Разработка нижнего контура управления змееподобного робота
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
результате можно подойти к разработке схемы схожей с природной - когда управляющая программа задаёт некое сложное движение, а распределённая сеть контроллеров преобразует и модифицирует с учётом конкретных условий управляющий сигнал в серию простых рефлексов. Конечно этим не ограничиваются достоинства данной схемы, не стоит забывать и о том, что для подобной схемы необходимо подвести лишь одну шину данных к контроллеру (достаточный минимум: два провода), а он уже в свою очередь раздаст необходимые указания каждому из подконтрольных ему приводов - это позволит уменьшить число и протяженность кабелей которые будут протянуты тем самым обеспечивая больше гибкости и технологичности при создании робота и управляющей системы. Так же не надо забывать и о линии питании для машинок и контроллеров, но в сравнении iентрализованным вариантом основной выигрыш достигается за счёт реализации обмена с каждым контроллером (который может в среднем контролировать до 3 машинок на каждом из портов, что в принципе позволяет одному микроконтроллеру управлять несколькими звеньями) через цифровой интерфейс. Эта особенность позволяет контролировать и проверять передаваемый сигнал на наличие ошибок. В зависимости от сложности протокола возможно даже частичное устранение появившихся ошибок, что так же позволяет сэкономить на времени повторной передачи и обработке информации. Такая схема существенно сокращает требования к вычислительным ресурсам верхнего уровня или даёт возможность переключить освободившиеся (по сравнению с моносхемой) на программу моделирования движения и прогнозирования конфигурации робота. Подводя итог хочется заметить, что тенденция перехода от аналогового управления к цифровому приобрела общемировой масштаб ещё десятилетие назад и необходимость использования распределённой системы управления iифровым интерфейсом в данное время наиболее актуально, логично и технологично.
Для большей наглядности рассмотрим случай управления 30 координатами без обратной связи и датчиков и сведем в Таблицу 3.2 основные параметры для моносистемы и распределённой системы управления.
Таблица 3.2
Сравниваемый параметрМоносистемаРаспределённая системаЧисло связей которое необходимо протянуть между объектом управления и управляющим устройством без учёта линий питания302 и более в зависимости от топологии схемы и модели микроконтроллераТребования к вычислительной мощности верхнего уровняВысокаяНизкаяМасштабируемость и модульностьНизкаяВысокаяНеобходимость в установке контроллера на каждое звеноНетДа, возможна установка одного контроллера для нескольких звеньевПомехозащищённость и отказоустойчивостьНизкаяВысокая
Как видно из таблицы сравнения для многозвенных роботов лучшим выбором станет распределённая система управления.
3.3 Интерфейсы передачи данных
Очевидно, что современной робототехнике для управления роботами требуется множество различных параметров. Их передача реализуется через различные интерфейсы передачи данных характеризующиеся различными скоростями передачи данных, типом передаваемой информации и способом её передачи.
В Таблица 3.3 представлены наиболее распространённые и часто встречающиеся в робототехнике и стандарты связи.
Таблица 3.3
Стандарт связиСкорость передачи по стандарту (max)Максимальная длина линиПараллельный интерфейс (LPT)9600 бит/с2 мПоследовательный интерфейс RS-232С (COM)115200 бит/с15 мCAN и его разновидности1 Мбит/сЗависит от числа подключённых устройствInfraRed115200 бит/с10 мBluetooth (802.15.1)921,6 Кбит/с10 - 100 мWiFi (802.11 b/g)11 / 54 Мбит/с100 мZigBee (802.15.4)250 Кбит/с10 - 70 м
Как видно из таблицы среди проводных последовательных интерфейсов RS-232С самый медленный, однако в силу простоты реализации большой распространенности в мире его использование наиболее приемлимо для учебных моделей и прототипов на которых отрабатываются различные тестовые принципы и алгоритмы. Так как его поддержка реализована в 99% программных продуктов на уровне стандартных библиотек интерфейсов по разработке ПО для современных компьютеров, а возможности которые предоставляет данный протокол связи позволяют контролировать наличие ошибок в линии, что достаточно для большинства схем. Конечно не стоит забывать и о параллельном интерфейсе однако он обладает существенными недостатками: прежде всего это очень низкая скорость передачи данных которая в некоторых случаях становится узким местом в реализации схемы, необходимость в прокладке большего числа кабелей по сравнению с последовательным интерфейсом передачи данных и малой длинной линии обусловленной очень низкой помехозащищённостью. Всё это делает данный интерфейс неудобным в реализации и мало подходящим для создания связи между микроконтроллерами и управляющей схемой.
Среди беспроводных протоколов для целей управления простыми роботами наиболее подходящим является стандарт связи ZigBee в связи с малой потребляемой мощностью оборудования работающего по этому стандарту и его направленности на данный сектор задач.
.4 Последовательный интерфейс RS-232С
Данный последовательный интерфейс синхронной и асинхронной передачи данных, определяется стандартом EIA RS-232-C (Таблица) и рекомендациями V.24 CCITT. Изначально он создавался для связи компьютера с терминалом однако в настоящее время используется в самых различных целях.
Интерфейс RS-232-C предназначен для соединения двух устройств. При чём линия передачи первого устрой