ПРОЕКТ РОБОТА-ПЕРЕВОЗЧИКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА
|
ВВЕДЕНИЕ 5
1 Задачи мобильного робота-перевозчика для производства. Методы их
решения 8
2 Исходные данные для решения задачи перемещения мобильного робота-перевозчика 13
2.1 Среда разработки 13
2.2 Модель мобильного робота 19
3 Реализация выбранных методов 22
3.1 Метод счисления пути 22
3.1.1 Вычисление угла поворота 24
3.1.2 Вычисление расстояния 25
3.1.3 Обработка показаний гироскопа 26
3.1.4 Накопление погрешности как недостаток метода «счисления» и
способы его решения 27
3.1.5 Обход препятствий 32
3.2 Метод перемещения мобильного робота по напольной разметке 37
3.2.1 Механизм движения по линии 37
3.2.2 Механизм обхода препятствий 39
3.2.3 Определение перекрестков и окончания линии 40
3.2.4 Дистанционная передача команд 42
3.2.5 Алгоритм работы 44
3.2.6 Проведение испытаний 45
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 48
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 50
1 Задачи мобильного робота-перевозчика для производства. Методы их
решения 8
2 Исходные данные для решения задачи перемещения мобильного робота-перевозчика 13
2.1 Среда разработки 13
2.2 Модель мобильного робота 19
3 Реализация выбранных методов 22
3.1 Метод счисления пути 22
3.1.1 Вычисление угла поворота 24
3.1.2 Вычисление расстояния 25
3.1.3 Обработка показаний гироскопа 26
3.1.4 Накопление погрешности как недостаток метода «счисления» и
способы его решения 27
3.1.5 Обход препятствий 32
3.2 Метод перемещения мобильного робота по напольной разметке 37
3.2.1 Механизм движения по линии 37
3.2.2 Механизм обхода препятствий 39
3.2.3 Определение перекрестков и окончания линии 40
3.2.4 Дистанционная передача команд 42
3.2.5 Алгоритм работы 44
3.2.6 Проведение испытаний 45
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 48
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 50
В настоящее время, когда во всех сферах человеческой деятельности, начиная от социального обслуживания и медицины, и заканчивая промышленным производством и научными исследованиями, можно наблюдать повсеместное использование широкого спектра роботов и роботизированных систем, перед инженерами, занимающимися разработками в данной сфере, остро встает вопрос о том, каким именно образом роботы будут выполнять порученную им работу, какие средства для этого необходимы, и какими определенными технологическими качествами должны обладать роботы и автоматизированные системы. В первую очередь, это касается умений робота ориентироваться в пространстве и перемещаться в необходимое место самому или же перемещать в заданную точку некоторые свои звенья. Для выполнения этих задач инженеры и программисты создают различные алгоритмы локализации и навигации, которые каждый год модифицируются и развиваются с целью упрощения рабочей программы, получения более точных результатов и повышения эффективности производства в целом.
Задачи локализации и навигации не ограничиваются одним лишь созданием алгоритмов позиционирования робота и нахождением пути, но и требуют от инженера знания технической стороны вопроса, ведь для того, чтобы робот мог ориентироваться в пространстве и доставлять грузы, ему необходимы системы «зрения». Эти системы выполняют для робота роль «глаз», позволяя ему получать информацию об окружающем его пространстве и изменениях, происходящих в нем. Эта информация доносится в вычислительный модуль робота, который, в свою очередь, с помощью написанных программистами алгоритмов, уже и определяет дальнейшие действия робота на основе полученных данных. К таким системам «зрения» относят: лазерные дальномеры, сонары, датчики движения, датчики света, датчики цвета, динамические (тактильные) датчики, датчики температуры, датчики влажности, датчики задымленности, системы GPS, энкодеры, видеокамеры с алгоритмами обработки поступающей с них информации, а также гироскопы и акселерометры. Помимо этого, инженеру необходимо спроектировать конструкцию мобильного робота согласно условиям, в которых он должен применяться, будь это простая перевозка грузов по складу или цеху или же работа в экстремальных и опасных для человека и робота ситуациях. От условий труда будут зависеть такие технические характеристики робота, как количество применяемых приводов, величина грузоподъемности и методы захвата и удержания груза, габариты робота, а также положение центра тяжести и датчиков. Таким образом, мы видим, что техническое оснащение робота не менее важно, чем разработанное с целью навигации программное обеспечение.
