BEAM технология – это, множество путей совершенствования роботов, борьба за миниатюрность, скорость и простоту, использование солнечной и других видов энергии для «жизни», разработка простейших нейронных сетей с помощью электроники. Вот, что делает поведение роботов приближенным к поведению живых организмов и поддерживает неиссякаемый интерес к этому творчеству.

Основными материалами для изготовления роботов по BEAM технологии являются все подручные средства, которые можно купить в магазине радиодеталей, а еще чаще позаимствовать от старой радиоаппаратуры, калькуляторов, дисководов, игрушек и т.д. В качестве двигателей используются электромоторы (виброзвонки) от пейджеров и сотовых телефонов, кассетных плееров и сервомеханики CD приводов. Редукторы изготавливаются из комплектов шестеренок для ремонта автомагнитол, видеомагнитофонов и часовых механизмов.
Для управления моторами, электромагнитными устройствами и вообще поведением робота придуманы несложные электронные схемы. Насекомоподобный робот может полностью управляться и контролироваться всего 12 стандартными транзисторными элементами.

Основной идеей в BEAM культуре является создание и разработка полностью автономных роботов, копирующих поведение простейших живых организмов. Основным источником энергии для простейших является свет. Соответственно робот должен искать источники света, это поведение определяет наличие у него светочувствительных сенсоров, а также сенсоров для обхода препятствий.

Таковым было начало развития этих роботов. В настоящее время имеется уже множество различных направлений разработки, таких как создание эстетичных роботов, шагающих роботов, устройств для создания световых эффектов, летающих, ползающих плавающих. И не всегда источником энергии должен являться свет.

Но все же попытаемся определить основные категории роботов по своим функциям, не опираясь на BEAM технологии:

1. Автономные роботы поведение которых определяется наличием сенсоров.

2. Автономные роботы поведение которых определяется программой (микропроцессорные).

3. Удаленно контролируемые человеком, зонды, шпионы.

4. Боевые/спортивные роботы: сумо, футбол, ралли, другие виды соревнований.

5. Манипуляторы – роботы типа «рука».

6. Эстетичные роботы – скорее область искусства, чем кибернетики.

7. Роботы не выполняющие рациональных функций – фенечки.

Законы для BEAM роботов звучан так:

Первый Закон:
Робот должен защищать себя всеми возможнымми способами от любой опасности.

Второй Закон:
Робот должен постоянно пополнять свои запасы энергии.

Третий Закон:
Робот должен постоянно искать лучшие источники энергии.

Электронную базу BEAM роботов составляют микросхемы серии КМОП т.к. они работают при напряжении около 3 В и минимальных токах – то что нужно если вы используете солнечную батарею в качестве источника питания. Идеально подходят буферные усилители, используемые для согласования КМОП логики и ТТЛ логики. На буферных инверторах можно собирать генераторы, компараторы, фильтры, умножители напряжения и многое другое. Не стоит забывать, что инвертор – это кирпичик, из которого строятся современные ЭВМ.

Почти каждая схема, если она питается от солнечной батареи, содержит т.н. solar engine – солнечный двигатель. Это пороговое устройство, накапливающее энергию в конденсаторе (ионисторе), которое включает нагрузку когда напряжение достигает определенного значения (проходит заданное время или пропадает свет, или происходит какое-либо другое событие). От эффективности солнечного двигателя напрямую зависит эффективность работы всей схемы. Существует множество различных по принципу действия, назначению и эффективности солнечных двигателей, здесь мы не будем их рассматривать т.к. большинство из них защищено международными патентами, а авторам сайта не хотелось бы заниматься перепечаткой материалов.

Если солнечная батарея не дает необходимого напряжения (например, для работы светодиода) – существуют общеизвестные схемы повышения напряжения.

Для ориентации в пространстве робот использует различные сенсоры: от примитивных тактильных сенсоров, до современных инфракрасных и ультразвуковых радаров.

Особую роль в конструкции BEAM роботов играют осцилляторы – модели нейронных сетей, которые задают последовательность управления сервоприводами робота, служат его нервной системой и мозгом. Осциллятор собирается на базе инверторов с последовательно включенными конденсаторами и представляет собой, как правило, замкнутый контур. К каждому такому инвертору (нейрону) можно включить исполнительное устройство. Осциллятор определяет последовательность передвижения конечностей робота, последовательность включения светодиодов и т.д. В конструкции простейшего осциллятора имеется два инвертора, конденсатор и резистор. Такой осциллятор представляет собой генератор, к выходу которого можно подключить, например, светодиод или звукоизлучающий элемент.

