Разработка нижнего контура управления змееподобного робота
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
В·дана серия змееподобных роботов. Они имеют различные размеры и в них реализованы различные алгоритмы движения. Разработчикам удалось создать проводную систему управления реализованную в виде мобильного пульта управления, имеющего параллельный или последовательный (в зависимости от модели) интерфейс связи с модулями и исполнительными механизмами.
В 2003 году аспиранты Китайского Национального университета оборонной науки и технологии разработали робота. Оборудованный видео камерой робот способен передавать изображения окружающей местности. Он выполняет команды, которые получает через расположенный в головном модуле управляющий центр. Одетый в оболочку робот может плавать. Его характеристики приведены в Таблице 2.6.
Таблица 3.6
Длина120 смДиаметр6 смВес1,8 кгСкорость передвижения20 м/мин
В заключение обзора змеевидных роботов хотелось бы упомянуть о разработке Японского института мед оборудования 1986 года. В ней использован необычный привод для движения секций манипулятора длинной 25 см. Состоящий из 7 секций приводимых в движение приводами использующими эффект памяти форм манипулятор представлял одно из альтернативных направлений в разработке приводов. Однако в настоящее время уровень развития данной технологии до сих пор не позволяет создать змееподобных роботов.
2. Схема управления змеевидным роботом
Типичный змеевидный робот (ЗР) состоит из звеньев (минимальное количество звеньев необходимое для реализации движения 5), на каждом звене может быть размещено от 1 до 3 приводов, каждый из которых отвечает за свою степень свободы звена. Типовая схема ЗР приведена на Рисунке 2.1.
Рис. 2.1 Типовая схема змеевидного робота
Так же необходимо наличие схемы управления которую обычно реализуют в виде двух ступенчатой системы: микроконтроллеров с программой управления приводами, размещённым на небольших платах и отвечающими за прием, обработку и отправку информации (на микроконтроллеры может приходить информация с датчиков обратных связей, сенсорных датчиков и т.д.) и платы управления верхнего уровня. Хотя возможен вариант и централизованного управления всеми приводами и обработки сенсорной информации с датчиков. В этом случае появляется необходимость в быстром канале связи и высоком быстродействии вычислительного комплекса.
В случае необходимости обеспечения автономности на змеевидном роботе размещают систему энергоснабжения.
.1 Змеевидный робот Кевина Доулинга
По одному из путей пошёл Кевин Доулинг. Его работа в области змеевидных роботов Kevin J. Dowling Limbless Locomotion: Learning to Crawl with a Snake Robot является одной из самых известных в области создания змеевидных роботов. В этой работе проведен наиболее полный и комплексный анализ построения змеевидного робота. В результате работы был создан прототип змеевидного робота.
В прототипе использовались три микроконтроллера и 20 сервоприводов. При проведении исследовательской работ был выбран протокол RS-232, как наиболее простой в реализации и достаточный для отработки 20 сервоприводами всех требуемых положений. Каждый из микроконтроллеров, который использовался в прототипе был способен обеспечить работу 8 сервоприводов, за счет использования нескольких каналов. Для управления был выбран стандартный интерфейс с протоколом RS-232, на скорости 9600 бод. Для активации сервопривода использовалось 3х байтовый поток информации, что обеспечивало обновление информации на сервомоторе 16 раз в секунду. Принципиальная схема робота представлена на Рисунке 2.2.
Рис. 2.2 Схема управления ЗР Доулинга
Принцип обмена данными т.е. управления прост: Когда с компьютера через последовательный интерфейс по протоколу RS-232 отсылается задание на контроллеры приводов, каждый из контроллеров (С0, С1, С2) определяет какому приводу оно предназначено (так как при формировании задания, а вернее посылки в него закладывается и номер привода которому оно предназначено) и выполняет его, в случае прихода задания на привод, которым контроллер не управляет, информация не обрабатывается.
.2 Змеевидный робот Дору Михалачи
В настоящее время всё большое распространение получают так называемые протоколы полевой шины (FieldBus, CAN и т.д.). В связи с этим я считаю необходимым дать краткий обзор реализации многозвенного робота с использованием этих протоколов. Примером послужит схема управления роботом Коперник предложенная Дору Михалачи.
На каждом звене его прототипа расположено по 3 сервопривода (Рисунок 2.3).
Рис. 2.3 Схема модуля ЗР Михалачи
Так же на каждом модуле расположен управляющий контроллер, который получает задание с компьютера и потом распределяет задание по приводам, естественно каждый привод работает на своем канале. Для связи контроллеров был использован CAN интерфейс.(Controller Area Network) представляет собой систему с последовательной распределенной передачей сообщений, т.е. посредством программного или аппаратного фильтра происходит идентификация сообщения узлом, установка приоритета и реакция на него. Передача информации по CAN fieldbus может проходить без участия устройств верхнего уровня (для сложных схем реализаций и взаимодействия). Согласно CAN-протоколу, если передачу CAN-сообщения начинает более чем один узел, после арбитража передачу продолжает только тот узел, который передает сообщение с наивысшим приоритетом.
В протокол встроен сложный алгор