Введение 10
1. Анализ систем навигации робота 15
1.1. Персональная система 15
1.3. Автономная система 16
1.4. Глобальная система 16
1.5. Классификация навигационных систем 17
3. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение 28
4. Социальная ответственность
4.1. Производственная безопасность
4.2. Недостаток освещения
4.3. Электромагнитное поле от компьютера
4.4. Электрический ток
4.5. Безопасность в чрезвычайных ситуациях
4.6. Безопасность в чрезвычайных ситуациях
4.7. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности
4.8. Размещение оборудования с точки зрения эргономики
4.9. Управление мобильным роботом
4.10. Правовые вопросы обеспечения безопасности
Приложение А. Раздел ВКР на иностранном языке 63
Купить

Сегодня робототехника находит свое применение в сфере энергетики, авиации и РКТ, в автомобилестроении, связи, машиностроении, а также в электронике и в быту. По всему миру мобильные роботы стали появляться в, аэропортах, магазинах, больницах и в других учреждениях, где требуются операции обслуживания. Такими операциями являются перемещение предметов: товаров, лекарств, и т.п., патрулирование помещения, движение с целью привлечения внимания, предоставление информационных ресурсов, уборка помещений и т.д. В сегменте роботов для населения будут все более популярными машины, оказывающие непосредственную поддержку человеку. Например, роботы для телеприсутствия, позволяющие удаленно находиться в помещении и передвигаться по нему, видя происходящее вокруг видеокамерой робота. Подобные роботы могут использоваться в образовательных целях, например, в школах и ВУЗах, на различных выставках и форумах. В век информации мобильные роботы просто незаменимы, когда аудио- и видеосвязи недостаточно. Робот позволяет не только дистанционно перемещаться в пространстве, но и взаимодействовать с объектами.
Существующие мобильные роботы функционируют только с помощью дистанционного управления, при этом данный режим мало автоматизирован. Датчики на борту робота, например, инфракрасные и ультразвуковые дальномеры, обеспечивают безопасность движения в статической среде посредством запрета приближения к препятствиям при дистанционном управлении. Такой способ автоматизации усложняет дистанционное управление роботом. Кроме того, в динамической среде данный подход практически не обеспечивает безопасность движения. Для полноценного выполнения своих задач робот должен определять собственные координаты, строить карту помещения, двигаться по заданному маршруту и при этом соблюдать меры безопасности. Данную проблему решает автоматическое движение робота при помощи навигационной системы, при этом оператор выполняет только функцию целеуказания. Робот в автоматическом режиме может успешно выполнять свои задачи без участия человека-оператора, а в режиме телеприсутствия - система обеспечивает безопасность движения.
Существующие алгоритмы навигации мобильных роботов не обеспечивают достаточную точность и надежность локализации робота в помещении, либо требуют значительных вычислительных ресурсов. Последнее сильно сказывается на конечной стоимости мобильного робота, что не позволяет использовать его повсеместно, а также на потреблении энергии, вследствие, времени автономной работы. Существующие методы управления движением робота либо не учитывают подвижные препятствия, либо упрощают условия задачи, из-за чего движение робота зачастую не является оптимальным по времени достижения цели. Однако есть задачи, где этот параметр является критичным, например, доставка лекарств больному.
Отметим, что существующие навигационные системы достаточно хорошо проработаны для применения в индустриальной сфере, где среда детерминирована и является статической. В сфере же услуг обстановка в корне отличается: помещение, в котором находится робот, наполнено подвижными препятствиями (люди, другие роботы, животные). Поэтому задача автоматического управления мобильным роботом в среде, содержащей динамические препятствия, является актуальной научно-технической задачей.