В процессе работы над роботом инженеры сталкиваются с проблемой тестирования разрабатываемой системы. Как известно из практики, сразу получить рабочий продукт получается крайне редко. Зачастую, результат достигается благодаря проведению серии экспериментов и последующему анализу полученных результатов, на основе которых делается вывод о дальнейшей модификации разрабатываемой рабочей системы. Однако, собирать робота целиком, загружать в него рабочую программу и производить тестирование в реальных условиях слишком дорого и расходует большое количество времени и сил. Помимо этого, в случае допущенной инженерами ошибки и последующего повреждения робота, появляются лишние затраты на ремонт оборудования, что только увеличивает время разработки. С целью разрешения этой проблемы создаются специальные программы, называемые «имитаторами», в которых можно виртуально произвести тестирование рабочей программы, а также проверить функционирование механизма робота, заранее смоделировав его в «имитаторе». Благодаря подобным программам осуществлять тестирование роботов и алгоритмов их управления стало гораздо проще и удобнее, что самым решительным образом облегчает работу разработчикам. Для решения задач локализации и навигации использование подобных систем просто необходимо в виду своей практичности и простоты. Целью данной работы является создание алгоритма управления мобильным роботом и его реализация на опытном образце на базе кибернетического конструктора ТРИК.
Задачи локализации и навигации не ограничиваются одним лишь созданием алгоритмов позиционирования робота и нахождением пути, но и требуют от инженера знания технической стороны вопроса, ведь для того, чтобы робот мог ориентироваться в пространстве и доставлять грузы, ему необходимы системы «зрения». Эти системы выполняют для робота роль «глаз», позволяя ему получать информацию об окружающем его пространстве и изменениях, происходящих в нем. Эта информация доносится в вычислительный модуль робота, который, в свою очередь, с помощью написанных программистами алгоритмов, уже и определяет дальнейшие действия робота на основе полученных данных. К таким системам «зрения» относят: лазерные дальномеры, сонары, датчики движения, датчики света, датчики цвета, динамические (тактильные) датчики, датчики температуры, датчики влажности, датчики задымленности, системы GPS, энкодеры, видеокамеры с алгоритмами обработки поступающей с них информации, а также гироскопы и акселерометры. Помимо этого, инженеру необходимо спроектировать конструкцию мобильного робота согласно условиям, в которых он должен применяться, будь это простая перевозка грузов по складу или цеху или же работа в экстремальных и опасных для человека и робота ситуациях. От условий труда будут зависеть такие технические характеристики робота, как количество применяемых приводов, величина грузоподъемности и методы захвата и удержания груза, габариты робота, а также положение центра тяжести и датчиков. Таким образом, мы видим, что техническое оснащение робота не менее важно, чем разработанное с целью навигации программное обеспечение.
В процессе работы над роботом инженеры сталкиваются с проблемой тестирования разрабатываемой системы. Как известно из практики, сразу получить рабочий продукт получается крайне редко. Зачастую, результат достигается благодаря проведению серии экспериментов и последующему анализу полученных результатов, на основе которых делается вывод о дальнейшей модификации разрабатываемой рабочей системы. Однако, собирать робота целиком, загружать в него рабочую программу и производить тестирование в реальных условиях слишком дорого и расходует большое количество времени и сил. Помимо этого, в случае допущенной инженерами ошибки и последующего повреждения робота, появляются лишние затраты на ремонт оборудования, что только увеличивает время разработки. С целью разрешения этой проблемы создаются специальные программы, называемые «имитаторами», в которых можно виртуально произвести тестирование рабочей программы, а также проверить функционирование механизма робота, заранее смоделировав его в «имитаторе». Благодаря подобным программам осуществлять тестирование роботов и алгоритмов их управления стало гораздо проще и удобнее, что самым решительным образом облегчает работу разработчикам. Для решения задач локализации и навигации использование подобных систем просто необходимо в виду своей практичности и простоты. Целью данной работы является создание алгоритма управления мобильным роботом и его реализация на опытном образце на базе кибернетического конструктора ТРИК.
