РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТРАНСПОРТНОГО РОБОТА С СИЛОВЫМ ШАГОВЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ

Аннотация 2
ВВЕДЕНИЕ 3
1 Задачи, которые решает мобильный робот 5
1.1 Как робот двигается в этом помещении 6
2 Компоновка мобильного робота 8
3 Силовой привод 10
3.1 Виды и типы шаговых двигателей 12
3.2 Особенности мобильного робота с силовыми ШД 14
3.3 Драйвер шагового двигателя 14
3.4 Аппаратно-программный комплекс ARDUINO 15
3.5 Генератор управляющих импульсов 16
3.6 Структура схемы управления 17
4 Движение транспортного робота 20
4.1 Пример маршрута движения транспортного робота 20
5 Разработка системы управления 21
Заключение 22
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 23
ПРИЛОЖЕНИЕ А 25
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 26
Купить

Для достижения цели разработки системы управления, необходимо решить следующие задачи:
1. Ознакомиться с компоновкой предлагаемого мобильного робота.
2. Изучить работу шагового двигателя DYNASYN 4SHG.
3. Предложить алгоритм управления силовым приводом мобильного робота для осуществления движения.
Актуальность данной разработки заключается в том что, на предприятиях существует потребность в использовании автоматизированных решений, точное и безлюдное производство, внедрение новых технологий для устранений вредных факторов, влияющих на здоровье человека. В связи с этим, растет популярность решения по автоматизации технологических процессов на базе роботов, разрешающих обеспечить полный цикл обработки с высокой производительностью и точностью, избежать перерывов в работе и исключить влияние человеческого фактора.
Автоматизация производства - это процесс в развитии любого производства, при котором функции изготовление, управления, контроля, транспортировки и других процессов, ранее выполнявшиеся человеком, передаются приборам и автоматическим устройствам.
Робот - это автоматическое устройство, предназначенное для осуществления различного рода механических операций, который действует по заранее заложенной программе. Робот обычно получает информацию о состоянии окружающего пространства посредством датчиков
Робот в полной мере может выполнять поставленные ему производственные и иные операции, полностью или частично заменяя труд человека в той или иной области.
Есть несколько классов роботов, важнейшие из них это: мобильные(транспортные) и манипуляционные роботы.
Манипуляционный робот - это робот, состоящий из исполняющего устройства и программного управления, который служит для выполнения двигательных и управляющих действий.
Они бывают напольными подвесными и портальными, наибольшее применение получили в машиностроительных и приборостроительных отраслях.
Мобильный робот - это автоматическая машина, способная передвигаться. Мобильные роботы могут перемещаться в своей среде и не привязаны к одному физическому местоположению. Мобильные роботы могут быть «автономными» что означает, что они способны осуществлять навигацию в неконтролируемой среде без необходимости использования физических или электромеханических устройств управления.
Такие роботы могут быть: колесными, гусеничные, ползающие, шагающие и летающие.
Транспортный робот - это автоматическая машина, которая осуществляет транспортировку и сочетает в себе систему приводов, управляемой компьютерным устройством.
Шаговый электродвигатель - это электромеханическое устройство, которое преобразует электрические импульсы управления в дискретные механические перемещения. Шаговый двигатель по сути является синхронным бесщёточным электродвигателем с несколькими обмотками, в котором ток, подаваемый в одну из обмоток статора, вызывает фиксацию ротора.
В настоящей работе рассматриваются вопросы разработки системы управления транспортным роботом, отличительная особенность которого - использование в качестве силовых приводов шаговый электродвигатель.
1 Задачи, которые решает мобильный робот
По сферам применения роботов можно классифицировать как: первый
— это наземные роботы, второй — воздушные, третий — водные. Разнообразие водных несколько меньше, чем в остальных случаях. Водные роботы, бывают подводные и надводные. Надводные роботы это прежде всего катера: радиоуправляемые либо с автономным управлением. Сейчас их чаще всего используют для охраны границ. Разнообразие подводных роботов гораздо больше: это и глубоководные погружаемые автоматы, и всевозможные военные роботы-саперы, которые освобождают порты от мин, и так далее.
