用NE555制作尋光機器人

在日常生活和學習中充斥著高新技術(shù)的今天，“低技術(shù)”表達的是回歸自然和傳統(tǒng)，去挖掘人類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(xiàn)的科技成果和科學理念同樣精彩。本文將通過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，相信很多機器人愛好者都曾經(jīng)研究和實際制作過。常見的設(shè)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(進行AD變換，視傳感器輸出信號而定)，經(jīng)過程序算法，電機驅(qū)動電路來驅(qū)動一對減速電機或者步進電機做差速運轉(zhuǎn)，帶動機器人向著光線強的位置運動。這類解決方案，從機器人電子部分的造價來看，現(xiàn)在市場上機器人專用光電傳感器大概在20元一只;單片機，常見的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(qū)動芯片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(shè)計思路來制作一個尋光機器人，可以把電路簡化到什么程度呢?它的造價又可以做到多低呢?答案是只需要三個元件：一片NE555和一對光敏電阻。這個低技術(shù)機器人的電子部分，造價將小于1元。NE555尋光機器人的線路如圖1所示。它是由GrantM在2001年設(shè)計的。

　　從圖1中可以看出，NE555工作在雙穩(wěn)態(tài)，第2腳和6腳連接在一起構(gòu)成施密特觸發(fā)器模式。光敏電阻構(gòu)成機器人的虛擬視野，用來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(jù)雙眼檢測到的環(huán)境光線的差異，由NE555驅(qū)動兩只電機做差速運轉(zhuǎn)，驅(qū)動小車向著光線的方向前進。從電路的角度來看，非常簡單，但是其實質(zhì)上是一部可以移動的模擬計算機，光敏電阻是這部計算機的輸入設(shè)備，電機是輸出設(shè)備。注意機器人在物理結(jié)構(gòu)上對兩個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尾向車頭看的，還需要注意兩只電機的極性不可接反，否則會出現(xiàn)機器人運轉(zhuǎn)紊亂的現(xiàn)象。

　　表1歸納了機器人在不同環(huán)境光下的運動特性。，受光敏電阻夾角位置，元件電氣對稱性，環(huán)境光的變化，電機和車體的結(jié)構(gòu)的影響，實際機器人的運動方式非常復雜。筆者制作的這只機器人，放在中廳會尋著光線自己跑到陽臺，在陽光下是做一種不規(guī)則的8字轉(zhuǎn)動;在無光的環(huán)境下做順時針轉(zhuǎn)動。最奇妙的是，因為我使用了高靈敏度快速響應(yīng)的光敏元件，這部機器人甚至可以“感覺”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(xiàn)出一種避障特性(靠近墻壁會自己拐彎)。下面是我制作NE555尋光機器人的過程。

　　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，愛好者不光要處理好電路的問題，還要解決機械結(jié)構(gòu)的問題。而制作一部個性十足的移動式機器人的底盤，就需要好好動一番腦筋了。

　　制作這個底盤的原則是在滿足功能的前提下，結(jié)構(gòu)盡量簡單，同時兼顧一點藝術(shù)性。

　　從圖2中可以看到，這部機器人移動平臺使用的是最常見，最普通的材料。輪胎、減速電機和萬向輪是入門級小車機器人的標準配置，在網(wǎng)上可以很容易買到。車體使用一片覆銅板邊角料加工而成。為了簡化結(jié)構(gòu)，替換方便，電機和電池盒使用雙面膠帶粘接的方式與車體固定。NE555選用常見的8腳雙列直插式封裝，方便焊接。光敏電阻沒有特殊要求，可以使用能買到的任意規(guī)格的光敏元件，有的LED二極管也呈現(xiàn)出光敏特性，也可以直接拿來用。我使用的是一對直徑5mm的紅外線接收管，反相串聯(lián)在+6V電源與地之間。紅外線二極管的好處是適應(yīng)光線范圍大，響應(yīng)時間比光敏電阻快，在陽光、燈光甚至家電遙控器下都可以靈敏的動作。

　　我使用一片厚度1.5mm的單面環(huán)氧樹脂覆銅板作為機器人的主體結(jié)構(gòu)(見圖3)。覆銅板質(zhì)輕，而且有著很好的強度和韌性，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，黃銅的顏色使這部機器人看起來別具一格。

　　機器人頭部的萬向輪使用四組M3螺釘螺母固定在主體上(見圖4)。需要注意在萬向輪水平的轉(zhuǎn)動范圍內(nèi)要留有足夠的空間，使它在運轉(zhuǎn)過程中不會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(jù)后輪的的情況，在萬向輪的法蘭盤上適當加一些墊片來微調(diào)它的高度。

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