Содержание
Список использованных сокращений………………………………………….6
Введение…………………………………………………………………………..9
1 Технико-экономическое обоснование………………………………………13
2 Описание предметной области, анализ существующих решений……….16
3 Описание структурной схемы системы…………………………………….25
4 Описание функциональной схемы системы……………………………......27
5 Разработка алгоритмов вычисления текущих координат мобильного
колесного робота…………………………………………………………….....35
6 Разработка алгоритмов следования по заданной траектории………......47
7 Разработка алгоритмов определения протяженности препятствий
на пути следования робота…………………………………………………….64
8 Разработка алгоритмов огибания препятствий……………………………74
9 Разработка программного обеспечения системы траекторного
управления………………………………………………………………………79
10 Анализ погрешностей системы……………………………………………88
11 Экономический раздел…………………………………………………….93
11.1 План-график разработки проекта………………………………………93
11.2 Смета затрат на разработку…………………………………………….96
11.3 Выводы по эффективности использования проекта…………………..98
12 Безопасность и экологичность проекта………………………………….101
12.1 Введение…………………………………………………………………101
12.2 Описание рабочего места………………………………………………101
12.3 Анализ опасных и вредных факторов………………………………..102
12.3.1 Микроклимат рабочей зоны программиста……………….............103
12.3.2 Освещение рабочего места…………………………………………….104
12.3.3 Воздействие шума на пользователя ПЭВМ…………………………..105
12.3.4 Электробезопасность…………………………………………………..105
12.3.5 Психофизиологические вредные факторы……………………………106
12.3.6 Рационализация режима труда и отдыха для снижения умственного утомления……………………………………………………………………….108
12.3.7 Статическое электричество…………………………………................110
12.4 Обеспечение пожарной безопасности…………………………………..111
12.5 Экологичность проекта…………………………………………………..113
12.6 Расчет средств защиты от повышенного шума………………………...115
Заключение……………………………………………………………………...119
Библиографический список………………………………………………........120
Приложение 1…………………………………………………………………...122
Приложение 2…………………………………………………………………...123
Приложение 3…………………………………………………………………...124
Приложение 4…………………………………………………………………...125
Приложение 5…………………………………………………………………...126
Приложение 6…………………………………………………………………...127
Приложение 7…………………………………………………………………...128





