увлекательные модели, понимаю­щие различные сигналы и даже умеющие танцевать под музыку. Представьте себе куклу и даже робота, отплясывающих веселый танец под музыку. Такие чу­десные модели еще не созданы, но они вполне осуще­ствимы.

Музыкальные звуки отличаются громкостью, рит­мом, тембром и рядом других параметров. Для раз­личных сочетаний этих признаков можно найти общие танцевальные движения, составить матричные та­блицы и установить с их помощью закономерные свя­зи звучаний музыки и движений в танце. Затем с по­мощью электронных устройств и RC — фильтров создать анализаторы, различающие не только тембр звучания, но и отдельные музыкальные ноты, и с по­мощью логических устройств научиться управлять движениями модели.




^ Рис. 44. Запись работы каменщика:

а - пример записи некоторых движений, б - мотография записи работы каменщика


Возможно, что вам и матрицу составлять не при­дется — это уже сделано в Советском Союзе энтузиа­стом, мурманским врачом А. П. Волышевым, который уже давно разработал систему для записи движений человека — мотографию. Элементы мотографической системы состоят из пяти ведущих знаков, трех пар ли­неек и нескольких десятков дополнительных знаков, не превышающих числа нотных знаков в музыке. Пример записи некоторых движений показан на рис. 44, а.

В качестве иллюстрации использования мотогра — фии приводим пример записи работы каменщика (рис. 44, б). Следует отметить, что в записи работы ка­менщика учтено расположение кирпича слева от ка­менщика, а строительного раствора — справа. Камен­щик держит мастерок в правой руке. На рисунке приведена запись переноса каменщиком раствора и кирпича к месту кладки.

Если вас заинтересует проблема автоматических танцев под музыку, то вначале придется выполнить мотографическую запись выбранного танца, затем установить логические связи музыки и движений, по­сле чего приступить к составлению логических схем танцев под музыку. Создание механической системы с электромагнитами или другими приводными устрой­ствами будет самой легкой частью задачи.


^ ВАС СЛУШАЕТ РОБОТ


Представьте, что вы звоните по телефону приятелю и вслед за первым гудком в труб­ке слышите легкий щелчок и его голос: «Меня нет до­ма. Вернусь к восьми. Что вы мне хотите сказать?». Не пытайтесь уличить приятеля во лжи. Он не разыгры­вает вас. И хотя слышен его голос, приятеля действи­тельно нет дома. Вам ответил телефонный «секре­тарь». Когда его хозяин вернется домой, магнитофон расскажет ему о вашем звонке и о том, что вы передали.

Как построен робот — автоответчик, поясняет рис. 45. Звук вызова (звонок) телефонного аппарата воспринимает микрофон ВМ1, преобразует в электри­ческий сигнал, который приводит в действие сначала акустическое реле, а затем реле времени. Реле К2, Сра­батывая, замыкает контакты К2.1 и подает питание на магнитофон, усилитель блока ответа и электромагнит ЭМ, приводящий в действие механизм подъема теле­фонной трубки.

Блок ответа состоит из магнитной головки BS1 (во­спроизводящей), установленной на магнитофоне, и транзисторного усилителя. Громкоговоритель ВА1 воспроизводит информационную запись, предвари­тельно выполненную на одной из дорожек магнит­ной ленты. Индукционный датчик ИД с телефонного аппарата снимает сигнал сообщения и записывает его на другую дорожку магнитной ленты. По истечении времени выдержки реле К2 размыкает контакты и ав­тоответчик переходит в исходное состояние.




^ Рис 45 Схема робота-автоответчика





Скачать 1.27 Mb.
оставить комментарий
страница2/5
Дата29.09.2011
Размер1.27 Mb.
ТипДокументы, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы: 1   2   3   4   5
отлично
  1
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх