Введение 4
1. Актуальность 6
1.1 Состояние вопроса 6
1.2 Существующие решения 6
1.2.1 Роботы-сортировщики 6
1.2.2 Дроны или беспилотники 8
1.2.3 Паллетайзеры 10
1.2.4 Роботы тележки и буксировщики 11
2. Датчики и их принципы работы 15
2.1 Инфракрасные датчики линии 16
2.2 Магнитные датчики линии 19
2.3 Лидар 20
2.3.1 Лазерный излучатель 21
2.3.2 Сканер и оптика 22
2.3.3 Процессоры 22
2.3.4 Электроника времени 23
2.3.5 Лидар-дальномер 23
2.3.6 Лидар с дифференциальным поглощением 24
2.3.7 Доплеровский лидар 24
2.3.8 Приминение лидара 24
2.3.9 Ограничения лидара 26
2.3.10 Преимущества и недостатки LiDAR 26
2.4 Камеры 27
3 Отслеживание линии инфракрасными датчиками 29
3.1 Отслеживание линии с помощью одного датчика 29
3.2 Отслеживание линии с помощью двух датчиков 31
3.3 Отслеживание линии с помощью трех датчиков 33
3.4 Отслеживание линии с помощью четырех и более датчиков 36
4 Разработка системы позиционирования с использованием нескольких
датчиков линии 39
4.1 Цифровой датчик линии 39
4.2 Аналоговый датчик линии 40
4.3 ПИД регулятор 41
4.4 Разработка системы позиционирования 42
4.4.1 Технические характеристики светодиодов и фотодиодов 42
4.4.2 Сборка, подключение и исследование первого датчика 43
4.4.3 Исследование на сонаправленность геометрической и оптической
осей светодиода 47
4.4.4 Сборка и исследование системы позиционирования на линии 51
4.4.5 Расчет ошибки для ПИД регулятора при расположении светодиодов
и фотодиодов в один ряд 56
4.4.5 Расчет ошибки для ПИД регулятора при расположении светодиодов
и фотодиодов друг за другом 60
4.4.6 Алгоритм пересчета полученных значений 65
5 Система безопасности на основе лидара 68
5.1 Обзор и сравнение лидаров 68
5.2 Разработка алгоритма работы 70
5.3 Проработка расположения лидара на платформе 71
Заключение 74
Список используемой литературы и используемых источников 75
Приложение А Программа для работы с Лидаром 79
Мы живем в обществе, которое характеризуется бурным развитием науки и технологий. Исторически сложилось так, что технологические достижения всегда играли значительную роль и сигнализировали о серьезных изменениях для человечества. В последнее время развитие новых технологий быстро ускоряется, что приводит к более широкому использованию робототехники и роботизированных автономных систем. Без сомнения, все в промышленности и частном секторе должны внедрять новые технологии, использовать достижения и использовать взаимосвязь и новые алгоритмы оптимизации, если они хотят быть конкурентоспособными в новую эпоху. Иными словами, они должны следовать новой промышленной революции.
Склады и складские помещения являются одной из областей применения, в которой робототехника и роботизированные автономные системы занимают видное место. Складские и производственные помещения уже давно являются потенциальной ареной для задач робототехники и автоматизации, помогающих людям получать более качественные и быстрые результаты. Склады являются одним из наиболее важных аспектов логистики, поскольку они широко используются для хранения или буферизации товаров между двумя точками потребления. Прием, перемещение, размещение, хранение, комплектация заказов и доставка являются основными складскими операциями.
Большинство менеджеров складов рассчитывают на то, что роботы и автономные роботизированные системы сократят количество потерь и перемещений людей. Но преимущества выходят далеко за рамки экономии труда. Мобильная робототехника также может снизить компенсацию работникам и проблемы с безопасностью на объекте, отделив перемещения человека от перемещения больших транспортных средств.
Собственно, стремительное развитие автономных транспортных средств не так уж и удивительно, поскольку их применение позволяет значительно сократить расходы компаний и исключить ряд человеческих факторов.
Поэтому создание мобильных роботов для складирования и логистики постепенно стали горячей точкой в текущем направлении интеллектуальных исследований и широко используются во многих областях повседневной жизни людей, промышленности и производства. В свою очередь, экономические выгоды различных отраслей могут непрерывно увеличиваться.
Мобильные роботы постепенно начали заменять ручную сортировку и обработку в складской логистике. Поэтому обеспечение эффективной и точной работы мобильных роботов в автоматизированном складском хозяйстве и логистике стало актуальной проблемой, требующей решения.
По мере того, как эти машины становятся все более эффективными, они также становятся более доступными и гибкими, поскольку их можно адаптировать и масштабировать практически в любой складской среде. Технологии значительно улучшились за последнее десятилетие. Затраты снижаются и позволяют каждому участвовать в разработке и продвижении автоматизации в целом.
В данной работе будут рассмотрены существующие решения роботизированных автономных систем, которые уже используются на различных складах и предприятиях. Также будут рассмотрены отдельные виды роботов, способы их работы, способы их позиционирования, используемые датчики и их принцип работы. Будет разработан и исследован способ позиционирования автономной мобильной платформы путем отслеживания черной линии с помощью нескольких оптических датчиков. Также будет разработан алгоритм автокалибровки оптических датчиков, и будет проработана возможность использования лидара в качестве системы безопасности для автономной мобильной платформы.
В данной работе была произведена оценка актуальности данной темы.
Был произведен обзор существующих решений различных роботов для склада и складской логистики, в ходе которого выяснилось, что роботы тележки или буксировщики являются самыми распространенными и востребованными в сфере складской логистики и производства.
Были рассмотрены различные датчики и их принципы работы. В ходе данного рассмотрения было выяснено, что система позиционирования автономной мобильной платформы на основе отслеживания черной линии с помощью инфракрасных аналоговых датчиков является наиболее простой, дешевой, но в тоже время надежной системой.
Далее было рассмотрено использование различного количества датчиков для отслеживания линии. В ходе рассмотрения было выяснено, что использование нескольких инфракрасных датчиков с каждой из сторон линии увеличивает угол обзора автономной мобильной платформы, что позволяет практически исключить риск возникновения схода с трассы. Это так же позволяет проходить крутые повороты и участки трассы на высокой скорости под большим радиусом, чем сам поворот, не теряя при этом трассу из виду.
Далее была произведена сборка, написание алгоритма программы и исследование системы позиционирования с помощью шести датчиков линии. Было выяснено, что расположение светодиодов и фотодиодов датчиков в один ряд является наиболее удачным расположением. Так же был написан и исследован алгоритм пересчета значений с датчиков и ошибки, подаваемой на ПИД регулятор.
Далее была произведена сборка, написание алгоритма программы и исследование системы безопасности с помощью лидара. Лидар в системе безопасности автономной мобильной платформы надежно защищает ее от столкновения с препятствиями, возникающими у нее на пути. В дальнейшем лидар также можно использовать и для системы позиционирования.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
