Motop
Простой осевой датчик оборотов для модифицированной сервомашинки

Модифицированные сервомашинки для радиоуправляемых моделей очень часто используются в роботах самоделках. Других моторов с аналогичными возможностями, ценой и доступностью практически нет. Некоторые просто разрывают обратную связь и стопоры, которые мешают постоянному вращению, однако наиболее полные возможности открываются при полной лоботомии — когда от сервомашинки остается только мотор и редуктор. Конечно, в этом случае совершенно необходимыми становится H-мост и схема управления.

Любая продвинутая задача связанная с вращением колес требует какой-нибудь обратной связи от осей моторов. Управляющая программа должна знать насколько провернулось каждое колесо, чтобы выровнять скорости вращения нескольких колес, или просто чтобы знать что платформа стоит на месте и не катится куда-нибудь под воздействием внешних сил. Мой робот, Акипаки, просто нуждается в таких датчиках чтобы знать что основной цикл управления не справляется с задачей выравнивания платформы и робот катится в одну сторону вместо того, чтобы стоять или мерно покачиваться на месте.

Любители используют несколько типов энкодеров. Я видел много разработок в которых картинка с веером напечатана прямо на колесах, а фоточувствительная схема расположена на шасси — такой дизайн кажется мне немного диким, мы же не носим свои кишки в сумке. Более продвинутые системы представляют собой квадратурные энкодеры, которые располагаются внутри моторов. Такие системы требуют наличия труднодоступных компонентов, потому что они просто обязаны быть очень крохотными. Кроме того, в случае с переделанной сервомашинкой, основное преимущество квадратурного энкодера теряет смысл, потому что направление вращения всегда известно заранее. Передаточное число редуктора такое огромное, что провернуть ось внешним воздействием оказывается очень сложно. И, если мы встречаемся с такой могучей силой, то вряд ли мы сможем чего-нибудь поделать. Так что не стоит заморачиваться.

Наиболее подходящим мне показался проект Алана Мачека (Alan Macek). Он возпользовался сервомашинками наподобии тех, что есть у меня, и сделал простой осевой энкодер используя только одну драгоценную недоступную деталь. Все, что представлено далее в этой статье, является дальнейшей разработкой его идей, здесь очень мало оригинальных находок. У меня получилось не использовать недоступных компонентов, потому что если бы не получилось, то вообще ничего бы не получилось. Если у вас полчилось купить QRB1114 или чего-нибудь подобное, считайте что вам повезло, можете просто позабавиться моими мучениями.

У меня не получилось найти ни одного из так часто упоминаемых в сети интегрированных приемопередатчиков для датчиков отражения. Не получилось уж тем более найти таких датчиков с интегрированными усилителями. Все что я смог найти, это были обычные ИК-излучатели и фототранзисторы. Пришлось немножко адаптировать схему Алана чтобы использовать то, что у меня есть. Вот тут лежит схема. В ней предусмотрен фильтр питания, чтобы избежать всяческого шума и интерференции. Значение R4 было подобрано исходя из отражающих характеристик материалов, использованных в проекте. Если вы способны экспериментировать со схемой, то можете использовать совершенно любые виды излучателей и приемников. Если нет, не стоит беспокойства. Поскольку всей схеме суждено работать запакованной в черный корпус, не нужно специально искать фотоприемники с фильтрами видимого света.

Рис.1 Схема (клик)
Рис.2 Фотошаблон (клик - PDF)

Я разработал фотошаблон для платки которая могла бы поместиться внутрь сервомашинки. К сожалению я уже выкинул оригинальные мозги из машинок (после того как съел все самое вкусное, конечно же), так что не был уверен о том, какой именно размер поместится внутрь. Но получилось неплохо, влезает. По крайней мере с помощью напильника и кувалды. Если вы собираетесь сделать свою плату, можете воспользоваться PDF-ом с фотошаблоном, получится как на картинке справа. Плата такая мелкая, что даже не полчилось запихнуть в нее никаких похабных надписей.

N.B.Плата на картинке сделана с (нестрашной) ошибкой. В PDF-е и на картиночке слева ошибка уже исправлена.

