Разработка нижнего контура управления змееподобного робота
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
итм обнаружения ошибок. Его в общих чертах можно описать следующим образом: если передающий узел посылает или получает кадр ошибки, он автоматически начинает повторную передачу текущего сообщения. Еще одной особенностью этой технологии является зависимость скорости передачи от длины физического канала связи. Наиболее популярные протоколы этого типа: CANopen, Kingdom (Kvaser), DeviceNet (Allen Brandley), SDS (Honeywell), CAL (CAN Application Layer), SAEJ1939. Какой из них был реализован в данной модели автор не уточнял.
Причина выбора CAN была обусловлена наличием большого количества сервоприводов и датчиков обратных связей, наличием регуляторов, для работоспособности этой системы в реальном времени нужен был широкий канал связи, RS-232 не позволял этого из-за низкой пропускной способности ограниченной стандартами. Контроллеры на модулях использовались от фирмы SIEMENS - С167, с изначально заложенной поддержкой CAN.
Схема управления представляет собой, формирование массива данных, в котором заключалась информация для приводов, после чего он отправлялась по CAN интерфейсу на котроллеры, они же предавали сигнал на привода. (Рисунок 2.4).
Рис. 2.4 Схема управления ЗР Михалачи
3. Разработка системы управления для змеевидного робота - ЗМЕЕЛОК
В конце 2004 году в ЦНИИ РТК началась разработка прототипа змееподобного робота ЗМЕЕЛОК. Группе студентов под руководством Телешева Н.С. было дано задние по созданию системы управления многозвенным исполнительным устройством с числом степеней подвижности необходимых к управлению 5 и более.
Одним из требований разработчиков робота была способность системы управления отрабатывать воздействие в виде бегущей волны. Выполнение такого технического задания рассматривается в данной работе.
Для реализации подобных многозвенных систем используют электромеханические и пневматические приводы, металлы и пластики с памятью формы.
Для нашего решения был выбран электромеханический подход. Который базируется на использование, iелью сокращения сроков разработки и минимизации затрат, стандартных сервоприводов реализованных в виде рулевых машинок которые используются в моделирование, а так же в системах локальной автоматики которые имеют структуру исполнительной системы.
Такая сервосистема отрабатывает позицию которая задаётся системой управления при помощи выдачи ШИМ сигнала. Данный вид управления называется позиционным.
В качестве исполнительных механизмов в каждом звене робота предполагалось использовать 2 сервопривода HS-81MG (Рисунок 6.1 Такие серводвигатели фирмы HiTec используются в качестве приводов в моделестроение. Они управляются за счёт подачи на вход ШИМ в диапазоне от 0.9 мс до 2.1 мс с частотой 50 Гц т.е. 20 мс (данные производителя).
Рис. 3.1 Общий вид сервопривода HS-81MG
Рис. 3.2 Общий вид сервопривода HS-81MG
Характеристики рулевой машинки приведены в Таблице 3.1.
Таблица 3.1
Момент - 4.8 / 6 В2.6 / 3.0 кг/смСкорость - 4.8 / 6 В0.11 / 0.09 сек/60Размеры29.8x12x29.6mmПотребляемый ток8.8mA/9.1mAВес16,6 г
Управлять данным объектом возможно имея централизованную систему управления (Рисунок 3.2) в виде персонального компьютера или специализированного автономного аппаратно-програмного комплекса с соответствующими интерфейсами или распределенную систему (Рисунок 3.3). Сравним эти конкурирующие варианты в соответствии с требованиями предъявляемыми разработчиками.
.1 Моноуправляющая система
Основная её особенность это отсутствие дополнительных контроллеров управляющих отдельными приводами (Рисунок 3.3). Но при реализации такой схемы (Рисунок 3.4) придётся протягивать множество проводов - связей от каждого привода (минимум 3 провода (питание и управляющий сигнал) от каждой рульмашинки и это в случае отсутствия обратной связи). Следует упомянуть, что в данной схеме управления при помощи ШИМ сам управляющий сигнал предаётся в аналоговом виде и как следствие в нём отсутствуют средства контроля ошибок. Этот параметр не является существенным в случае работы в лабораторных условиях однако при практическом применении (особенно в экстремальных условиях) будут возникать сильные помехи в управлении из-за помех в линии. Конечно возможна реализация управления при помощи цифрового сигнала, но это требует особых приводов, способных работать с таким управляющим сигналом, что существенно повышает затраты на разработку и в данном случае неприемлемо. Так же при такой схеме придётся использовать специальную плату - адаптер для питания всех сервоприводов и конвертирования управляющего сигнала в требуемый ШИМ. Кроме того значительно усложнится создание программы управления так как надо будет учитывать особенности каждого конкретного привода и при необходимости замены сервопривода или необходимости добавления нескольких модулей придётся вносить значительные изменения в программу управления что не всегда удобно, а иногда и просто не возможно.
.2 Распределённая система
Её особенность наличие отдельных контролеров которые берут на себя функции преобразования управляющего сигнала в требуемый ШИМ (Рисунок 3.2). Это существенно упрощает реализацию программного обеспечения - позволяет разбить его на модули, а часть функций переложить на микроконтроллеры модулей робота, причём при увеличение числа звеньев (микроконтроллеров) потребуется минимум изменений в программе управления. Если пойти далее по этому пути развития, то в