1958 – “Tortilla” Cybernetic Tortoise – (Ukraine)

Fig. 38. Schematic of the charge, voltage conversion, the element changes tropism and chain contact device "turtle" "Tortilla".

Fig. 39. Schematic of extreme search direction of the "turtle" "Tortilla".

Fig. 40. Schematic of reaction "turtle" "Tortilla" with the whistle.


Information and images courtesy Waldemar Dekański from Poland (January 2010).

Hello Reuben!
I'm sending you Tortilla materials just received from Ukraine. It's part of a book by A. Yvahnenko "Technical Cybernetics". According to data the project and construction of the turtle was done by three engineers from Automatics Laboratory of Electrotechnical Institute in Kiev: T. Kravec, Y. Krementulo i E. Shukaylo. I presume it was built in 1958, the book describing the turtle was published in 1959. In the same year article was issued by J.Krementulo in "Automatika" magazine. I'm during intensive search for that article.
Cheers, Waldemar.
——————————————
Кибернетическая черепаха. Рассмотрим еще пример программной системы, где самоизменение программы подчиняется не одному, а нескольким требованиям. Таким примером может быть «черепаха» Вальтера [9], [59], [50]. «Черепаха» представляет собой автоматическую игрушку,
и
воспроизводящую все основные черты поведения живой черепахи. Конструктивно она выполнена в виде небольшой тележки на трех колесах, на которой установлены два сервомотора (ход вперед и поворот), электромагнитные
и
реле, электронная аппаратура и питающий аккумулятор.
Если аккумулятор хорошо заряжен, то «черепаха»
ведет себя как сытая и ищет темный угол в комнате. Если
аккумулятор разряжен, то «черепаха» ищет кормушку.
Такой «кормушкой» служит место для зарядки аккумулятора, освещенное сильной электрической лампой.«Черепаха» ищет свет и, подойдя к месту зарядки, стоит там пока не зарядится аккумуляторы. Затем снова уходит в более темное место комнаты.
Первые «черепахи» Вальтера (под названием «Элси» и «Элмер») реагировали на источник света только в зависимости от состояния своего «желудка» (аккумулятора).
443
В следующей разработке («черепаха» «Кора») автор осуществил еще добавочную реакцию на свист. При свисте «черепаха» замирает, т. е. некоторое время не движется. Если свист повторяется весьма часто, то «черепаха» перестает на него реагировать и продолжает либо искать «кормушку», либо уходит от нее.
Если «черепаха» наталкивается на препятствия, то программа ее действий изменяется (элемент самоизменения программы). Она делает ход назад, поворот, а затем только продолжает поиск «кормущки».
Правила действий (алгоритм) «черепахи» можно записать в виде табл. 5.
В табл. 5 сигналы расположены по силе их действия. Сигнал от контактного датчика имеет преимущество перед сигналом фотоэлемента, а сигнал от микрофона действует сильнее всех других сигналов.
124
Из таблицы следует, что главными программами являются: программа N9 1, обеспечивающая поиск источника света, и программа М 2, обеспечивающая более быстрое движение «черепахи» по направлению к источнику света или от него. Каждая из этих программ может иметь ряд вариантов (количество ходов и величина их не оговаривались выше). Из вариантов программы тот лучше, при котором :
а) «черепаха» быстрее находит наиболее яркий источник света;
6) найдя источник, возможно быстрее движется к немо.- (или от него).
Важно также, чтобы «черепаха» наиболее точно выполняла требования, указанные в таблице, и не теряла источника света из своего поля зрения, т. е. чтобы, перейдя к программе No 2, не возвращалась снова где-либо в пути к программе М. 1. Таким образом, «черепаха» имеет несколько показателей качества программы, кроме того, ее движение еще подчинено ряду дополнительных требований (ограничений).
