仿生向日葵機(jī)器人

劉仕昊 馮璨 費(fèi)雪君

向日葵別名太陽(yáng)花，因花序隨太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)而得名。由于受到向日葵向光性的啟發(fā)，我們研究發(fā)明了仿生向日葵機(jī)器人。我們?cè)O(shè)想，如果能讓向日葵在室內(nèi)也能發(fā)生向光性彎曲現(xiàn)象，使其隨著光線(xiàn)的強(qiáng)弱而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這會(huì)讓室內(nèi)多一道美景；如果太陽(yáng)能熱水器能隨著太陽(yáng)光的強(qiáng)弱而轉(zhuǎn)動(dòng)，吸收的太陽(yáng)能將會(huì)給人們提供更多的能源。

此仿生向日葵機(jī)器人是由四個(gè)光敏電阻、兩個(gè)伺服馬達(dá)和一個(gè)RCU為主要部件組成。光敏電阻用來(lái)獲取周?chē)墓庵?，然后依靠線(xiàn)路傳輸給RCU并進(jìn)行控制判斷。完成判斷后，利用充電電池提供動(dòng)能，伺服馬達(dá)提供動(dòng)力，以馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)花桿和花朵轉(zhuǎn)動(dòng)，將RCU從光敏電阻所讀取的最大值作為主方向，朝這個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，便可模擬向日葵的向光性。

具體制作方法：我們把光敏電阻固定在花瓣?yáng)|南西北四個(gè)方向上，把兩個(gè)伺服馬達(dá)成十字狀固定，然后用杜邦線(xiàn)從花盆里的RCU連接到向日葵盤(pán)上面檢測(cè)光值的光敏電阻，為避免線(xiàn)路干擾，我們用絕緣膠布進(jìn)行纏繞杜絕干擾。杜邦線(xiàn)接RCU的A1—A8的GVXY四個(gè)數(shù)據(jù)端口，但返回的模擬數(shù)據(jù)顯示有誤，且光感反應(yīng)不靈敏。經(jīng)過(guò)反復(fù)研究發(fā)現(xiàn)，不能使用RCU的四個(gè)端口，而是三個(gè)，分別是GVY或者是GVX，將光敏電阻三個(gè)端口通過(guò)杜邦線(xiàn)分別連接到RCU的GND、VCC和VO端口。這樣便能達(dá)到模擬向光性的目的。在研究的過(guò)程中，由于我們不了解光敏電阻的原理圖，導(dǎo)致光敏電阻與RCU控制器連接順序錯(cuò)誤，造成瞬間電流過(guò)大，燒壞光敏電阻。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)應(yīng)該將RCU的G端接口和光敏電阻的AO端口連接，這樣就可以正常使用了。

編程過(guò)程中，我們首先編寫(xiě)一個(gè)程序（用火焰?zhèn)鞲衅鱽?lái)檢測(cè)光敏電阻返回的模擬數(shù)據(jù)），發(fā)現(xiàn)在沒(méi)有光照射時(shí)光敏電阻返回的模擬信號(hào)為1700左右，當(dāng)有光照射時(shí)，返回的模擬信號(hào)數(shù)據(jù)在70左右?？偨Y(jié)得出光值越強(qiáng)，火焰?zhèn)鞲衅鞣祷氐哪M信號(hào)數(shù)據(jù)越小，并且大多信號(hào)小于100。于是，我們?cè)谥鞒绦蛑?，通過(guò)一個(gè)大的外循環(huán)來(lái)循環(huán)檢測(cè)四個(gè)光敏電阻感光情況，當(dāng)東面有強(qiáng)光照射時(shí)，東面的光敏電阻返回的模擬信號(hào)值就小于100，這時(shí)伺服馬達(dá)1就向東面轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的角度為60度，再用一個(gè)循環(huán)來(lái)讓伺服馬達(dá)偏轉(zhuǎn)，直到偏轉(zhuǎn)到規(guī)定的60度。轉(zhuǎn)動(dòng)60度之后又返回到原來(lái)的起始位置，然后把其他各個(gè)方向按上述的方法完成。

仿生向日葵機(jī)器人的科學(xué)性：1.驅(qū)動(dòng)裝置。我們使用的馬達(dá)為可180度轉(zhuǎn)動(dòng)的伺服馬達(dá)，可以接收由控制系統(tǒng)發(fā)出的電信號(hào)，從而使其在0～180度之間自由轉(zhuǎn)動(dòng)。2.控制系統(tǒng)。我們使用的控制系統(tǒng)為集中式RCU中央控制系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)的好處在于：32K大容量，可靈活運(yùn)用；自由端口連接，可以同時(shí)接多達(dá)24個(gè)設(shè)備；備有8個(gè)模擬讀數(shù)端口，能更加細(xì)致地采集各種信息；馬達(dá)端口無(wú)限壓供電，滿(mǎn)足不同使用需求。3.光敏傳感器與環(huán)境光檢測(cè)所組成的檢測(cè)裝置?？梢詫⒐饷魝鞲衅魉占⑥D(zhuǎn)化成的電信號(hào)，與所處環(huán)境的光值進(jìn)行比較，進(jìn)而模仿向日葵的趨光性。

責(zé)編/歐陽(yáng)雪