ВВЕДЕНИЕ 3
1 Анализ предметной области 5
1.1 Обзор существующих решений 5
1.2 Различные методы навигации 11
1.2.1 Анализ метода стереосистемы видеокамер 15
1.2.2 Анализ метода с использованием ультразвукового сонара 17
1.2.3 Анализ метода с использованием спутниковой навигации 18
1.2.4 Анализ метода с использованием лазерного дальномера 18
1.3 Среда разработки 3D модели 20
1.4 Общие сведения о Matlab 21
1.5 Цели и задачи 22
2 Разработка алгоритмов систем получения информации об удаленных объектах 24
2.1 Разработка общего принципа работы алгоритма 24
2.2 Разработка IDEF0 модели процесса сканирования 27
2.3 Разработка алгоритмов системы получения информации 36
3 Реализация системы получения информации на базе платформы Arduino 40
3.1 Выбор датчика для мобильного робота 40
3.2 Выбор шагового электродвигателя 46
3.3 Выбор драйвера шагового двигателя 50
1.4 Выбор платы Arduino 56
3.5 Структурная схема сканирующего лазерного дальномера 60
3.6 Разработка электрической части 61
3.7 Разработка программы для Arduino 64
3.8 Разработка платформы для оптической системы 68
3.9 Разработка платформы для подвижной системы 72
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 78
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 79
Дипломный проект на тему: «Разработка системы получения информации об удаленных объектах на основе оптических систем» разработан на основе задания на дипломное проектирование.
В качестве сканирующего устройства был выбран лазерный сканирующий дальномер, использующий триангуляционный принцип измерения расстояния.
Сегодня в робототехнике существует не так много методов навигации в помещении. Одним из них является определение положения робота на местности с помощью лазерного сканера. Важное преимущество этого метода - он не требует установки каких-либо маяков в комнате. В отличие от систем, которые используют распознавание изображений с камер, обработка данных из дальномера не является столь ресурсоемкой. Но есть недостаток - сложность конструкции и соответственно, цена дальномера.
Традиционно, используют лазерные сканеры, которые используют фазовый или временной принцип, чтобы измерить расстояние до объектов. Внедрение этих принципов требует довольно дорогого процессора и дорогих радиодеталей. Хотя, используя эти принципы, можно добиться высокой скорости сканирования и измерения больших расстояний. Но для ориентации робота в помещении не обязательно сканирование на дальние расстояния.
Как правило лазер используется в качестве указателя. Рассеянными или зеркальными отражениями от этого пункта управляет датчик, который установлен на некотором расстоянии от лазерного луча, такого, что источник лазерной радиации, объекта и датчика формирует треугольник. На датчике линза сосредотачивает отраженный свет на CCD, и положение яркого пятна на чипе указывает на направление поступающего света, т.е., угол между лазерным лучом и возвращенным светом, от того, где расстояние может быть вычислено.
Высокая скорость обнаружения позволяет отслеживать положение перемещения или вибрирующей части любой машины. Для рассеянного отражения расстояние может быть ограничено требованием, чтобы получить определенную отраженную оптическую силу.
Основная часть информационно-измерительной системы робота, назначение которой формировать и выдавать информацию об объектах в окружающей среде. Сенсорные системы проектируются на базе акустических систем, машинного зрения или лидаров.
В ходе проведенной работы я добился повышения скорости и точности работы системы получения информации об удаленных объектах, за счет подробного сканирования важных зон и разряженного сканирования зон не требующих точного сканирования.
В ходе работы были выполнены все поставленные задачи:
- сделан анализ существующих оптических систем и выбор наиболее оптимальной технологии для получения информации об удаленных объектах;
- разработана IDEF модель ;
- разработан алгоритм сканирования;
- разработана механическая часть системы;
- разработана электрической схемы
- разработана структурная схемы оптической системы
- разработана программа для платформы Arduino