Ниже мы рассмотрим более подробно схемы управления «черепахи», удовлетворяющие этим требованиям.
После «черепах» английского инж. Вальтера автоматические «черепахи» разрабатывали австрийский инж. Земанах, немецкий инж. Эйхер и др.
В СССР различные конструкции «черепах» разрабатывались в Институте автоматики и телемеханики АН СССР (инж. А. М. Петровский и Р. Б. Васильев), в Московском инженерно-физическом институте, в Институте автоматики Грузинской ССР и др. «Черепаха» «Тортилла», описываемая ниже, разработана в лаборатории автоматического регулирования Института электротехники АН УССР. Экспериментальная часть выполнена инженерами Т. Д. Кравцем, Ю. В. Крементуло и Е. И. Шукайло.
С точки зрения техники экстремального регулирование основная программа «черепахи» может быть решена двумя различными способами :
1) при помощи системы колебательного экстремального поиска наиболее яркого места горизонта, осуществляемого одним фотоэлементом («черепаха» «Тортилла-1 ») ;
2) при помощи неколебательной обратной связи, осуществляемой двумя фотоэлементами, направленными под
125
небольшим углом в деве соседние точки горизонта («черепаха» «Тортилла-2»).
В последнем случае мы располагаем всеми точками экстремальной характеристики одновременно и потому можно осуществить систему неколебательного установления экстремума (подробнее см. выше) .
Колебательная система благодаря наличию фильтра более помехоустойчива. Неколебательная система проще и надежнее.
Для краткости дадим описание только «черепахи» «Тортилла-1» (с колебательным поиском)1.
На рис. 38 изображена схема экстремального регулирования направления движения «черепахи» «Тортилла-1». В ней применена система шагового экстремального регулирования, рассмотренная в предыдущей главе.
Система экстремального поиска «черепахи» «Тортилла-1» действует следующим образом. Напряжение, вырабатываемое фотоэлементом ЦГ-4, усиливается при помощи электронного усилителя и поступает затем на контактные устройства шагового распределителя ШР, имеющего четыре поля. Цикл работы системы весьма прост. На первом контакте второго поля шаговый распределитель производит стирание предыдущей записи с первого электронного запоминающего устройства 3У1, а вторым контактом первого поля производится на нем новая (первая) запись напряжения. Третий контакт второго поля осуществляет стирание записи со второго запоминающего устройства 3У2, а третий контакт четвертого поля включает напряжение на сервомотор СМ1, который поворачивает фотоэлемент на шаг 7,5°. После этого четвертым контактом первого поля производится вторая запись усиленного напряжения фотоэлемента на 3У2, а пятым контактом третьего поля – сравнение напряжений первой и второй записи. Элемент логического действия ЭЛД включает сервомотор СМ1 в направлении, обеспечивающем движение (вращение) фотоэлемента к направлению экстремальной (наибольшей или наименьшей) освещенности. затем цикл операций повторяется сначала.
одиннадцатый и двенадцатый контакты четвертого поля (рис. 39) используются для: а) включения напряжения на
1 «Черепаха» «Тортилла-2» описана Ю. В. Крементуло в журнале «Автоматика», Х2 2, 1959.
126
сер вомотор СМ2 продольного перемещения «черепахи»; б) замыкания на короткое время цепи реле перемены тропизма 1; в) перехода от программы \5 3 к программе \5 1 или 2 в случае, если «черепаха» встретила препятствие (см. табл. 5); г) для подачи импульсов на схему реакции «черепахи» на звук (рис. 40). Измерительным элементом системы служит мост М с двумя стабиловольтами СГ-ЗС см. рис. 38,. При определенном напряжении (выбираемом Рис. 40. Схема реакции «черепахи» «Тортилла» на свисток. произвольно путем установки тех или иных сопротивлении моста) напряжение на выходе моста изменяет знак, что и приводит к переключению поляризованного реле перемены тропизма РП.
