АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 6
1 АНАЛИЗ ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ 7
1.1 Описание малогабаритного шагающего аппарата 7
1.2 Цели и задачи создания системы управления 9
2 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ МАЛОГАБАРИТНЫМ
ШАГАЮЩИМ АППАРАТОМ 11
2.1 Разработка структурной схемы системы управления малогабаритным
шагающим аппаратом 11
2.2 Разработка схемы автоматизации системы управления малогабаритным
шагающим аппаратом 12
2.2.1 Принцип работы сервопривода 12
2.2.2 Принцип передвижения малогабаритного шагающего аппарата 17
2.2.3 Анализ кинематической модели конечности 19
2.3 Разработка схемы электрической принципиальной системы управления
малогабаритным шагающим аппаратом 21
2.3.1 Анализ характеристик сервоприводов 22
2.3.2 Выбор вычислителя 26
2.3.3 Модуль управления приводами 30
2.3.4 Выбор видеокамеры 33
2.3.5 Выбор источника питания 34
2.3.6 Модуль контроля уровня заряда источника питания 43
3 РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНО-АЛГОРИТМИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ МАЛОГАБАРИТНЫМ ШАГАЮЩИМ
АППАРАТОМ 54
3.1 Анализ сетевой модели взаимодействия 54
3.2 Алгоритм расчета параметров движения 59
3.2.1 Решение задачи инверсной кинематики 60
3.2.2 Алгоритм изменения скорости 65
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 68
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 69
ПРИЛОЖЕНИЕ А Техническое задание на создание системы управления малогабаритным шагающим аппаратом 72
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Система управления малогабаритным шагающим аппаратом. Схема структурная 90
ПРИЛОЖЕНИЕ В Система управления малогабаритным шагающим аппаратом. Схема автоматизации 92
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Система управления малогабаритным шагающим аппаратом. Схема электрическая принципиальная 94
ПРИЛОЖЕНИЕ Д Система управления малогабаритным шагающим аппаратом. Перечень элементов 96
ПРИЛОЖЕНИЕ Е Алгоритм работы системы управления малогабаритным шагающим аппаратом 98
Современное общество трудно представить без средств автоматизации. Системы автоматического управления нашли применение во многих сферах человеческой деятельности. Повсеместное внедрение таких систем в быту заметно повысило уровень жизни, а применение в промышленности позволило поднять производство на новый уровень и значительно повысить безопасность рабочих.
Одним из видов автоматических систем являются роботы. Это понятие имеет различные значения, далее приведено наиболее близкое к разрабатываемой системе. Робот - автоматическое устройство, созданное по принципу живого организма, он действует по заранее заложенной программе, самостоятельно выполняя операции, которые обычно производятся человеком или животным, при этом информацию о внешнем мире он получает от чувствительных элементов, а также от оператора[1].
В настоящее время роботы используются для выполнения множества разнообразных задач. Их список включает в себя обслуживание складских помещений, перевозку грузов, исследование и мониторинг труднодоступных или опасных зон, разведку, взятие проб. Для этих целей был исследован широкий спектр конструкций роботов. Последнее десятилетие во многих областях все большее применение находят шагающие роботы. Они обладают рядом очевидных преимуществ перед своими колесными или гусеничными аналогами.
Основной задачей при создании робота является разработка алгоритма для его передвижения. Правильный алгоритм должен обеспечивать сохранение стабильности походки и положения корпуса робота при передвижении по ровной поверхности.
В рамках выполнения выпускной квалификационной работы бакалавра был разработан программно-аппаратный комплекс системы управления шагающим аппаратом. В данной работе были решены следующие задачи:
1. Проведен анализ объекта автоматизации, его кинематической модели и исполнительных элементов. Результаты послужили основой для создания системы управления малогабаритным шагающим аппаратом.
2. Разработаны алгоритмы решения задачи инверсной кинематики и управления скоростью движения шагающего аппарата.
3. Проведена разработка схемы автоматизации объекта. В соответствии с требуемым функционалом подобраны микрокомпьютер, видеокамера, источник электропитания. На основе перечисленных элементов разработана принципиальная электрическая схема.
4. По функциональной схеме автоматизации и принципиальной схеме создана система управления реальным объектом.
5. Разработан алгоритм и программа управления передвижением шагающего аппарата.
6. Создано клиент-серверное приложение, связывающее программу на микрокомпьютере и программу на персональном компьютере.
7. В результате проведения тестирования полученного шагающего аппарата было выявлено, что имеющиеся сервоприводы обладают недостаточным моментом на валу для удержания робота при его движении и нуждаются в замене на более мощные.