Классификация BEAM роботов

Sitters (сидячие) – роботы, которые служат либо маяками для навигации других роботов, либо просто являются настольными (настенными) украшениями. Эти роботы не содержат механических узлов в своей конструкции и, преимущественно, питаются энергией получаемой с помощью солнечных батарей. Сидячие могут, например, помигивать светодиодами, издавать звуки и т.д. Эти роботы являются простейшими в изготовлении и простейшими в эволюционной иерархии BEAM роботов.

Сидячие роботы разделяются на:

1. Beacon (маячки) – самые простые в изготовлении роботы, состоят, как правило, из конденсатора, светодиода и солнечной батареи. Энергия от солнечной батареи накапливается в конденсаторе и питает светодиод даже при отсутствии света.

2. Pummer (сверчки) – накапливают днем солнечную энергию, которую они используют с наступлением темноты для красочных световых или музыкальных эффектов.

Колесные роботы разделяются на:

1. Symet (симметричные) – используют симметрию своей конструкции для обхода препятствий. Симметричные представляют собой почти вертикально расположенный двигатель, опирающийся на свою ось и округлую часть корпуса, конденсаторы или батареи симметрично располагаются по периметру конструкции. Отличительная особенность этого класса роботов – элегантность движений и простота изготовления.

2. Solarroller (солнцемобили) – небольшие колесные роботы, накапливающие энергию полученную с помощью солнечных батарей для дальнейшей ее резкой разрядки в электромотор. В зависимости от конструкции, солнцемобиль на одной зарядке может проехать от нескольких миллиметров до нескольких шагов. Соревнования солнцемобилей проводятся на трассе длиной в один метр. Сердцем солнцемобиля является solar engine (солнечный двигатель), эффективность солнцемобиля во многом зависит от типа и конструкции солнечного двигателя.

3. Photovore (солнцеядные) – фактически это два Solarroller объединенных вместе, что определяет солнцеядное поведение робота. Два или более двигателя контролируются электронной схемой, которая с помощью световых сенсоров определяет направление к источнику света, а с помощью тактилных сенсоров выбирает путь, обходя препятствия. Как правило, конструкция солнцеядных такова, что они опираются на три точки: конденсатор солнечного двигателя и оси двух электромоторов. Такая конструкция определяет внешний вид этого класса роботов и позволяет отказаться от применения редукторов.

4. Miniball (минисферы) – роботы шарообразной формы, механика и электроника располагаются внутри прозрачного сферического корпуса. Минисферы были изобретены Richard Weait город North York, штат Toronto. Они используют один или два электромотора для перемещения своего сферического тела по поверхности.

Squirmers (?) – настольные роботы, не могут самостоятельно передвигаться, но имеют механические узлы,позволяющие двигать различными частями робота:

1. Magbot (магнитные роботы) - используют магнитные поля чтобы двигать крыльями, усами и т.д. Типичными представителями этого класса являются бабочки и стрекозы, использующие в своей конструкции solar engine (солнечный двигатель).

2. Flagwaver (знаменосцы) – простые настольные роботы, которые используют мотор, чтобы развивать флаг.

3. Head (головы) – очень популярные киберсоздания, с помощью фото или тепловых сенсоров поворачивают голову (свое тело собственно говоря) к источнику излучения. Голова может поворачиваться как вправо-влево, так и вверх-вниз.

Sliders (извивающиеся) – змеи и черви, ну что тут еще добавить.

Классификация:

1. Snake (змеи) – перемещаются горизонтальными движениями тела.

2. Earthworm (черви) – перемещаются волновыми изменениями длины тела.

Crawlers (ползающие) – гусеничные роботы, гусеницы и другие создания копирующие динамику передвижения ползающих насекомых.

Ползающие роботы разделяются на:

1. Turbot (?) – передвигаются руками или фалангами, на вид очень необычно выглядят, ни на что не похожи.

2. Inchworm (гусеницы) – копируют динамику передвижения гусеницы, имитируют «волну» гусеницы. Для создания такого робота необходимо минимум два сервопривода, которые могут приводить в действие уже четыре члена гусеницы. Очень перспективны т.к. обладают высоким потенциалом к развитию динамики поведения.

