Аннотация
ВВЕДЕНИЕ 7
1 Обзор и возможности среды моделирования V-REP 9
1.1 Интерфейс программы 10
1.2 Обзор инструментов 11
1.3 Написание скриптов в программе с помощью языка Lua 18
2 Создание виртуальной модели робота 22
2.1 Трехмерная модель мобильного робота 22
2.2 Движение робота по прямой линии 24
2.3 Огибание препятствий мобильным роботом 28
2.3.1 Обход препятствий по алгоритму Брайтенберга 29
2.3.2 Описание выбранного алгоритма обхода препятствий 32
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 38
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 39
Во всех сферах человеческой деятельности, начиная от медицины и заканчивая промышленным производством и научными исследованиями, можно увидеть широкий спектр роботов и роботизированных систем. Преимущество роботов заключается в том, что они могут заменить человеческий труд, способны работать в труднодоступных средах и опасных для человека условиях, и обеспечивают высокую точность позиционирования рабочих органов.
Перед инженерами, которые занимаются разработками в области робототехнических систем, встает вопрос о том, каким именно образом роботы будут выполнять порученную им работу, какие средства для этого необходимы, какими определенными технологическими качествами должны обладать автоматические роботы. Если говорить о мобильных роботах, то они должны уметь ориентироваться в пространстве, перемещаться на необходимое или заданное расстояние. Для выполнения этих задач инженеры и программисты используют, либо создают различные алгоритмы навигации. Для того чтобы робот мог ориентироваться в пространстве и доставлять грузы, помимо систем навигации, роботу необходимы системы очувствления и технического зрения.
В процессе работы над роботом инженеры сталкиваются с проблемой тестирования разрабатываемой системы. Сразу получить рабочий продукт получается крайне редко. Зачастую результат достигается благодаря проведению серии экспериментов и анализу полученных результатов, на основе которых делается вывод о модификации разрабатываемой рабочей системы. Однако, собирать робота целиком, загружать в него рабочую программу и производить тестирование в реальных условиях довольно затратно, требует много времени и сил. Помимо этого, в случае допущенной инженерами ошибки и повреждения робота появляются лишние затраты на ремонт оборудования, что увеличивает время разработки. Для решения этой проблемы , создаются специальные программы, называемые «имитаторами», в которых можно виртуально произвести тестирование рабочей программы, а также проверить функционирование механизма робота, заранее смоделировав его. Благодаря подобным программам осуществлять тестирование роботов и алгоритмов их управления стало гораздо проще и удобнее, что самым решительным образом облегчает работу разработчикам.
В настоящее время есть несколько доступных платформ моделирования, таких как Webots, Open или HRP Gazebo. Довольно часто бывает необходима перекомпиляция кода на различные аппаратные платформы, или необходимо сопоставить имитируемую модель и контроллер, взятые из двух различных файлов.
Симулятор V-REP - это результат попыток соответствовать всем требованиям к универсальности и масштабируемости среды моделирования. При создании реального робота в V-REP возможно провести ряд экспериментов на виртуальной модели, конструктивно повторяющей реальный робот.
К системам, позволяющим роботу получать информацию об окружающей среде и пространстве, относятся: лазерные дальномеры, датчики движения, света, цвета, температуры, влажности, задымленности, тактильные датчики, системы GPS. Большинство моделей упомянутых датчиков уже содержатся в базе данных V-REP.
Целью работы является создание модели виртуального мобильного робототехнического комплекса в программной комплексе V-REP и алгоритмов управления виртуальным мобильным роботом во время движения.
Задачи, решаемые в работе:
• Изучение возможностей программной среды V-REP и языка программирования для создания управляющих программ;
• Создание виртуальной модели мобильного транспортного робота;
• Создание программы, управляющей движением виртуального мобильного робота в заданные координаты;
• Создание программы объезда препятствий виртуальным мобильным роботом, оснащенным ультразвуковыми датчиками расстояния.
В данной работе рассмотрены базовые подходы для создания симуляций робототехнических систем в программе V-REP (Virtual Robotics Experimentation Platform), и изучены основы программирования на языке Lua, который используется для создания управляющих программ роботов.
Был рассмотрен алгоритм, позволяющий мобильному роботу совершать движения по прямой линии, а так же обходить препятствия, установленные на сцене. В ходе работы, была создана виртуальная модель мобильного робота Pioneer 3-dx. Изучены ультразвуковые датчики расстояния, при помощи которых робот ощущает окружающую среду и может ориентироваться в ней . Далее робот был модифицирован путем сокращения ультразвуковых датчиков расстояния, которые позволяют определять впередистоящее препятствие, до семи.
На первом этапе работы был изучен алгоритм Брайтенберга для перемещения робота. Прежде чем приступить к созданию управляющей программы, были подобраны и изучены формулы вычисления расстояния от начального положения робота до целевой точки, а так же формула вычисления угла поворота. Были созданы наглядные блок-схемы, позволяющие подробно разобраться в представленных алгоритмах.
При решении задачи навигации мобильного робота был использован локальный метод, представляющий собой программу, задающую лишь небольшой отрезок пути, а в конечной точке выбирается дальнейшая траектория.
Далее были запрограммированы управляющие программы движения робота по координатам и объезда препятствий мобильным роботом Pioneer 3- dx.
