Разработка роботизированной мобильной платформы, движущейся по заданной тракетории

Разработка роботизированной мобильной платформы, движущейся по заданной тракетории 24.03.2016

Разработка роботизированной мобильной платформы, движущейся по заданной тракетории

Робототехника и автоматизация систем контроля управления производством активно развивается в последние годы благодаря развитию технологического процесса миниатюризации интегральных схем, что позволяет создавать малогабаритные устройства, а также развитию стандартизации процесса производства.
Особый интерес вызывает применение роботизированных устройств в условиях, опасных и вредных для труда человека (атомные станции, подводные работы на большой глубине, космические исследования и т.п.). Начиная с 90-х годов прошлого столетия и по наше время активно ведутся разработки алгоритмов и роботизированной техники, в частности – мобильных платформ, предназначенных для сбора и анализа информации, полученной в результате исследования неизвестной или малоисследованной среды.
Не менее важной задачей, однако, более простой в осуществлении, является использование подобных платформ в уже исследованных условиях, причем ограничивая их движение определенными траекториями. Зачастую, для таких целей используют класс роботизированных платформ, называемых «робот, следующий по определенной линии» (англ. Line Following Robot, далее - LFR). Эти устройства сконструированы для осуществления автоматического движения вдоль произвольно нарисованной линии – то есть начертив на поверхности линию задается траектория, по которой будет происходить движение платформы.
Используя LFR в качестве мобильной платформы, возможна дальнейшая установка на него различной измерительной аппаратуры и модуля беспроводной передачи данных, для отслеживания значения определенной физической величины в режиме онлайн. В связи с этим, в данной работе была проведена разработка прототипа такой платформы с минимально возможной стоимостью реализации единицы изделия для последующей установки на него радиопередающего устройства и различных измерительных приборов или приборов слежения.
Большинство роботизированных мобильных платформ имеют схожее строение, в связи с чем разработанный прототип может быть использован в образовательных целях – для обучения студентов технических специальностей основным принципам работы функциональных узлов робота и получения ими навыков сборки подобных устройств.
Таким образом, задача данной работы - разработка мобильной платформы, движущейся по заданной траектории, в целях видеонаблюдения, измерения физических величин (уровень радиации, температуры, влажности) и транспортировки, а также для использования в процессе обучения студентов.
Для реализации данной задачи было разработано устройство, траектория движения которого задается нарисованной линией. Структурная схема данного устройства:



Первый блок является входным устройством, которое может быть реализовано с помощью оптоэлектронных датчиков, реагирующих на разность степени отражения от линии, вдоль которой движется платформа, и поверхности на которой эта линия нарисована (фона). Сигнал от датчиков поступает во второй блок, функциональной задачей которого является реализация определения позиции платформы относительно линии и выработка управляющих сигналов для корректировки правильности положения. Управляющие сигналы от блока управления поступают в третий функциональный блок – контроллер двигателей, который, в нашей реализации, независимо управляет двумя электрическими приводами. Задачей данного блока является управляемое ограничение мощности, подающейся на тот или иной двигатель, в результате чего, из-за разности скоростей ведущих колес, будет осуществляться поворот вдоль линии. Таким образом, мобильная платформа, устроенная согласно такому подходу, может быть трехколесной, с колесной формулой 3х2, или же выполненной в виде гусеничной платформы.
Для проведения экспериментальных исследования по вышеуказанной схеме был изготовлен прототип мобильной платформы на печатной плате, изготовленной в лабораторных условиях из фольгированного текстолита. Макет печатной платы и фотография платы после травления:



При реализации печатной платы особое внимание уделялось модульности схемы – возможности облегченной замены большинства элементов платы (сенсоров, разъема питания, ключей, микросхем) без необходимости пайки. Для этого были использованы соединения разъемного типа:



Тестовое устройство, полученное в результате:


После выполнения работ была рассчитана себестоимость устройства, указанная в приложении В. Она составила примерно 16.7 доллара. Стоит отметить, что в случае оптовой закупки элементов, или же серийного производства она может быть значительно снижена.

План последующей работы
1) Составление методических указаний для выполнения лабораторных работ для студентов по сборке роботизированной платформы и работы ее основных функциональных узлов.
2) Установка платформы на колесную базу; проведение испытаний движущихся частей устройства, и оптимизация выбора минимальной траектории.
3) Разработка и установка универсального радиопередающего устройства и программного обеспечения, позволяющего работать с набором наиболее часто использующихся измерителями (термодатчик, видеокамера, измеритель влажности и т.д.).

В результате проведенного исследования был разработан рабочий прототип мобильной платформы, которая может быть использована в образовательных целях, для изучения основных компонентов роботов, их основных функций, узлов и получения навыков производства печатных плат, и сборки готового устройства. Данная мобильная платформа, в результате последующей доработки, может быть использована для контроля физических величин и слежения за объектами вдоль определенной траектории. Изготовление устройства и затраты на создания пути ее движения крайне малы. Планируется дальнейшая доработка прототипа до готового устройства.

Детальнее о разработке, принципе работы и тестировании смотрите в полной версии статьи.








Конкурсант:  Ермолаев Дмитрий Яковлевич
Страна:  Украина
Область:  Запорожская область
Название УЗ (рус):  Запорожская государственная инженерная академия
Участник Финала:  Да
Файл работы (pdf):  Загрузить

Возврат к списку