Купить

Аннотация
В данном дипломном проекте рассматриваются алгоритмы реализации системы траекторного управления мобильным колесным роботом. Дано теоретическое обоснование динамических эффектов, наблюдаемых при движении робота. Проанализированы особенности решения прямой задачи робототехники – определения напряжений, подаваемых на двигатели робота и обеспечивающих реализацию программных движений. Обсуждены алгоритмы навигации мобильных роботов. Разработано программное обеспечение, позволяющее роботу перемещаться по заданной траектории и огибать препятствия. Спроектирован макет робота.
Программное обеспечение реализовано в среде программирования Microsoft Visual Studio 2008. Проведены экспериментальные исследования разработанной системы.
Введение
Человек стремится облегчить свой труд путем автоматизации однообразных действий. Это осуществляется с помощью машин, конечных автоматов и роботов. Роботы и технологии искусственного интеллекта сегодня используют подавляющее большинство из пятисот крупнейших компаний США. При этом американский бюджет финансирует около 75 процентов всех научных разработок в этой области. Конечно, по традиции, большую часть государственного финансирования поглощает военное ведомство. Но такие крупные корпорации, как IBM, Intel, Apple и другие тратят немалые средства и на создание функционально-полезных «гражданских» роботов. Для поддержания требуемых условий их эксплуатации и достижения необходимого качества выполняемой работы должна существовать обратная связь. В роботах обратная связь реализуется посредством измерительной системы, включающей в себя датчики.
Датчик – это устройство, воспринимающее внешние воздействия и реагирующее на них изменением электрических сигналов. [1] Прослеживается аналогия с процессами, происходящими в организме человека. В своем труде «Датчики» Герхард Виглеб писал:
«По структурному построению автоматизированные устройства напоминают такие биологические системы, как, например, человек. Существует аналогия между человеком и роботом по способам получения сигналов, их обработки и накопления, а также по преобразованию сигналов. Органам чувств человека соответствуют в роботах датчики, а функции активных органов выполняются исполнительными устройствами. Аналогом мозга как центрального устройства для обработки сигналов служит ЭВМ с ее системой памяти».
Большинство современных роботов можно разделить на три категории:
1.) С жесткой программой действий;
2.) Манипуляторы, управляемые человеком – оператором;
3.) С искусственным интеллектом, действующие «разумно» без вмешательства человека.
Последняя категория является наиболее интересной, но, к сожалению, и самой редкой. Так как, по сравнению с развитием механики, электроники, датчиковых систем, развитие алгоритмов, позволяющих роботу действовать, основываясь только на полученной измерительной информации, без помощи человека, достаточно мало. Роботы – манипуляторы наиболее распространены. Основное их назначение – автоматизировать ручной труд, так как роботы имеют преимущество перед человеком в скорости и точности выполнения однообразных операций. Также их используют для работы в условиях относительной недоступности, либо в опасных, вредных для человека условиях, например, в атомной промышленности. Часто робота оснащают обучающейся автоматической системой управления. Если такому роботу «показывают» последовательность операций, то система управления фиксирует все в виде программы управления и затем точно воспроизводит при работе.
Примерами современных роботов могут служить роботы-санитары, работающие в некоторых британских больницах. Они производят сухую и влажную уборку, сами выбрасывают мусор, заправляются чистящими средствами и подзаряжаются. Встретив кого-то на своем пути, они извиняются и докладывают, чем они сейчас заняты. Наиболее известны роботы-саперы. Робот REMUS, сконструированный в США, предназначен для разминирования участков акватории и морских рейдов. Небольшой и легкий (около 3.2 кг), робот способен передвигаться под водой со скоростью около 3-5 узлов на глубине до 90 м. Запас хода REMUS составляет 60 км. Программирование робота осуществляется с помощью переносного компьютера, для навигации используются радио- и акустические маячки. Встроенный компьютер может сам выбрать оптимальный метод определения маршрута. [2]
В России ведется множество разработок роботов, и системы траекторного управления в них широко применяются. Ученые МГТУ им. Баумана, Центра специальной техники ФСБ, инженеры «Ковровского электромеханического завода» создали семейство из десяти роботов для выполнения саперных и разведывательных задач. В Петрозаводском инженерном центре разработан пожарный робот, предназначенный для отражения атак пиратов на суда. Робот оснащен мощным водометом, который способен смыть с пиратского катера весь его экипаж с вооружением. Гусеничная машина МРК-27БТ военного назначения, разработанная на базе МГТУ им. Баумана, способна заменить от отделения до взвода пехотинцев. Вооружение робота составляет пулемет «Печенег», штурмовые гранатометы РШГ-2, огнеметы «Шмель». Управление перечисленными разработками осуществляется дистанционно оператором.
Современная классификация роботов по типу управления подтверждает, что перечисленные российские технические системы являются либо роботами с жесткой программой действий, либо роботами - манипуляторами. Многие не согласны с такой классификацией. Создатели художественного фильма «Железный человек 2» высказали идею по этому поводу: когда героя Тони Старка обвиняли на суде в использовании опасного роботизированного костюма, он ответил, что это никакой не робот, а всего лишь высокотехнологичный протез. Обозначенную мысль также подтверждает оригинальное определение слова «робот», данное Карелом Чапеком в пьесе под названием «РУР»: робот – это «живая, наделенная интеллектом рабочая машина». Можно сюда же добавить законы робототехники, сформулированные Айзеком Азимовым:
0. Робот не может причинить вреда человеку, если только он не докажет, что в конечном итоге это будет полезно для всего человечества.
1. Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием допустить, чтобы человеку был причинен вред.
2. Робот должен повиноваться всем приказам, которые дает человек, кроме тех случаев, когда эти приказы противоречат Первому закону.
3. Робот должен заботиться о своей безопасности в той мере, в которой это не противоречит Первому и Второму законам.
Все законы подразумевают наличие искусственного интеллекта, но никак не управление системы оператором.
Существует также официальное, закрепленное в законах некоторых стран определение: робот – это автоматическая программируемая многоцелевая система, обладающая манипулятором, способным двигаться в трех измерениях. Можно сделать вывод, что в ведущих исследовательских центрах России разрабатываются автоматизированные технические системы, а не роботы.

Купить