Поляризованные реле РП2 и РПз образуют элемент логического действия ЭЛД по схеме равнозначности.
зарядка аккумулятора производится через контактную шину КШ и релерегулятор РР. Напряжение постоянного тока аккумулятора при помощи вибропреобразователя ВП преобразуется в высокое напряжение переменного тока. Последнее выпрямляется и используется для питания
Под переменой тропизма «черепахи» понимается переход от поиска света к поиску темноты и наоборот, в зависимости от напряжения аккумулятора.
9 441 129
анодов 3У и усилителя фототоков. Датчик препятствий ДП при встрече с «черепахой» какого-либо препятствия срабатывает и при помощи реле РП,4 изменяет программу хода вперед на программу хода назад. В этом случае «черепаха» делает один шаг назад (на одиннадцатом контакте) и некоторое время двигается по направлению, перпендикулярному с направлением на источник света. Это достигается включением вместо основного вспомогательного
Рис. 41. Общий вид «черепахи» «Тортилла-2» .
фотоэлемента, направленного перпендикулярно оси «черепахи». Режим обхода препятствий кратковременный : как только подвижный контакт шагового распределителя дойдет снова до 12-ой ламели, то, как видно из схемы (рис. 39), основная программа «черепахи» восстанавливается.
Частота импульсов определяет собой скорость действий «черепахи». Скорость передвижения «черепахи» оказывается достаточной, если полный оборот распределителя происходит за б сек. В качестве генераторов импульсов можно использовать контактное устройтво, вращаемое отдельным двигателем.
Рассмотрим теперь действие цепи, осуществляющей реакцию «черепахи» на свисток (рис. 40). В качестве микрофона М использована пьезоэлектрическая телефонная трубка. Схема резонансного усилителя подобна схеме акустического управления радиоприемником, описанной в журнале
130
«Радио», М 4 за 1957 г. Реле Р1 на выходе схемы срабатывает под действием звука (свисток с частотой около
9000 гц) и останавливает оба сервомотора СМ1 и СМ2 «черепахи» (рис. 39).
Время остановки «черепахи» определяется параметрами нагрузки (1? и С) детектора. Если свистки повторяются редко, то конденсатор С успевает разряжаться, реле Р1 отпускает контакт и «черепаха» начинает снова двигаться. Если же свистки следуют часто, то напряжение на обмотке реле Р1 подымается выше некоторого предела, срабатывает реле Р2, шунтирует контакт реле Р1 и «черепаха» перестает реагировать на свистки. Блокировка реле Р2 снимается основным распределителем при прохождении через 12-ый контакт, если конденсатор к этому времени достаточно разрядится.
График типичного пути «черепахи» «Тортилла-1» к источнику света представляет собой ломаную линию. Общий вид «черепахи» «Тортилла» представлен на рис. 41.
Данные элементов «черепахи» «Тортилла» приведены па рис. 38-40.
Шаг поворота фотоэлемента составляет величину от 7,5 до 60° при частоте импульсов от 0,5 до 3 импульсов/сек. «Черепаха» реагирует на источник света (лампа накаливания мощностью 25 вт) на расстоянии до 3 м.
Некоторые дополнительные технические данные «черепахи» «Тортилла-1»
РП – поляризованное реле типа РП;
СМ – двигатели па 24 или вит. 27 в;
ШИ – шаговый искатель;
Тр – трансформатор, имеющий:
= 2 х 60 вит; д1 = 0,6 мм;
W2 = W3 = 3000 вит; д23 = 0,12 мм; В1В2 – выпрямители, собранные на ДГ-Ц24;
Б – аккумулятор типа 5 НКН-10: Напряжение тахогенератора 6 в.

