Аннотация
Введение 5
1 Мобильный робот 6
1.1 Классификация мобильных роботов 7
1.2 Сферы эффективного применения мобильных роботов 9
2 Основы работы шаговых двигателей 10
2.1 Шаговый двигатель 10
2.2 Принцип работы шагового двигателя 11
2.3 Конструкция и типы шаговых двигателей 12
2.4 Методы управления шаговым двигателем 15
2.5 Преимущества и недостатки шаговых двигателей 18
3 Обзор используемых компонентов 19
3.1 Компоненты мобильного робота 19
3.2 Шаговый двигатель: технические характеристики 20
3.3 Драйвер TB6600: функции, подключение, настройка 21
3.4 Arduino: возможности, интерфейсы, программирование 23
4 Этапы проектирования 24
4.1 Подключение и настройка электроники 24
4.2 Описание алгоритмов управления двигателем 25
4.3 Разработка колёс мобильного робота 27
4.4 Электропитания для системы 29
Заключение 31
Список использованных источников и литературы 32
Приложение А 33
Данные о входах/выводах драйвера ТВ6600 33
Приложение Б 34
Блок-схема программы управляющего контроллера мобильного робота 34
Приложение В 35
Программа для управления траекторией движения мобильного робота 35
Целью данного исследования является разработка мобильного робота, оснащённого приводом на основе шагового двигателя. В последние годы мобильные роботы становятся всё более востребованными в различных сферах: от образования и научных исследований до промышленного производства и внутрицехового транспорта. Их основное преимущество возможность автономного передвижения и выполнения заданных задач без постоянного участия человека.
Одним из важных элементов таких роботов является приводная система, обеспечивающая точность и стабильность движения. Шаговые двигатели являются подходящими для этих целей за счёт их способности выполнять движения с заданным шагом без использования датчиков обратной связи. Это позволяет упростить конструкцию и снизить стоимость устройства.
В рамках данной работы планируется изучить принципы работы шаговых двигателей, выбрать и применить конкретную модель (ДШИ-200), а также разработать систему управления с использованием микроконтроллера Arduino. Кроме того, осуществлена сборка прототипа мобильного робота и тестирование его работы в различных условиях. Основное внимание уделяется отработке управления движением и проверке надёжности работы всей системы.
Актуальность работы связана с ростом интереса к недорогим и эффективным робототехническим решениям для учебных и практических задач, таких как транспортировка грузов и мониторинг среды.
Практическая ценность - в возможности применения полученных решений в учебных установках и разработке автономных мобильных платформ.
В ходе выполнения выпускной квалификационной работы была реализована задача проектирования мобильного робота с приводом на основе шаговых двигателей. Основное внимание уделялось выбору и интеграции компонентов, включая шаговые двигатели типа ДШИ-200, драйвер управления TB6600 и микроконтроллер Arduino, а также разработке программного обеспечения, обеспечивающего управление движением.
Были подробно изучены принципы работы шаговых двигателей, их разновидности и режимы управления. Выбор оптимального драйвера и построение схемы подключения позволили обеспечить стабильную и надёжную работу системы. Созданная программная часть позволила реализовать различные траектории движения с заданными параметрами скорости и угла поворота.
Дополнительно были разработаны собственные колёса с использованием САПР, адаптированные под шаговые двигатели, и организована система питания с учётом потребностей всех компонентов.
Проведённые испытания продемонстрировали корректную работу мобильного робота, подтвердив применимость разработанных решений для создания автономной платформы. Полученные результаты могут быть использованы в образовательных целях, а также служить основой для дальнейшего развития проекта, включая добавление датчиков, модулей навигации и расширение алгоритмов автономного управления.
