Разработка программно-аппаратной системы управления движением для универсальной роботизированной платформы (стр. 5 )

Пакеты, посылаемые с платформы на управляющее устройство, имеют структуру, показанную на рисунке 5.

Рисунок 5.Структура пакета посылаемого с платформы

Под поле идентификатора устройства отсылающего данные отводится 1 байт. Данное поле нужно, что бы однозначно определить какое устройство отсылает данные.

Под поле типа отсылаемых данных отводится 1 байт. Данное поле помогает определить, какой вид данных отсылается на управляющее устройство. Данное поле может принимать следующие значения:

-  Значение B00000000, которое означает, что пакет содержит новые данные;

-  Значение B11111111, которое означает, что пакет содержит уже отправленные ранее данные, которые отсылаются, в случае если управляющие устройство не смогло принять данные и прислало запрос на их повторное отправление;

-  Значение B00001111, которое означает, что пакет с управляющего устройства пришёл повреждённый и требуется его повторная пересылка.

Под поле информации о движение и данных с датчиков отводится 7 байт. В данный пакет входят следующие данные:

-  Информация с 5 дальномеров, по 1 байту на 1 дальномер, данные 5 байт располагаются первыми;

-  Информация с магнитометра, на которую отводится 1 байт, который идёт за 5 байтами данных с дальномеров;

-  Информация о состоянии двигателей, на которую отводится 1 байт. На один двигатель отводится 2 бита. Данный байт располагается за байтом с данными от магнитометра.

Под поле контрольной суммы отводится 3 байта. В данное поле вписывается специально рассчитанное основе предыдущих данных пакета число, которое является уникальным для каждого пакета. Данное число помогает управляющему устройству проверить правильность присланных данных, сравнив присланную контрольную сумму с рассчитанной по тому же алгоритму суммой.

Структура пакетов, отсылаемых с управляющего устройства на платформу, показана на рисунке 6.

Рисунок 6. Структура пакета посылаемого с управляющего устройства

Под поле идентификатора устройства отсылающего данные, также как и в пакетах для пересылки данных с платформы на управляющее устройство, отводится 1 байт. Данное поле нужно, что бы однозначно определить какое управляющее устройство отсылает команды управления.

Под поле типа отсылаемых данных отводится 1 байт. Данное поле помогает определить, какой вид данных отсылается на платформу. Данное поле может принимать следующие значения:

-  Значение B00000000, которое означает, что пакет содержит новые команды управления;

-  Значение B11111111, которое означает, что пакет содержит старые данные, которые отсылаются, в случае если платформа устройство не смогла принять данные и прислала запрос на их повторное отправление;

-  Значение B00001111, которое означает, что пакет с платформы пришёл повреждённый и требуется его повторное формирование и отсылка;

-  Значение B11110000, которое означает, что устройство управления запрашивает информацию о двигателях платформы и данные с её датчиков.

Под поле команды на передвижение отводится 2 байта. Данные в данном поле содержат информацию, в которой указываются необходимые для управления платформой данные. В данное поле входят следующие данные:

-  Информация о направление движения платформы, на которую отводится 1 байт, данный байт располагается в поле первым;

-  Информация об угле поворота платформы относительно текущего положения, на которую отводится 1 байт, следующий за байтом с информацией о направление движения.

Под поле контрольной суммы, также как и в пакетах для пересылки данных с платформы на управляющее устройство, отводится 3 байта.

6. Описание полученных результатов

В ходе выполнения выпускной квалификационной работы разработана и реализована программно-аппаратная система управления движениями для универсальной роботизированной платформы.

Проведён обзор и классификация существующих типов приводов для роботизированных платформ. На основе обзора были выведены плюсы и минусы каждого вида привода. На основе этих данных и критериев, описанных в разделе «Привод» в главе «Разработка требований и технических характеристик подвижной части роботизированной платформы», был выбран и разработан колёсный тип привода для подвижной платформы. Также были рассмотрены способы разворота колёсной платформы, и описаны их плюсы и минусы. На основе этих данных был выбран бортовой способ разворота. Полученный привод может преодолевать препятствия высотой в 3 см, что позволяет использовать его в помещениях с небольшими дверными порогами.

Для платформы были подобранны двигатели, которые имеют возможность плавной остановки и разгона. Данные двигатели способны разогнать платформу до скорости равной 3,5 км/ч, что примерно равно скорости человеческого шага. Данная особенность позволяет использовать роботизированную платформу для взаимодействия с шагающим человеком.

В программном комплексе «SolidWorks» смоделирован корпус подвижной платформ. На этапе моделирования были учтены требования для габаритов платформы, описанных в разделе «Корпус» в главе «Разработка требований и технических характеристик подвижной части роботизированной платформы», и все необходимые вырезы и крепления под датчики.

В корпусе предусмотрен быстрый доступ к внутреннему оборудованию, что позволяет быстро отремонтировать или заменить не исправное оборудование. На крыше платформы располагаются площадки для крепления дополнительного оборудования, что даёт возможность создавать специализированные модификации платформы, в зависимости от области её применения.

