historie

Z historie – udržení směru pohybu

Další ukázkou technických řešení z knihy Janusze Wojciechowskeho je několik zhruba půl století starých námětů na udržování (ne dálkové řízení) směru pohybu na základě snímání vlastností prostředí.

Žádný model, žádný robot ani hračka nikdy neumí sám o sobě jet přesně rovně. Na pohyb mají vliv vlastnosti prostředí (nerovný podklad, vítr, …) i samotná technika (nestejná velikost koleček, nestejný tah motorů, geometrie a tuhost konstrukce, vyvážení, …). Udržet rovný pohyb vůbec není tak jednoduché, jak se může zdát, ostatně některé robotické soutěže jsou na tom založeny. Účastníci „Robotem rovně“ by mohli vyprávět.


První případ je určený pro modely lodí. Na palubě je otočná trubka a uvnitř ní po stranách dva antiparalelně zapojené světlocitlivé články, pravděpodobně selenové. Pokud je trubka namířená ke slunci, napětí z obou článků se eliminuje a tranzistor je zavřený. Stejně jak, když trubka míří řekněme vpravo od směru paprsků. Relé je vypnuté, kormidlo zatáčí mírně vlevo. Jakmile se nasměrování trubky a také celé lodě dostane vlevo od slunce, sepne tranzistor relé a motor, který ovládá kormidlo, přehodí kormidlo vpravo a současně tím přeruší obvod, takže odběr ustane. Když zase relé odpadne, přehodí motor kormidlo na druhou stranu. Loď neustálými mírnými zatáčkami vlevo a vpravo udržuje přibližně stálý směr vzhledem ke slunci.

Zapojení vyžaduje tři napájecí zdroje, jeden s napětím nejméně 12 V pro detekci světla a relé, další dva 3 V pro natáčení kormidla.

w346_1

Orientace podle slunečního světla

Předchozí zapojení funguje jen za přímého slunečního světla, při i jen mírně zatažené obloze nereaguje. Jeho obdobou je následující zapojení řídící jednotky, v níž je žárovka a pod ní zmagnetizovaný kotouč s výřezem. Kotouč se stejně jako kompas natočí podle magnetického pole země, světlo projde na fotocitlivé destičky. Jinak je zapojení shodné jako předchozí. Otáčení kotouče musí jít velmi lehce, musí být na jehlových ložiskách podobně jako se dělají uložení střelky kompasu.

W346_2

Řízení podle zemského magnetického pole

Další ukázka je určena pro modely letadel. Vlevo je přímé řízení směru letu tak jak v podstatě odpovídá (dodnes existující) kategorii magnetem řízených větroňů. Magnet má stejně jako kompas snahu natočit se do směru sever-jih a přímo mechanicky otáčí velmi lehce zavěšeným směrovým kormidlem, které bývá umístěno ne na ocase, ale na přídi letounu. Vpravo je stejný způsob obládání, ale s nepřímým řízením. Natáčející se magnet sepne kontakty, uzavřeným obvodem proteče proud a elektromagnet pohne kormidlem. Je to prapředek leteckého řízení „fly by wire“ i stabilizace autopilotem.

W347_1

Přímý a nepřímý způsob řízení směru letadel

Na posledním z obrázků je udržování směru pohybu modelu, které je poměrně nadčasové, a to pomocí gyroskopu. Miniaturní motor roztočí setrvačník, ten se snaží udržet směr svojí osy a pokud je i s modelem vychýlen, vzniká síla, která se přímo táhlem přenáší na kormidlo. Podle knihy stačí roztočit setrvačník 400 ot/min, což je hodně málo, pravděpodobně jde o tiskovou chybu. Běžně se v gyroskopech používají otáčky nejméně 40000 ot/min.

W347_2Toto řešení není ani moc zastaralé, ještě zhruba před 15 roky se v modelech vrtulníků používaly mechanické gyroskopy, i když s nepřímým řízením serv. V současné době se podobné úlohy řeší nasazením miniaturních (nejméně 100x menších a lehčích) tříosých akcelerometrů, které snímají směr zemské gravitace. Mikrokontrolér, který data vyhodnotí, odfitruje působení odstředivých sil a vibrací a dá povel servu. Ale prapředek dnešních stabilizačních systému (zdaleka ne nejstarší známý) takto skutečně pracoval, jen bylo dost obtížné ho dostatečně přesně amatérsky vyrobit.