В данной работе были исследованы различные методы задания автономного целевого перемещения мобильному роботу, а также реализованы два выбранных метода. Были изучены принципы перемещения мобильного робота в рабочем пространстве, выявленны слабые стороны реализованных методов и способы борьбы с ними. Реализована программа перемещения автономного мобильного робота по координатам. Также была разработана система коррекции текущего местоположения робота с помощью двух инфракрасных датчиков расстояния и гироскопа, и создана система обхода простых препятствий, позволяющая минимально сократить накопление погрешности позиционировании. Помимо этого была реализована программа перемещения автономного мобильного робота по напольной разметке. Была разработана система обхода препятствий, а также система получения и выполнения роботом дистанционных команд, обнаружения перекрестков и окончания линии. На основе анализа работы этих двух программ, были сделаны выводы о их эффективности.
Изложенный в работе метод покоординатного перемещения представляет собой полностью автономную систему, независимую от внешних условий. При использовании разработанного метода для перемещения мобильного робота по координатам не требуется специального технического оснащения производства, что значительно упрощает внедрение робота, а также экономит время и финансовые ресурсы, которые необходимо тратить для соответствующего оснащения рабочего пространства маяками. Данный метод не требует наличия в роботе специфичных и редких сенсоров и использует лишь те датчики, что имеются у большинства существующих мобильных роботов.
Описанный в данной работе метод перемещения мобильного робота по напольной разметке является эффективным средством для решения задач автоматизации. Данный алгоритм не требует сложной программной реализации и использует базовые средства теории автоматического управления для работы. Помимо этого при использовании описанного метода отсутствует недостаток в виде накопления погрешности позиционирования при долгом перемещении.
Дальнейшая работа посвящена оптимизации приведенных в данной работе методов. Планируется разработать рекурсивный блок обхода препятствий для метода покоординатного перемещения мобильного робота, а также добавить системы плавного разгона и торможения для метода перемещения по напольной разметке, а также внедрить возможность запоминать несколько перекрестков, что значительно увеличит количество возможных обслуживаемых роботом целевых точек.
Изложенный в работе метод покоординатного перемещения представляет собой полностью автономную систему, независимую от внешних условий. При использовании разработанного метода для перемещения мобильного робота по координатам не требуется специального технического оснащения производства, что значительно упрощает внедрение робота, а также экономит время и финансовые ресурсы, которые необходимо тратить для соответствующего оснащения рабочего пространства маяками. Данный метод не требует наличия в роботе специфичных и редких сенсоров и использует лишь те датчики, что имеются у большинства существующих мобильных роботов.
Описанный в данной работе метод перемещения мобильного робота по напольной разметке является эффективным средством для решения задач автоматизации. Данный алгоритм не требует сложной программной реализации и использует базовые средства теории автоматического управления для работы. Помимо этого при использовании описанного метода отсутствует недостаток в виде накопления погрешности позиционирования при долгом перемещении.
Дальнейшая работа посвящена оптимизации приведенных в данной работе методов. Планируется разработать рекурсивный блок обхода препятствий для метода покоординатного перемещения мобильного робота, а также добавить системы плавного разгона и торможения для метода перемещения по напольной разметке, а также внедрить возможность запоминать несколько перекрестков, что значительно увеличит количество возможных обслуживаемых роботом целевых точек.
Подобные работы
- Разработка системы заданий для подготовки школьников к соревнованиям по робототехнике в условиях дистанционного обучения
Дипломные работы, ВКР, педагогика. Язык работы: Русский. Цена: 4365 р. Год сдачи: 2021 - Совершенствование организации и управления международными грузовыми перевозками (на примере ООО «Деловые линии»)
Бакалаврская работа, менеджмент. Язык работы: Русский. Цена: 4340 р. Год сдачи: 2021