АННОТАЦИЯ 3
Введение 6
1. Компоновка транспортного робота 9
1.1 Мотор-редуктор
1.2 Драйвер
2. Выбор светочувствительного элемента 12
3. Проектирование корпуса датчика 15
4. Реализация датчика освещенности 19
5. Разработка алгоритма управления 20
6. Разработка макетной платы подключения транспортного робота 23
7. Создание программы управления 25
Заключение 29
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 30
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 31
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 34
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 35
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 41
В современном мире робототехника является важнейший технической основой для развития производства, а также для обеспечения безопасности рабочих в опасных для жизни производственных цехах. Робототехника — это прикладная наука, занимающиеся разработкой автоматизированных технических систем. Роботы постепенно внедряются во все аспекты человеческой жизни, а также в различные отрасли промышленности. Например: медицинская (роботы хирурги), космическая (марсоходы) и т.д. Одна из самых сложнейших задач в проектирование робота является управления. Широко используют два типа управления: дистанционное автономное и полуавтономное управления.
• Автономный робот работает по заданному алгоритму, исходя из поступающей информации от различных датчиков.
• У полуавтономного робота есть задачи, которые контролируется человеком. И дополнительно есть другие задачи, которые они выполняет сам по себе.
По уровню автономности робота управления делятся на виды:
• Управления по кабелю. Этот способ является самым простым. К роботу через кабель подключается пульт управления, с помощью которого человек контролирует перемещение робота в пространстве.
• Управления по Ethernet. Используется разъем Ethernet RJ4. Робот физически подключается к маршрутизатору. Маршрутизатор - это специализированное устройство, которое пересылает пакеты между различными сегментами сети на основе правил и таблиц маршрутизации.
• Управления при помощи ИК-пульта. При помощи инфракрасных датчиков и приемников, исключают кабель, соединяющий робота с оператором.
• Радиоуправления. Для управления при помощи радиочастот требуется передатчик и приемник с небольшим микроконтроллером для отправки, приема и интерпретации данных, передаваемых по радиочастотам.
• Управления по Bluetooth. Bluetooth является радиосигналом и
передается по определенному протоколу, который используется для отправки и получения данных. Отличие от предыдущего способа заключается в том, что телеметрия у радиоуправления имеет радиус действия сигнала несколько км, а у телеметрии Bluetooth радиус действия сигнала составляет до 10м.
На сегодняшней день одной из основных проблем автономного управления роботом является ориентация (навигация) робота в пространстве. Для успешной ориентации в пространстве, бортовая система робота должна обладать определенными критериями, а именно: строить маршрут, управлять параметрами движения, правильно интерпретировать сведения об окружающей среде, получаемые от датчиков (сенсорных устройств). Сенсорные устройства делятся на: оптические, тактильные, акустические, температурные, обонятельные, датчики вибрации.
Целью данной работы является разработка системы ориентации транспортного робота с помощью датчиков освещенности. А именно, решить задачу ориентации мобильного робота на цель, которая обозначается ярко светящимся (в видимом спектре света) объектом. В связи с этим для решения этой задачи можно использовать только оптические сенсорные устройства. В качестве сенсорного устройства для робота рассматривалось два варианта: датчик, реагирующий на свет видимого диапазона и инфракрасный датчик. Важным обстоятельством при выборе используемого варианта являлась возможность экспериментального наблюдения реакции датчика на сигнал излучения, зависящей от интенсивности светового источника. Так как у инфракрасного датчика длина волны лежит вне диапазона видимого спектра (780-1100нм), а длина волны видимого спектра находится в диапазоне (380-780нм). Что позволяет экспериментально понаблюдать за реакцией датчика. Исходя из того, что заданная цель, является источником светового излучения, в нашей работе используется класс оптических сенсорных устройств, реагирующих на видимый свет.
Для поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Выбор конструкции модели транспортного робота
2. Выбор светочувствительного элемента
3. Проектирование и изготовление датчика
4. Выбор микроконтроллера для управления
5. Выбор способа реализации управления датчиком (по показаниям датчика)
6. Проектирование и изготовление печатной платы
7. Проектирование макетной платы, соединяющие все модули в единую систему
В результате проделанной работы можно сделать следующие выводы:
1. Были изучены вопросы и принципы работы, связанные с разработкой системы ориентации транспортного робота на основе датчиков освещенности.
2. Более подробно изучены типовые законы управления. Пропорциональный регулятор.
3. Спроектирован корпус датчика освещенности в программе Компас-SD. Выбрана электрическая схема и изготовлен датчик определения направления ориентации платформы робота.
4. Разработан алгоритм управления мобильного робота и составлена компьютерная программа, реализующая его, в рамках разработки среды Arduino Uno.
5. Проведены испытания, которые показали работоспособность робота. Также экспериментально было обнаружено, что значения eps может быть задано в диапазон 0-500.