Во всем мире ведутся интенсивные исследования по технологиям навигации роботов с использованием сканирующего лазерного дальномера, с помощью беспроводных сетей, ориентиров, а также карты местности, в т.ч. трехмерной. Судя по многим работам в области навигации мобильных роботов, использование лазерного дальномера позволяет достичь наиболее высокой точности локализации. Подобные разработки ведутся в различных организациях как в России, так и за рубежом. Ключевыми в данном вопросе являются:
Университет Карнеги-Меллон (США), Стэнфордский университет (США), Боннский университет (Германия). В Россий это: НИИ СМ МГТУ им. Н.Э. Баумана, НУЦ «Робототехника», ЦНИИ РТК, ИПМ им. М.В. Келдыша РАН.
В данной диссертации рассмотрены вопросы, связанные с разработкой системы управления мобильного робота на основе ультразвукового датчика. Разработка систем управления мобильного робота осуществляется на базе платформы NI Robotics Starter Kit 2.0 в среде LabVIEW. Основными библиотеками LabVIEW Robotics Module является интегрированная среда комплексного проектирования и разработки систем управления мобильными роботами (МР). Данный модуль включает библиотеку драйверов для устройств различного класса МР (манипуляторы, колесные роботы) и высокоуровневых функций для реализации процедур сбора и обработки данных, принятия решений и управления исполнительными механизмами.
Основные функциональные блоки МР проиллюстрированы на рисунке 1.
NI Robotics Starter Kit 2.0 позволяет изучать основные компоненты МР (сенсоры, двигатели, контроллеры и т.п.) и решать ряд практических задач:
- сканирования и картографирования местности;
- объезда препятствий;
- планирования траектории движения;
Аппаратная часть платформы NI Robotics Starter Kit 2.0 представляет собой универсальный набор элементов для сборки мобильных роботов различной степени сложности и функциональности. Она содержит легко монтируемые механические компоненты, электроприводы, модули управления, различные типы датчиков. Общий вид Robotics Starter Kit 2.0 представлен на рис.2.
Базовая комплектация системы состоит из компонентов, технические характеристики которых представлены в таблице 1. При этом имеется возможность расширения функций системы за счет дополнительных модулей сбора данных с датчиков, GPS-приемника, GSM-передатчика и блока обработки видеоизображений с видеокамеры.
Таблица 1. Базовая комплектация робототехнической платформы Robotics Starter Kit 2.0
Наименование Технические характеристики
Ультразвуковой сканер • диапазон измерения дальности: 0,02-2 м
• диапазон сканирования: 0-180°
• шаг сканирования: 1°
Электроприводы постоянного тока • напряжение питания: 12 В
• крутящий момент: 3348 г/см
• обороты в минуту: 152
NI sbRIO-9632 • сетевой интерфейс: Ethernet
• тактовая частота процессора: 400 МГц
• память: 256 Мб
• FPGA: Xilinx Spartan-3
• каналы цифрового ввода-вывода 110
• каналы аналогового ввода: 32
• каналы аналогового вывода: 4
NI sbRIO-9632 (рисунок 3) представляет OEM (Original equipment manufacturer) решение для создания встраиваемых систем сбора данных, мониторинга и управления. Открытая архитектура, функциональная гибкость, компактность и низкая стоимость повышает эффективность использования NI sbRIO-9632 в разработке МР.
1 - порт Ethernet RJ-45; 2 - последовательный порт RS-232; 3 - DIP переключатели; 4 - кнопка Reset; 5 - ушко заземления; 6 - светодиодные индикаторы; 7 - разъем питания; 8 - процессор реального времени; 9 - микросхема ПЛИС; 10 - цифровой ввод/вывод 3,3 В; 11 - цифровой ввод 24В; 12 - разъем аналоговых входов/выходов; 13 - коннектор для модулей NI Single - Board RIO , как показано на рисунке 4, является встроенной платформой, которая объединяет в себе процессор реального времени, программируемая пользователем вентильная матрица (FPGA), а также аналоговые и цифровые входы / выходы на одной плате. Эта плата программируется с помощью LabVIEW Real-Time , LabVIEW FPGA и программных модулей LabVIEW Robotics .

Купить