3. Tracked robot (гусеничные) – похожи на танки или на трактора. Устройство движителя в комментариях не нуждается, хотя есть свои особенности. Классическая схема – по мотору с редуктором на каждую гусеницу (т.е. два мотора для простейшей модели), но во времена моего детства в продаже была одна игрушка, не помню точно как она называлась – танк с прожектором вместо башни, в которой был один маршевый двигатель, второй двигатель отключал правую или левую половину маршевого редуктора (выводил из зацепления ведущие шестерни), а заодно и поворачивал прожектор. Такая конструкция не может выполнить фирменный разворот «на месте», но имеет интересное инженерное решение.

Jumpers (прыгуны) – используют вибрацию для передвижения, разделяются на:

1. Vibrobot (виброходы) – в свое время были популярны в домах пионеров, кружках «умелые руки» и т.д. так как кроме двигателя с эксцентриком на валу и упругой щетины не содержат никаких механических деталей. Классическая конструкция – мыльница с приклеенными к ней снизу зубными щетками, сверху – двигателем, на вал которого нанизан кусок ластика. Батарейки кладутся внутрь мыльницы. Мыльница вибрирует и движется за счет упругости щетины зубных щеток. Любой школьник может изготовить за один вечер. Если батарейки заменить solar engine – солнечным двигателем, то получится полностью автономный робот.

2. Springbot (пружинные) – используют энергию пружины для прыжка. До конца конструкция этого класса роботов еще не определена, но есть серьезные наработки.

Walkers (ходящие) – самый большой и красочный класс роботов – количество ног и способы их передвижения не ограничены Wink Именно в этом классе широко используются нейронные сети, осцилляторы, транзисторные мосты и, даже, микропроцессоры.

Ходящие разделяются на:

1. Biped (двуногие) – имеют две широкие стопы, передвигаются за счет переноса центра тяжести с одной стопы на другую. Копируют динамику передвижения человека.

2. Four Legged (четвероногие) – в основном это одномоторные, двухмоторные и трехмоторные. В одномоторных в качестве движителя используются две шестеренки, оси которых расположены под углом около 15 градусов относительно друг друга. К шестеренкам крепятся ноги. При повороте шестеренки, робот приподнимается на передних ногах и толкается задними, затем двигатель меняет направление вращения. Одномоторные просты в изготовлении, но не могут ходить задом на перед и делают очень маленькие шаги. Двухмоторные для передвижения используют разобщенную систему управления ногами. Сначала робот приподнимается на передних ногах, затем перемещает задние. Это самые распространенные роботы, они делают грациозные шаги и копируют динамику передвижения насекомых. Трехмоторные – это двухмоторные, только передние ноги имеют еще одну степень свободы, что позволяет роботу корректировать направление движения. Во всех этих классах роботов используется принцип осциллятора. Осциллятор собирается на микросхемах - буферных усилителях КМОП серий, что позволяет упростить конструкцию и серьезно сэкономить на электроэнергии, необходимой для работы робота.

3. Hexapod (шестиногие) – дорогие в изготовлении, но очень привлекательные. Из-за того, что у них так много ног, используют для их передвижения свой процессор. Динамика передвижения такова: робот приподнимает один свой бок (например правый) с помощью средних ног и передвигает оставшиеся конечности. Те ноги которые не касаются земли (правая сторона), просто переносятся вперед, а на тех, на которых робот стоит (левая сторона), он теперь идет. Уффф… Далее тоже самое, только для другого бока…

Swimmers (плавающие) – вся классификация определена названием, это надводные катера и подводные лодки с использованием всех возможных видов энергии и движителей, в общем все на что хватает фантазии.

Flyers (летающие) – пока еще не очень развитый класс в семье BEAM роботов, классифицируются:

1. Plane (планеры) – не используют энергию непосредственно для полета, но с помощью электроники управляют планером.

2. Blimp (воздушные шары, дирижабли) – летательные аппараты в качестве подъемной силы используют баллон наполненный газом легче воздуха (как правило - гелием), на котором крепится сервомеханика и системы телеуправления.

Добавлено (04.06.2008, 13:17)
---------------------------------------------
Схема BEAM на солнечной батареии
http://www.robotroom.com/Appetizer.html

ИМХО я такую лабуду за роботы не считаю