Шагающие роботы, есть роботы с двумя ногами — это андроиды. образец для данного типа роботов является человек. Есть роботы, у которых больше чем две ноги. Такие шагающие роботы имеют свои преимущества, потому что для того, чтобы колесо прокручивалось, необходима некоторая дорога, а шагающие роботы могут преодолевать всевозможные препятствия, например, подниматься по лестнице.
Планетарная робототехника - это всевозможные марсоходы, луноходы
— это тоже мобильные роботы, но другого класса. Они реализуют исследовательские программы.
Транспортный робот служит для транспортировки различных грузов, имея при этом силовые двигатели для перемещения из точки А в точку Б. Для выполнения этой задачи робот на борту робота размещены разные устройства управления и позиционирования.
Это очень удобно для автоматизации технологического процесса, что позволяет исключить человека или же с его малым вмешательством. Благодаря силовым приводам, он может работать с очень большими грузами.
Некоторые простейшие движущиеся роботы уже нашли применение на промышленных предприятиях, складах и в учреждениях.
Так, например, операции загрузки-разгрузки на многих холодильных предприятиях для хранения пищевых продуктов, низкие температуры которых не благоприятны для человека, проводятся с помощью автоматических вилочных укладчиков.
1.1 Как робот двигается в этом помещении
Все действия роботов укладчиков управляются центральным компьютером, тем не менее размещенные в них датчики очень просты. Вилочные укладчики, направляемые пульсирующими магнитными полями, которые образовываются системой проводников, уложенных под полом помещения; при разгрузке стеллажей "стыковка" укладчика с паллетами, наполненными продуктами, реализовывается с помощью инфракрасных (ИК) датчиков ближней локации. Но если укладчик сталкивается с препятствием или возникают аварийные ситуации, он останавливается и требуется помощь человека[1].
Есть так же движущиеся роботы, обладающие ещё более простые конструкции, "патрулируют" коридоры некоторых учреждений и больниц. Эти автономные машины подобны большим сервировочным столикам. Они перемещаются по строго определенной траектории, нанесенной прозрачной фосфоресцирующей жидкостью, которая позже застывает. Ее фотодатчики воспринимают ультрафиолетовое излучение, установленные в нижней части робота. Такие роботы-тележки предназначаются для перевозки посылок в различные отделы учреждения или доставки постельного белья в больницах. Двигаясь, они издают тихий предупредительный сигнал и при столкновении с неким предметом тут же останавливаются на некоторое время, после чего продолжают свой путь[2].
Для самостоятельного передвижения робота используются средства позиционирования.
Для GPS определение дистанции производится путем анализа информации высокочастотного радиосигнала от спутников из космоса. Радиоволна движется, приблизительно со скоростью света, после чего навигатор определяет, как долго по времени следовал сигнал и на основании этого устанавливает расстояние. Работа ультразвука имеет схожий принцип. Ультразвуковые датчики работают на частотах от 40 до 130 кГц. Расстояние рассчитывается по времени прохождения сигнала от датчика до приемника. Используя несколько приемников, можно точно рассчитать местоположение передатчика. Рекомендуется использовать четыре приемника[3].
Шаговые двигатели.
Использовать шаговые двигатели в качестве силового привода транспортных систем очень удобно, потому что система с помощью шаговых двигателей позиционируется без применения датчиков обратной связи, даже при отсутствии обратной связи положение ротора двигателя всегда известно. Точность установки положения шагового двигателя, может достигать нескольких сотых долей градуса. Поэтому любое, даже тяжелое и громоздкое оборудование всегда можно позиционировать с высокой точностью [4].
В целом траектории перемещении на плоскости мобильного робота можно разбить на несколько элементарных (базовых) элементов. Это прямолинейное перемещение - оно характеризуется направлением (вперед- назад) и величиной пути. Второй элемент - это поворот, который характеризуется направлением поворота(влево-вправо) и его величиной. Величина поворота должна быть выбрана минимальной Если требуется повернуть на больший угол, то данную функцию необходимо повторить несколько раз.

Купить