Введение 4
1 Построение системы управления движением автономного объекта в среде
SimlnTech 6
1.1 Разработка модели колесного робота 6
1.2 Выбор среды моделирования и описание ее возможности 22
2 Реализация модели в SimlnTech 27
3 Повышение точности движения робота по заданной траектории 47
3.1 Разработка алгоритма стабилизации угла ориентации и скорости робота 47
3.2 Разработка алгоритма движения робота по заданной траектории 65
4 Создание визуализации движения робота по задаваемой траектории 74
4.1 Создание пульта управления 74
4.2 Установка связей между сигналами и кнопками 76
4.3 Создание окна визуализации 77
Заключение 80
Список использованных источников 81
Приложение А Публикации 84
В настоящее время активно развивается группа робототехники, занимающаяся созданием мобильных роботов. Мобильный робот - робот, который сможет без помощи передвигаться в пространстве. Последующее развитие новых типов мобильных роботов стимулируется многочисленными их приложениями в самых различных областях человеческой деятельности. В основном это области, где жизнедеятельность человека затруднена, либо в основном невозможна, например, в зонах химического, а то и радиоактивного загрязнения, при осуществлении подводных или космических исследований. Наряду с тем, аналогичные устройства могут заниматься тушением пожаров либо обезвреживание сомнительных предметов. В связи с этим разработка системы управления движением такого робота является актуальной задачей [18].
Для выполнения своих функциональных задач робот должен уметь автономно перемещаться по траекториям, заданным оператором. В большинстве случаев, в современных мобильных роботах для определения координат нахождения робота в пространстве, планирование траектории и управлением его движением используется навигационная система.
Визуализация является наиболее эффективным способом представления информации в виде оптического изображения. Благодаря, наглядной передачи информации, существенно сокращается количество ошибок, повышается уровень информирования и обеспечивается наиболее эффективная работа человека.
Целью данной работы является реализация математической модели колесного робота в среде моделирования SimInTech, создание алгоритма и ЗБ визуализации автономного передвижения робота по траектории, задаваемой оператором.
Методы и средства достижения поставленной задачи:
1. Представление математических моделей и алгоритмов управления как совокупность взаимосвязанных структур;
2. Математическое моделирование процессов на основе типовых функциональных блоков в виде систем дифференциально-алгебраических уравнений;
3. 3D- визуализация результатов моделирования и управления.
В ходе проделанной работы была получена кинематическая модель колесного робота. Эта модель была реализована в среде SimlnTech.
Смоделировано движение робота при прямом направлении вращения колес, обратном направлении вращения и противоположных направлениях вращения.
Построена модель устройства управления, которое по величине отклонения текущей ориентации колесного робота от заданной формирует управляющие воздействия на двигатели колес. Эти воздействия позволяют привести ориентацию робота к желаемой ориентации. Получены показатели качества для различных значений скорости поворота работа.
Для произвольной траектории, заданной набором точек, были получены координаты точек начала поворота, которые позволили учесть то, что колесный робот не может повернуться мгновенно, и привести траекторию движения колесного робота к заданной. Это обеспечивает возможность роботу не уменьшать скорость до нуля перед каждым поворотом для следования по заданной траектории.
Несмотря на то, что данная модель пренебрегает действием многих сил, возникающих во время движения, она позволяет выявить влияние на движение и траекторию робота таких факторов, как радиус колес, расстояние между ними, величина подаваемого на двигатели напряжения во время поворота. Эта информация может помочь при разработке реальной модели робота, позволяя не прибегать к разработке различных типов робота.
Полученные результаты можно внедрить в учебный процесс в виде практических работ по дисциплине «Автономные системы управления».