—————
English Translation

Cybernetic tortoise. Consider another example of a software system, where self-transformation program obeys no one, but several requirements. An example might be "tortoise" Walter [9], [59], [50]. "Turtle" is an automatic toy
and
reproducing all the main features of the behavior of living turtles. Structurally, it has been implemented in the form of a small truck on three wheels, in which there are two servo-motor (move forward and turn), electromagnetic
and
relays, electronic equipment and power supply battery.
If the battery is well charged, the "turtle"
behaves as a well-fed and looking for a dark corner in the room. If
the battery is discharged, the "turtle" is looking for a manger.
Such a "trough" is a place to charge the battery, illuminated by a strong electric light. "Turtle" is looking for the light and going to a place charging stands there until you charge the batteries. Then again takes place in a dark room.
The first "turtle" Walter (called "Elsie" and "Elmer") reacted to the light source only depending on the state of his "stomach" (battery).
443
In the next development ( "turtle" "bark"), the author conducted more additional responses to the whistle. When whistling of "turtle" freezes, ie, some time not moving. If the whistle is repeated very often, the "turtle" ceases to react to it and continues to seek a "feeder" or away from it.
If the "turtle" is impeded, the program changed its course of action (element of self-transformation program). She makes a move back, turn, and then just continues to search for "kormuschki.
Terms of action (algorithm) "turtle" can be written in the form of tables. 5.
Table. 5 signals are located on the strength of their actions. The signal from the contact sensor has an advantage over the photocell signal and the signal from the microphone effect is stronger than all the other signals.
124
The table shows that the main programs are: Program N9 1, provides a search of the light source, and the program of M 2, which provides a more rapid movement of "turtle" in the direction of the light source or away from him. Each of these programs may have a number of options (number of moves and not subject to value them above). Of the options program that is better, in which:
a) "turtle" quickly finds the most brilliant source of light;
6) finding the source as quickly as possible moves to dumb .- (or him).
It is also important to "turtle" most closely meet the requirements listed in the table and not lose the light source from its field of view, ie that by going to the program No 2, did not return again, somewhere in the path of the program M. 1. Thus, the "turtle" has a quality program, in addition, its movement is still subject to a number of additional requirements (constraints).
Below we consider the more detailed management scheme "turtle", satisfying those requirements.
After the "turtle" the British engineer. Walter automatic "turtle" develop an Austrian engineer. Zeman, a German engineer. Eyher etc.
In the USSR, various constructions of "turtles" were developed at the Institute of Automation and robot USSR (Ing. A. Petrovsky, R. B. Vasiliev), at the Moscow Engineering Physics Institute, the Institute of Automation of the Georgian SSR, etc. "Turtle" Tortilla ", described below, was developed in the laboratory of automatic control of the Institute of Electrical Akad. The experimental part is made by engineers TD Kravtsov, V. Krementulo and EI Shukaylo.
From the standpoint of extreme technology management core program of "turtle" can be solved in two different ways:
1) with the help of vibrational find the most extreme places of the bright horizon of single photocell ( "turtle" "Tortilla-1");
2) using nonoscillatory feedback undertaken by the two photocells directed at
125
slight angle to the horizon Maiden neighbor ( "turtle" "Tortilla-2").
In the latter case, we have all the points of extreme characteristics simultaneously, and therefore can be carried out to establish a system of nonoscillatory extremum (see above).
Oscillatory system thanks to the filter more robust. Nonoscillatory system is simpler and more reliable.
For brevity, only give a description of "turtle" "Tortilla-1" (with vibrational search) 1.
Fig. 38 is a diagram of extremal control the direction of "turtle" "Tortilla-1". It used a system of extremal control step considered in the previous chapter.
System of extreme search for "turtle" "Tortilla-1 operates as follows. Voltage, provided by a photocell CG-4, augmented by an electronic amplifier and then fed to the contact device stepper distributor WAF, which has four fields. The cycle of the system is very simple. At the first contact of the second field stepper valve makes erasing the previous record with the first electronic storage device 3U1, and the second contact of the first field is made on it new (first) record voltage. Third contact, the second field carries erasing records from the second storage device 3U2, and the third contact, the fourth field includes the voltage on the servo motor CM1, which turns the photocell step 7,5 °. After this, the fourth pin of the first field is the second record amplified voltage to the photocell 3U2, and the fifth contact, a third of the field – a comparison of the stress of the first and second record. Element of the logical steps ELD includes servo CM1 in the direction of securing the movement (rotation) of the photocell to the direction of the extreme (highest or lowest) illumination. then the cycle of operations is repeated again.