Для управления двигателями платформы выбран микроконтроллер «Atmega1280», на базе аппаратной платформы «Arduino Mega 2560». Управление двигателями осуществляется через драйверы двигателей. «L298N». Так же микроконтроллером осуществляется сбор и отправка управляющему устройству данных с датчиков.

Продуманна система энергосбережения, которая имеет два не зависимых контура для силовой и логической части. Данное решение предотвращает повреждение логических элементов при скачках энергии в силовой части установки. Время работы робота от аккумулятора примерно равно 3 часам.

Рассмотрены виды соединения платформы с бортовым компьютером, для её автономной работы. Описаны их недостатки и достоинства. На основе полученной информации выбран наиболее подходящий тип соединения, которым оказался UART интерфейс. Для управления платформой оператором выбран беспроводной вид связи по Bluetooth каналу, который позволяет управлять платформой на расстояние до 10 м.

Разработан протокол для взаимодействия управляющего устройства и роботизированной платформы. Описана структура пакетов с данными для получения данных с платформы и её управления. В протоколе учтена возможность повторной пересылки данных в случае повреждения пакетов.

Разработанная платформа показана на рисунке 7.

Рисунок 7. Разработанная подвижная роботизированная платформа.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результатом выпускной квалификационной работы является разработанная подвижная платформа на колёсной тяге. Данная платформа имеет бортовой тип разворота, что позволяет ей разворачиваться на месте. Эта особенность делает платформу пригодной для использования в узких пространствах, а робот, построенный на ее базе, пригоден для использования на улице при отсутствии осадков и в помещениях.

Разработаны алгоритмы управления платформой, которые включают управление платформой бортовым компьютером и оператором.

Благодаря наличию опции установки на платформу дополнительного оборудования, разработанная платформа может использоваться во многих сферах человеческой жизни, например, как робот охранник или робот гид.

Список литературы

1.  Лепихин  промышленного робота FANUC в учебном процессе // Труды IV международной научно-практической конференции «Современные информационные технологии и ИТ‑образование». – М.: МАКС Пресс. – 2009. – С. 339–345.

2.  Jones J. L. Robots at the tipping point: the road to iRobot Roomba // Robotics & Automation Magazine, IEEE. – 2006. – Vol. 13. – No. 1. – P. 76–78.

3.  , Романов робота на базе подвижной платформы // Науково-технічної конференції (Сумы, 20–25 апреля 2015 г.). – 2015. – С. 167.

4.  Pransky J. iRobot Ava – an app ready mobile robot // Industrial Robot: An International Journal. – 2012. – Vol. 39. – No. 3.

5.  Chestnutt J. et al. Footstep planning for the honda asimo humanoid //Robotics and Automation, 2005. ICRA 2005. Proceedings of the 2005 IEEE International Conference on. – IEEE, 2005. – P. 629–634.

6.  Маслов  роботы для обнаружения и уничтожения взрывных устройств / // Специальная техника. – 2006. – № 4.

7.  Župančić I. Special robotized multipurpose vehicle DOK-ING MVF-5 //Vatrogastvo i upravljanje požarima. – 2012. – Vol. 2. – No. 2. – P. 17-35.

8.  Raibert M. et al. Bigdog, the rough-terrain quadruped robot // Proceedings of the 17th World Congress. – 2008. – Vol. 17. – No. 1. – P. 10822-10825.

9.  Бурханов А. А., Даншин А. С., Гаврилов  роботизированная шагающая платформа для мониторинга окружающей среды // Известия волгоградского государственного технического университета. – 2014. – Т. 21. – № 12 (139). С. 153–157.

10.  , , Романов генетических алгоритмов при разработке адаптивных алгоритмов передвижения робота // Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов НИУ ВШЭ им. . Материалы конференции. М.: МИЭМ НИУ ВШЭ, 2015. - С. 58.

11.  Zykov V. Morphological and behavioral resilience against physical damage for robotic systems: дис. – Cornell University, 2008. – 219 p.

12.  Tonkonogui A. D. et al. Integrating FIRST robotics program with university curriculum // Structure. – 2007. – Vol. 563. – No. 119. – P. 146–151.

13.  Смирнов  движения колесных машин //М.: Машиностроение. – 1990. – С. 89-93.

14.  Theobald D. Mobile extraction-assist robot: пат. 7719222 США. – 2010.

15.  Won C. Robotic platform: пат. 6431296 США. – 2002.

16.  Taylor C. et al. Robot vacuum: заяв. пат. 10/798, 232 США. – 2004.

17.  Боевые роботы, робот мул от Lockheed Martin. [Электронный ресурс]. – URL: http://roboting. ru/1452-robot-mul-ot-lockheed-martin. html (дата обращения 15.05.2015).

 [RA1]Выравнивание – по ширине!

 [RA2]Так надо делать списки

 [RA3]Настоящее/прошедшее, но не будущее

 [RA4]Также пишите слитно!

 [RA5]Отступы

Перед 6

После 6

 [A6]Отступ 12