3. Выбор контролера.

В качестве управляющего модуля был выбран модуль EZ-робот, который работает на робо-контроллере EZ-B v3. Имея 16-разрядный процессор ARM, этот маленький контроллер работает со скоростью 120MHz. EZ-B v3 также включает в себя подключение Bluetooth, 20 цифровых серво-портов, 8 аналоговых, 3 х I2C и UART.[ CITATION Чес \l 1049 ]

Рисунок 11. EZ-B контроллер.

Рисунок 12. Схема подключения датчиков и сервоприводов

Схема подключения датчиков к модулю EZ-робот, представлена на рисунке 12.

4. Выбор и установка аккумуляторов.

Для тестовой модели были выбраны и установлены 2 аккумулятора: никель-магний, 5000 миллиампер (Рисунок 13), на итоговую модель и были установлены литий-полимерные аккумуляторы: nanotech 7600 миллиампер (Рисунок 14).

Рисунок 13. Батарея №1

Рисунок 14. Батарея № 2

5. Выбор вида манипулятора и его модернизация.

Манипулятор – управляемое устройство, содержащее рабочий орган, который предназначен для выполнения двигательных функций, аналогичных функциям руки человека при перемещении объектов в пространстве.

И

Рисунок 16 Схема конечных элементов схвата

Рисунок 15. Манипулятор.

з имеющихся на рынке готовых манипуляторов по соотношению цены и качества был выбран манипулятор 6 Servoarm, DAGU Electronics. Манипулятор с 6 степенями свободы высотой 360 мм, выполнен из 3 мм. алюминия и снабжен шестью сервомоторами [ CITATION htt2 \l 1049 ] .

В

Рисунок 17. Схват: вид сверху

ходе работы были внесены изменения в конструкцию манипулятора. Т.к. короба не должны переворачивать в процессе работы с ними, была убрана 1 степень свободы (поворот кисти). Т.к. ширина развода первоначального схвата 50 мм не достаточна, то крайние элементы схвата были заменены.

Из-за того, что схват имел малую площадь соприкосновения с коробом, была добавлена прорезиненная пластина. Тесты показали: для того, чтобы надежно зажимать короб, приходилось сильно сжимать схват, а это приводило к тому, что сервопривод перегревался. Если сжимать схват не достаточно сильно, то короб вращался при движении. Для надежного удержания коробов резина была заменена пластинами, проклеенным поролоном.

Окончательно манипулятор имеет 4 степени свободы и развод схвата 6 см 5 мм.

6. Управление схватом

Для определения углов сервоприводов для разных положений манипулятора воспользуемся решением обратной задачи кинематики.[ CITATION htt1 \l 1049 ]

Дано: Длина двух звеньев манипулятора L1 = L2 = 8 см. Координаты положения узла схвата – точка В (13, 2.5), см. рисунок 18

Рисунок 18. Обратная задача кинематики. Схват выше крепления

Проведём прямую ОB, соединяющую начало координат O с заданной точкой В (x, y).

ОB^2 = x^2 + y^2

x = ОB*cos(q1)

y = ОB*sin(q1)

где q1 – угол между осью OX и прямой ОB, отсюда

q1 = arccos( x/ОB ) илиq1 = arctg( y/x )

Пусть q2 – угол между прямой ОB и плечом L1 отсюда:

Q1 = q1 +q2

Для случая, когда схват манипулятора опускается ниже оси Х (см. Рисунок 19)

Q1 = q2 – q1

Найдем q2 при помощи теоремы косинусов, которая говорит:

Для плоского треугольника со сторонами a,b,c и углом alpha, противолежащим стороне a, справедливо соотношение:

a^2 = b^2 + c^2 - 2*b*c*cos(alpha)

Рисунок 19. Обратная задача кинематики. Схват ниже крепления

в нашем случае, по теореме косинусов:

L2^2 = B^2 + L1^2 - 2*ОB*L1*cos(q2)

=> q2 = arccos(L1^2 - L2^2 + OB^2 / 2*OB*L1)=>

q2 = arccos(L^2 - L^2 + OB^2 / 2*OB*L)=>

q2 = arcos(OB / 2L)

Q1 = q1 + q2 = arccos(x/B) +arccos(OB / 2L)

Т.к. ∆ OAB равносторонний, то угол q1 равен углу q2. По теореме о сумме углов треугольника третий угол равенq3= 180– 2 *q2.

Т.к. угол Q2 и q3 смежные, то их сумма равно 180, следовательно

Q2 = 2 * q2

Т.к. BC параллельна ось ОХ, то

Q3 = 180 – q2 + q1.

Для случая, когда схват манипулятора опускается ниже оси Х

Q3 = 180 – q2 -q1.