eleventh and twelfth contacts of the fourth field (Fig. 39) are used to: a) the inclusion of voltage
1 "Turtle" "Tortilla-2" described YV Krementulo in the journal "Automation", A2 2, 1959.
126
Ser vomotor SM2 longitudinal movement of "turtle", and b) circuit for a short time relay circuit changes tropism; 1) the transition from the program \ 5 3 to the program \ 5 1 or 2 if the "Tortoise" obstacles encountered (see Table. 5) d) to supply pulses to the reaction scheme "turtle" to the sound (Fig. 40). The measuring element of the system is a bridge with two M stabilivolt SG-AP, see Fig. 38. At a certain voltage (selectable Fig. 40. Scheme of the reaction of "turtle" "Tortilla" on the whistle. Arbitrarily by setting the resistance of some of the bridge) the bridge output voltage changes sign, which leads to a shift of the polarized relay RP tropism changes.
Polarized relay IS2 and RPZ constitute an element of logical steps ELD scheme equivalence.
Charging the battery is made through the contact bus SH and releregulyator PP. Voltage DC battery with vibrator MP is converted to high voltage alternating current. Last rectified and used to power
Under the change of tropism "turtle" refers to the transition from search to search the world of darkness and vice versa, depending on battery voltage.
9 441 129
anodes 3U and amplifier photocurrents. Sensor obstacles DC at a meeting with the "turtle" is no impediment, and is triggered by relay RP, 4 modifies the program moves ahead on the program of the back. In this case, "turtle" makes one step back (at the eleventh contact) and for some time moving in a direction perpendicular to the direction of the light sources. This is achieved by inserting instead of the main support
Fig. 41. General view of the "turtle" "Tortilla-2".
photocell directed perpendicular to the axis of "turtle". Mode to avoid obstructions brief: as soon as the movable contact stepper distributor comes back to the 12th slats, then, as seen from the scheme (Fig. 39), the main program "Turtles" is restored.
The frequency of pulses determines the speed of action "Turtles". Speed of movement "turtle" is sufficient, if the total turnover of the distributor is used for the second. As pulse generators can use the contact ustroytvo waved in a separate engine.
We now consider the effect of the chain, carrying out the reaction of "turtle" on the whistle (Fig. 40). As the microphone M used piezoelectric handset. Scheme of the resonant amplifier circuit is similar to the acoustic / radio, described in the journal
130
"Radio", No. 4 for 1957 Relay R1 at the circuit output is triggered under the effect of sound (a whistle with a frequency of about
9000 Hz) and stops the servomotor both CM1 and SM2 "turtle" (Fig. 39).
Time stop "turtle" is determined by the parameters of load (1? And C) detector. If the whistles are rarely repeated, the capacitor C has time to be discharged, the relay R1 releases the contact, and "turtle" again begins to move. If, however, often followed by the whistles, the voltage across the relay coil R1 rises above a certain limit, relay P2, shunts the relay contact P1 and "turtle" ceases to respond to whistles. Blocking relay P2 is removed the main distributor in passing through the 12th contact, if the capacitor at that time sufficiently discharged.
Schedule a typical path of "turtle" "Tortilla-1" to the light source is a broken line. General view of the "turtle" "Tortilla" is presented in Fig. 41.
These elements of the "turtle" "Tortilla" shown in Fig. 38-40.
Step turning the photocell is a quantity from 7.5 to 60 ° at a frequency of pulses from 0,5 to 3 pulses / sec. "Turtle" responds to the light source (incandescent lamp of 25 W) at a distance of 3 m.
Some additional technical data "turtle" "Tortilla-1"
RP – polarized relay type RP;
SM – engines pas 24 or vitamin. 27 in;
SHI – step seeker;
Tr – transformer with:
= 2 x 60-vit; D1 = 0.6 mm;
W2 = W3 = 3000 vitamin; d23 = 0.12 mm; V1V2 – rectifiers, gathered at the DW-TS24;
B – Battery type 5 ICH-10: Tacho Voltage 6.

Pdf is Russian original here.
 

Tags: , , , , , , , , , ,

This entry was posted on Wednesday, February 3rd, 2010 at 11:57 pm and is filed under Cybernetic Animals. You can follow any responses to this entry through the RSS 2.0 feed. You can leave a response, or trackback from your own site.

One Response to “1958 – “Tortilla” Cybernetic Tortoise – (Ukraine)”

  1. sasha Says:

    Ребята, походу чтоб спаять данную схему нужно вернуться лет так на 50-100 в прошлое и купить такие радиодетали. но все равно занятно, интересная игрушка.

Leave a Reply