Введение 3
1 Мобильный робот 5
1.1 Определение мобильного робота 5
1.2 Классификация мобильных роботов 6
2 Шаговый двигатель 9
2.1 Определение шагового двигателя 9
2.2 Устройство шагового двигателя 9
2.3 Принцип работы шагового двигателя 11
2.4 Виды шаговых двигателей 12
2.5 Управление шаговым двигателем 18
2.6 Преимущества и изъяны шаговых двигателей 18
3 Аппаратно-программные средства и программное обеспечение 20
3.1 Платформа Arduino 20
3.2 Микроконтроллер Atmega 2560 21
3.3 Arduino IDE 22
3.4 Система автоматизированного проектирования ‘Компас 3D’ 23
4 Проектирование и компоновка мобильного робота 24
4.1 Программно-аппаратная часть 24
4.2 Шаговый двигатель Nema 17 25
4.3 Драйвер для шагового двигателя A4988 27
4.4 Используемые модули и датчики 30
4.5 Система питания мобильного робота 33
4.6 Всенаправленные колеса Mecanum 36
4.7 Подключение и сборка корпуса мобильного робота 38
4.8 Программа управления 40
Заключение 51
Список использованных источников и литературы 52
Мобильные роботы стали неотъемлемой частью современного технологического мира, проникая во множество отраслей и трансформируя способы выполнения разнообразных задач. Эти автономные или полуавтономные машины способны перемещаться в окружающей среде, взаимодействуя с ней и выполняя сложные задачи, что делает их бесценными инструментами в промышленности, медицине, сельском хозяйстве, логистике и даже в бытовой сфере. Разработка таких систем требует использования передовых технологий, среди которых силовые шаговые двигатели занимают важное место. Актуальность исследования, посвященного созданию мобильного робота с силовыми шаговыми двигателями, обусловлена несколькими факторами:
1. Во-первых, шаговые двигатели обеспечивают высокую точность позиционирования и управления движением, что критически важно для выполнения сложных задач в динамичных и непредсказуемых средах. Их способность работать с фиксированными угловыми шагами позволяет добиться точности и повторяемости движений, что является ключевым для мобильных роботов, работающих в таких областях, как складская логистика.
2. Во-вторых, применение силовых шаговых двигателей в мобильных роботах открывает новые возможности для увеличения их грузоподъемности и мощности. Это особенно актуально в контексте промышленной автоматизации, где роботы часто выполняют задачи, требующие перемещения тяжелых грузов с высокой точностью.
Одним из ключевых элементов, обеспечивающих высокую степень свободы передвижения, являются колеса Mecanum. Эти уникальные колеса, впервые разработанные шведским инженером Бенгтом Ильоном в 1973 году, позволяют роботам перемещаться в любом направлении без необходимости поворота, что существенно повышает их функциональность и адаптивность в различных приложениях [1].
Актуальность применения колес Mecanum обусловлена несколькими важными аспектами:
• Универсальность движения: колеса Mecanum позволяют роботам
перемещаться не только вперед и назад, но и в стороны, и по диагонали, обеспечивая всенаправленное движение. Это делает роботов чрезвычайно маневренными и способными легко обходить препятствия в ограниченных пространствах, что особенно полезно в складской логистике, производственных линиях и узких коридорах.
• Простота конструктивного решения: в отличие от сложных систем с
поворотными колесами или гусеницами, колеса Mecanum предлагают более простую и надежную конструкцию, которая требует меньшего количества движущихся частей и механических соединений. Это снижает вероятность поломок и облегчает техническое обслуживание.
Целью данной работы является проектирование и сборка мобильного робота с силовыми шаговыми двигателями. Основные задачи включают в себя: изучение и принцип работы шаговых двигателей, проектирование электрической схемы и корпуса мобильного робота, написание программы управления мобильного робота на базе платформы Arduino.
Разработка мобильного робота с силовыми шаговыми двигателями представляет собой значительный шаг вперед в области робототехники. В результате выполненной работы был спроектирован и собран мобильный робот, в основу которого были взяты шаговые двигатели Nema 17. В качестве колёс были выбраны 4 колеса Mecanum. «Мозгом» робота послужил микроконтроллер Atmega 2560.
Была написана программа управления этим мобильным роботом при помощи Bluetooth, которая позволяет перемещать робота в любом направлении, а также считывать и сохранять импульсы, подаваемые на драйверы двигателей для дальнейшего повтора маршрута следования робота.
В совокупности, использование силовых шаговых двигателей, колес Mecanum и Arduino Mega позволило создать мобильного робота. Создание таких роботов в будущем может найти применение в широком спектре задач, включая автоматизацию складских процессов и многие другие области. Дальнейшее совершенствование этих технологий и их интеграция с системами искусственного интеллекта и машинного зрения откроет новые горизонты для робототехники, делая роботов еще более автономными и эффективными.