Таким образом, получаем углы для шести положений манипулятора:

Таблица 1

	Первая полка					Вторая полка					Третья полка
L	8.00	8.00	L		8.0000		8.0000			8.00		8.00
x	13.00	4.00	x		13.0000		4.0000			13.00		4.00
y	-2.50	-2.50	y		2.5000		2.5000			9.30		9.30
B^2=X^2+Y^2	175.25	22.25	B^2=X^2+Y^2		175.2500		22.2500			255.49		102.49
B	13.24	4.72	B		13.2382		4.7170			15.98		10.12
q1= arccos(x/B)	10.89	32.01	q1= arccos(x/B)		10.8855		32.0054			35.58		66.73
q2=arccos(B/2L)	34.17	72.85	q2=arccos(B/2L)		34.1687		72.8537			2.56		50.75
Q1=q2-q1	23.28	40.85	Q1=q1+q2		45.0542		104.8591			38.14		117.48
Q2=2*q2	68.34	145.71	Q2=2*q2		68.3374		145.7075			5.12		101.50
Q3= 180+q1-q2	134.95	75.14	Q3= 180-q1-q2		156.7168		139.1516			213.02		195.98

Для более плавного и равномерного перемещения из одного положения манипулятора в другое, переход выполняется за 20 шагов.

7. Габариты робота.

Рисунок 20. Габариты.

После сборки всех элементов робота, он имеет следующие общие габариты неподвижной части (без манипулятора): длинна - 26.1 см, ширина - 15.9 см и высота - 13.9 см.

8. Расчет максимальной грузоподъемности схвата.

Дано: сервопривод мощностью 13кг\см, плечо 16 см, схват длинной 16 см

Найти: полезная масса груза

13кг\см=1.3н*м

1.3=0.665 + М*10

М= 0.0635=63.5 грамм

2. Разработка программного обеспечения.

   1. Анализ различных типов позиционирования.

Робототехники выделяют три навигационные схемы[ CITATION Сер \l 1049 ]:

глобальная – определение абсолютных координат устройства при движении по длинным маршрутам;

локальная – определение координат устройства по отношению к некоторой (обычно стартовой) точке. Эта схема востребована разработчиками тактических беспилотных самолетов и наземных роботов, выполняющих миссии в пределах заранее известной области;

персональная – позиционирование роботом частей своего тела и взаимодействие с близлежащими предметами, что актуально для устройств, снабженных манипуляторами.

Для решения задач определения местоположения автономными многоцелевыми мобильными платформами в процессе ее использования два основных метода позиционирования:

– пассивное (объект не излучает сигнала) позиционирование с помощью глобальных спутниковых систем навигации (ГЛОНАС/GPS/GALILEO) или локальных систем позиционирования;

– активное (объект анализирует собственный отраженный сигнал) зондирование окружающей среды с целью определения собственного местоположения относительно объектов на местности, путем определения расстояния до них и угла визирования. Имея глобальные координаты реперных объектов, имеется возможность пересчета координат мобильной платформы в глобальную систему.

В связи с наличием в подавляющем большинстве задач применения автономных подвижных систем «динамической окружающей обстановки», применение локального позиционирования является обязательным.

В большинстве мобильных роботов обычно используют два способа навигации: абсолютное и относительное позиционирование (определение местоположения).

Методы абсолютного позиционирования, как правило, основаны на использовании радиобуев, активных или пассивных ориентиров, карт соответствия маршруту, спутниковых навигационных сигналов.[ CITATION rob \l 1049 ] Тем не менее, ни одна из ныне существующих систем абсолютного позиционирования недостаточно совершенна. Навигация радиобуев и ориентиров, как правило, требуют дорогостоящей установки и обслуживания. Навигация по карте – или очень медленная, либо очень неточная. При любом из этих способов навигации необходимо, чтобы условия работы робота либо были заранее подготовлены, либо были перенесены на навигационную карту с высокой точностью. Спутниковая навигация (GPS) может быть использована только на открытом воздухе, и она имеет низкую точность - порядка 10-30 метров. Радарные системы навигации очень дорогостоящие и чувствительны к отражению радарных импульсов от металлических объектов.

Относительное позиционирование чаще всего основано на навигационном счислении пути (deadreckoning). Например, можно осуществлять подсчет количества оборотов колес робота и приближенно вычислять расстояние от его стартовой позиции. Навигационное счисление пути – простой и дешевый способ навигации робота в реальном масштабе времени. К сожалению, по мере удаления робота от стартовой позиции, происходит неограниченное накопление ошибок. Для стабильной работы системы после прохождения каждого перекрестка происходит подсчет и нахождение его месторасположения.

В данном проекте используется движение робота по линии и позиционирование по подсчету пройденных перекрестков.