Введение
1Анализ рынка и актуальность разработки
2Выбор и обоснование решения для навигации робота
2.1Выбор микроконтроллера
2.2Выбор датчика расстояния
2.3Выбор двигателей постоянного тока
2.4Выбор драйвера управления двигателями постоянного тока
2.5Выбор датчика акселерометра-гироскопа
3Разработка структурной схемы
4Разработка электрической схемы соединений
5Разработка алгоритма движения робота
5.1Описание работы с датчиком расстояния
5.2Управление двигателями платформы
5.3Описание работы с датчиком акселерометра-гироскопа
5.4Определение перекрестков лабиринта
5.5Способы задания маршрута
5.6Алгоритм работы платформы
6Результаты экспериментальных испытаний
7Безопасность и экологичность проекта
8Экономическая эффективность
Заключение
Список используемой литературы
Роботы - автоматические системы, программируемые с помощью компьютеров и предназначенные для воспроизводства двигательных и интеллектуальных функций человека. Они могут быть автономными, полуавтономными и управляться людьми с помощью компьютеров и других устройств. Отличаются от традиционных автоматов большей самостоятельностью и способностью адаптироваться к окружающей среде [1].
Робототехника - это пересечение науки, техники и технологий, которые производят роботов. По мере развития технологий растет и объем робототехники. В 2005 году 90% всех роботов помогало собирать автомобили на заводах. Эти роботы состоят в основном из механических рычагов, выполняющих сварку или завинчивание определенных частей автомобиля. Сегодня мы видим усовершенствованное и расширенное определение робототехники, которое включает в себя разработку, создание и использование ботов, которые исследуют самые суровые условия Земли, роботов, которые помогают правоохранительным органам, и даже роботов, которые помогают почти во всех аспектах здравоохранения. Зачастую роботов стали использовать для выполнения вредной и монотонной работы, чтобы упростить и обезопасить жизнь человека [2].
Как и все молодые отрасли науки, робототехника сталкивается со многими трудностями. Специалистам приходится разрабатывать каждую систему практически с нуля, имея минимум наработок. Это связано с тем, что пока нет каких-то общепринятых стандартов. С подобной ситуацией столкнулись разработчики электронно-вычислительных машин много лет назад.
Однако это не уменьшает количество разработчиков и суммы денег, вкладываемые в разработку робототехнических систем. Это по-прежнему одна из наиболее активно развивающихся отраслей. Поэтому можно сказать, 3
что в ближайшее время интерес человечества к этой сфере будет только расти, и, вместе с тем, роботы будут становиться более доступными для пользования в быту.
Индустрия робототехники еще относительно молода, но уже добилась удивительных успехов. От самых глубоких глубин наших океанов до высот космического пространства можно найти роботов, выполняющих задачи, о которых люди не могли и мечтать.
Робот обладает рядом постоянных характеристик:
Все роботы состоят из какой-то механической конструкции. Механика позволяет ему выполнять задачи в среде, для которой он предназначен.
Роботам нужны электронные компоненты, которые контролируют и приводят в действие оборудование. Аккумуляторы нужны роботам для работы, а датчики для реагирования на изменения в окружающей среде.
Помимо этого, роботы содержат хоть какой-то уровень компьютерного программирования. Без набора кода, указывающего, что делать, робот будет просто еще одним элементом простого механизма. Вставка программы в робота дает ему возможность знать, когда и как выполнять задачу.
Важнейшие классы роботов широкого назначения — манипуляционные и мобильные роботы.
Манипуляционный робот — автоматическая машина (стационарная или передвижная), состоящая из исполнительного устройства в виде манипулятора, имеющего несколько степеней подвижности, и устройства программного управления, которая служит для выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих функций. Такие роботы производятся в напольном, подвесном и портальном исполнениях (рисунок 1). Получили наибольшее распространение в машиностроительных и приборостроительных отраслях
Мобильный робот — автоматическая машина, в которой имеется движущееся шасси с автоматически управляемыми приводами. Такие роботы могут быть колёсными, шагающими и гусеничными (существуют также ползающие, плавающие и летающие робототехнические системы) [3].
Подобные роботы постепенно внедряются во многие сферы человеческой деятельности. Сейчас робот-пылесос (рисунок 2) продается практически в любом магазине электроники.
Такие роботы ориентируются в пространстве, определяя препятствия вокруг себя и выстраивая свой маршрут должным образом.
Подобные роботы, как правило, оснащены датчиками расстояния. Информация, полученная с датчиков, обрабатывается с помощью встроенного микроконтроллера и на двигающие части робота-пылесоса подаются управляющие сигналы.
Но если нужно не объезжать препятствия, а следовать вдоль них, поворачивая в нужном направлении, заранее заданном пользователем? Для успешной навигации в пространстве робот должен правильно интерпретировать сведения об окружающем мире, получаемые датчиками, отслеживать угол поворота, считать перекрестки и уметь правильно управлять моторами.
В результате выполнения бакалаврской работы разработан мобильный робот, способный перемещаться по заданному маршруту и менять его в соответствии с принимаемыми командами.
В первом разделе был проведен анализ существующих робототехнических систем, применяемых в различных областях. Доказана актуальность разработанного мобильного робота.
Во втором разделе были освещены наиболее известные методы позиционирования, применяемые в мире, показаны их преимущества и недостатки, предложено альтернативное решение, наиболее подходящее для робототехнических систем складкой логистики. Обоснован выбор каждого элемента системы. Представлены аргументы в пользу выбора микроконтроллера Arduino. Отмечено преимущество ультразвуковой системы определения препятствия перед инфракрасной.
В третьем разделе была разработана структурная схема платформы и перечень всех используемых элементов.
В четвертом разделе была составлена и описана схема электрическая соединений, а также представлен перечень всех используемых в проекте электронных компонентов.
В пятом разделе реализована и описана связь микроконтроллера Arduino UNO с одноплатным компьютером Raspberry Pi по последовательному соединению через кабель USB. Подробно описана работа с каждым элементом проекта. Программа реализована для микроконтроллера Arduino. Составлены блок-схемы алгоритма основных функций программы.
В шестом разделе представлены результаты экспериментальных испытаний, выявлены и исправлены недочеты робототехнической платформы.
В седьмом разделе представлены указания по технике безопасности при работе с мобильным роботом.
Стоимость каждого элемента платформы, а также общая сумма представлены в восьмом разделе. Отмечается экономическая эффективность разработки мобильной платформы.
Таким образом, готовый комплексный проект представляет собой мобильного робота, который движется в соответствии с поставленным маршрутом и учитывает расположенные на некоторых перекрёстках дорожные знаки.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
