Техническое задание на курсовую работу

Согласовано:

руководитель курсовой работы

Яцун Сергей Федорович

(подпись, дата)

Разработать цифровую систему автоматического управления приводами мобильного трёхколёсного робота танкового типа, оснащенного техническим зрением.

Максимальное отклонение от полосы – 0.3 м (считая от середины корпуса).

Колебательность САУ – недопустима.

Обеспечить скорость линейного перемещения робота в диапазоне от 0 до 1,2 м/с

Температура: -10 - +30°С

Влажность: 10-80%

Давление: 760 +/- 20 мм рт. ст.

Компоненты:

• Размер электронных схем – не более 300 мм в ширину и 400 мм в длину.

• Энергопотребление электронных схем – до 1 А информационные схемы, до 15 А – силовые схемы.

• На борту устанавливается мобильная ЭВМ.

• Используется камера с разрешением не менее 640 на 480 пикселей.

• Бортовая сеть обеспечивает напряжение от 12 В.

• В качестве приводов колёс используются мотор-редукторы с следующими характеристиками:

• Напряжение питания – 12 В.

• Номинальная частота вращения – 70 об/мин.

• Вес – 1 кг.

Интерфейсы: USB.

1. Анализ существующих конструкций

В последние десятилетия происходит бурное развитие робототехники. Появляются сотни моделей роботов, различных конструкций, назначения. Особенно активно начали развиваться мобильные роботы [1]. Разработаны мобильные роботы, для работы в различных средах – в воздухе, в воде, на земле. Роботы различаются так же по назначению – военные роботы, медицинские, бытовые, роботы-игрушки, промышленные роботы, роботы, для работы в чрезвычайных ситуациях. Преимущественно это наземные роботы. Среди наземных роботов так же можно выделить множество типов. Это шагающие, ползающие, колёсные, гусеничные, инерционные, прыгающие и катящиеся роботы. Из перечисленных типов только шагающие, гусеничные и колёсные получили значительное развитие.

Каждый из этих типов имеет своё назначение. Гусеничные роботы разрабатываются для работы в реальных условиях. Преимущественно эти роботы разрабатываются для вооруженных сил и служб, работающих с чрезвычайными ситуациями. Шагающие роботы привлекательны своим высоким потенциалом для работы в недетерминированных средах. Колесные роботы так же имеют ряд преимуществ – простота конструкции и управления, высокая манёвренность, грузоподъёмность [9].

Среди колёсных роботов можно выделить четырёх- и трехколёсных роботов. Трёхколёсные роботы в свою очередь делятся на роботов танкового типа и роботов с рулевым колесом.

Так же в последние десятилетия всё более активно развиваются системы технического зрения. Это связанно как с достижениями в области технологий распознавания, так и с общим прогрессом в области вычислительной техники. Появление всё более мощных вычислителей позволяет значительно ускорить процесс распознавания, и обрабатывать большее количество информации. Становится возможным решить при помощи подобных систем весьма широкий спектр задач: поиск и оптимизация маршрута передвижения мобильного автоматического объекта, поиск заданного предмета, автоматическое составление карты местности, распознавание лица человека, организация обратной связи в промышленных автоматах, задачи слежения, диагностики. Кроме возможностей по решению широкого спектра задач системы технического зрения имеют ряд других положительных качеств. К ним можно отнести сравнительно малые размеры механической части системы. Как правило, это камера, схема первичного преобразования изображения, интерфейс для соединения с ЭВМ. Так же можно говорить об относительно низкой стоимости подобных решений. Кроме того, система технического зрения может работать как в детерминированных, так и в недетерминированных средах. К недостаткам подобных систем можно отнести наличие пропорциональной зависимости «точность распознавания» - «объем обрабатываемой информации» - «стоимость». Данный недостаток компенсируется постоянным снижением стоимости вычислителей, но всё же ограничивает использование систем машинного зрения областями, не требующими особо высокой точности [8].

При проектировании современных автоматизированных систем, стратегия управления всё чаще подразумевает использование систем технического зрения, как основной источник информации о внешней среде. Особенно актуально использование системы технического зрения, как части системы автоматического управления мобильного робота [9, 10].

Разработкой мобильных роботов, оснащенных техническим зрением, занимаются крупнейшие научно-исследовательские центры. На данный момент создано значительное количество образцов подобной техники. Примером может служить разработанный в Испании, в университете Кастелло (University of Kastello) робот, выполняющий функции библиотекаря. Робот представляет собой манипулятор перемещающийся на трёхколёсной платформе, оснащённый камерами и другими датчиками. Он использует техническое зрение для поиска необходимой книги. Для улучшения поиска используется система лазерного и инфракрасного наведения.

Существуют так же мобильные роботы, позиционируемые как бытовые, оснащенные техническим зрением. Более того, большая часть современных высокотехнологичных роботов, предназначенных для бытового использования оснащается системами технического зрения. Это позволяет им ориентироваться в недетерминированной среде, облегчает коммуникацию с человеком. Примером подобного устройства является роботRovio, компании WowWee (см. рис. 1). Робот выполняет охранные функции. Систему технического зрения дополняет фирменная технология «microGPS». В совокупности они позволяют ему ориентироваться в помещениях, искать станцию подзарядки. Робот является трёхколёсным.

Примером робота, использующего техническое зрение, так же является «Diana» - трёхколёсный робот с рулевым колесом, описанный в статье [4] (см. рис. 2). Этот робот предназначен для охраны помещений. Он оснащен датчиком дыма, локатором, лазерным дальномером. Управление роботом может осуществляться посредством специального управляющего компьютера, обменивающегося с бортовым компьютером робота информацией по протоколу Wire-Fire, удалённо, использую технологию GSM, посредством пульта (см. рис. 3). В качестве бортового компьютера используется промышленный компьютер.

Следует отметить, что использование систем технического зрения создаёт дополнительные требования к системе автоматического управления. Так, например, недопустим тремор.