Рис.3 Только что протравлена
Рис.4 С детальками
Так выглядит плата с размещенными деталями. Если честно, то это уже отлаженная плата после некоторых мучений. Я ее не мыл, так что выглядит не как с завода, но очень аутентично — предмет народного творчества. Отметьте, что хотя плата и односторонняя, обратная сторона используется для земли. Не надо это игнорировать, земля это нужно и полезно. На картиночке еще видно, что кусочек земли слева-сверху вырезан чтобы избежать закорачивания с проводами.
Теперь пора подумать, как закрепить наши светодиод с фотоприемником внутри корпуса. Если бы у нас был модный приемопередатчик, его можно было бы приклеить и дело с концом. Но у нас есть только два бочонка и надо, чтобы они смотрели в одну сторону. Я употребил один из обрезков текстолита и сделал крепеж. Надо сначала разметить этот кусочек так, чтобы расстояние между дырками было таким, чтобы получилось спокойно вставить в них обе детали. Потом просверлить сначала крохотные дырочки, чтобы не сбиться большим сверлом. Потом уже проходим дырочки сверлом 3мм. Я сделал дырки так, чтобы вставленные в них детальки как бы немного смотрели друг на друга, но похоже это было необязательно. На таком маленьком расстоянии все это ерунда — там либо лупит так что глаз ломит, либо темнота. После проверки того, что все приходится нормально и работает (выход схемы должен переключиться с "1" в "0" когда мы подносим к оптопаре чего-нибудь белое или даже не очень белое, но в то же время не должен реагировать на хороший черный типа матерчатой изоленты или черного пластика), я приклеил обе детальки к пластинке, укоротил им выводы и подпаял проводки чтобы соединить их с платой уже насовсем.
Рис.5 Крепеж
Рис.6 Окошко для глаза

Слева — окошко в стенке корпуса для нашего глаза. Будет глаз смотреть через него на шестеренку с неотражающим прерывателем.

Справа — нижнаяя сторона нашей кодирующей шестерни. Настоящее преимущество этого проекта раскрылось — все что угодно работает в качестве кодирующего колеса. Не нужно печатать крохотных картинок и наклеивать их ювелирными методами на нейлоновые колеса. Все просто — берем кусочек изоленты у Петровича и наклеиваем на колесо. На фотографии видны следы многочисленных пыток, которым оно было изначально подвергнуто, пока я не нашел ту самую чудо-изоленту.

Рис.7 Кодирующая шестерня
Рис.8 Залеплено внутрь

Слева — так наша конструкция размещена с внутренней стороны корпуса. Я прилепил ее каким-то гадким термоклеем. Главное вытереть потом тщательно жало паяльника, а то просмердит все насквозь.

Справа — вот так наш самоделкинский глаз выглядывает через дырочку в корпусе. Ничего, еще чуть чуть и все, колесо пыток энкодера будет всем, что он будет видеть всю свою жизнь. Гы.

Рис.9 Я тебя вижу!
Рис.10 Упаковываем

Ну все, с этого момента все должно быть прозрачно. Мне пришлось подпилить платку по сторонам и по углам, чтобы пролезли болты. Подклеил изоленту (двумя слоями!) чтобы не коротить с мотором, потом упаковал все внутрь. Конденсатор торчал выше всех, пришлось вырезать для него маленькое окошко в крышке. Но все равно чего-то было чуть чуть толще чем надо и в результате конструкция выглядит немножко объевшейся.

С этим типом редуктора (машинка была Hi-Tec HS-311, говорят, что это самая непеределываемая машинка, но я не пойму почему: я ее всю вдрызг упеределывал и все работает), у меня получается 42 импульса на оборот выходного вала, то есть на оборот колеса робота. Скважность, как можно догадаться посмотрев еще раз на прерыватель на колесе, не совсем 50%. Количество импульсов на оборот в принципе можно было бы увеличить вдвое добавлением еще одного куска поганой изоленты.

Рис.11 Толстячок

Выводы: проект получился относительно простым и выполнимым, он работает с самым непеределываемым моторчиком в мире. Количество импульсов на оборот получилось равным очень важному числу и это не может быть просто так. После того как найдено значение ограничивающего резистора для излучающего диода, схема может быть воспроизведена сколько угодно раз без дополнительных настроек (у вас ведь 2, 3, 4 колеса с дифференцированным приводом?). Не используется дорогих или труднодоступных компонентов. Вся переделка помещается внутрь имеющегося корпуса сервомашинки.

* * *