Государственный Университет Аэрокосмического Приборостроения диплом

Вид материала

Диплом

Содержание Обзор списка использованных источников 1.1 Исторические сведения

Подобный материал:

• Программа, методические указания и контрольные задания для студентов специальности, 1197.59kb.
• Совершенствование системы управления инновацИями в фармацевтической отрасли, 375.66kb.
• Оценка эффективности управленческих решений на основе анализа стоимости интеллектуального, 252.1kb.
• Формирование системы перспективного и стратегического управления инновационным и инвестиционным, 743.53kb.
• Разработка стратегии и системы оценки кадрового потенциала инновационного предприятия, 426.6kb.
• Алгоритмы параметрической идентификации в системах автоматического управления сложными, 388.09kb.
• Оценка и анализ факторов инновационной деятельности промышленного предприятия, 478.42kb.
• Оценка эффективности инновационно-инвестиционных проектов, реализуемых на основе государственно-частного, 379.93kb.
• Авиа и ракетотехника Авиационные двигатели и энергетические установки, 411.75kb.
• Методическое обеспечение организации труда при планировании мелкосерийного производства, 603.15kb.

ВВЕДЕНИЕ

Настоящий дипломный проект выполнен в рамках студенческого научно-исследовательского проекта Феникс-3, в рамках которого проводилось экспериментальное изучение возможностей использования нейронных систем в контуре управления автономным роботом.

История серии студенческих исследовательских проектов иллюстрируется на рисунке 1. Описание проектов и результаты экспериментов с этими роботами отражены в публикациях и на сайте [1-4].


Согласно легенде проекта автономный робот Феникс-3 предназначен для автономного патрулирования в заданном районе с целью обнаружения очагов возгорания. В случае обнаружения источника робот должен приблизиться к очагу возгорания и используя бортовой огнетушитель погасить огонь.

Система обеспечивала возможность дистанционного управления перемещением робота по командам оператора посредством высокоуровневых команд. Для ориентации на местности предполагается использовать купольную видеокамеру с поворотным механизмом и трансфокатором в вандало-защищенном исполнении. При перемещении в заданную точку или выполнении высокоуровневой команды на патрулирование автономный робот функционирует в изменяющейся окружающей среде, и на пути его следования могут оказаться препятствия.

Соответственно, робот должен быть оснащен системой избежания столкновений. Настоящий дипломный проект посвящен разработке универсального модуля, предназначенного для использования в многоканальных ультразвуковых измерителях дальности для подсистемы избежания столкновений.

В рамках дипломного проекта была разработан и испытан универсальный многоканальный сетевой модуль с САN-интерфейсом и его программное обеспечение (рисунок 2). Контроллер был разработан на основе микроконтроллера PIC18F458, перепрограммируемой ПЛИС Altera MAX7000 и контроллера интерфейса Controller Area Network (CAN) MCP2510.

На основе разработанного модуля была отмакетирована система избежания столкновений для автономного робота Феникс-3. В ходе испытаний была подтверждена работоспособность разработанного модуля и системы в целом и получен ряд результатов, существенных для выбора структуры систем управления автономными роботами.

Полученные результаты, выводы и предложения по дальнейшему развитию системы суммированы в заключении.

Ряд результатов выполненной работы опубликован в [3 - 4]. Работа [3] была представлена на международных конкурс ISA студенческих научных работ и была удостоена серебряной медали.

1. Обзор списка использованных источников

1.1 Исторические сведения

История использования дистанционно-управляемых роботов и интеллектуальных спускаемых аппаратов для исследования планет берет свое начало во второй половине прошлого века.

Использование мобильных роботов для исследований началось с успешной посадки Луны-17 (советская автоматическая межпланетная станция для изучения Луны и космического пространства) 17 ноября 1970. После ее мягкой посадки на Луне в Море Дождей, Луна-17 развернула первый планетоход на поверхности Луны – Луноход-1 (Рисунок 3). Основными целями миссии Луны были сбор информации о топографии лунной поверхности и изучение химического и механического состава лунного грунта. Оборудованный телевизионными камерами и инструментами для измерения свойств грунта, 700 килограмовый Луноход-1 удаленно управлялся в реальном времени командой из 5 людей из Симферопольского центра космической связи. После работы на протяжении 11 месяцев на лунной поверхности, Луноход-1 успешно проехал 10,54 км, передал более 20000 ТВ картинок с более чем 20 ТВ панорамами и провел более 500 экспериментов с лунным грунтом.

Существенный прогресс микропроцессоров обеспечил возможность создания автономных мобильных аппаратов, получивших название планетоходов. Мобильность планетоходов обеспечивает существенное увеличение результативности с точки зрения решаемых исследовательских задач по сравнению со стационарными исследовательскими аппаратами.

Навигационная система на планетоходах позволяет им пройти к местам, недоступным для стационарных посадочных аппаратов и выполнять те же научные исследования на месте или либо отбирать почвенные пробы, которые затем могут быть возвращены в спускаемые аппараты для дальнейшего анализа.

В начале исследований планетоходов, мини-луноходы с массой в несколько сотен килограмм, как Луноход 1, были основным центром исследования. Например, Mars Sample Return Missions (межпланетная космическая миссия на Марс, целью которой является сбор образцов марсианского грунта и доставка его на Землю для анализа.) Национального управления США по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) в 1980-х включала использование 1000 килограммового планетохода, способного передвигаться на сотни километров. Однако, ограничения финансирования скоро уменьшили размер космических аппаратов и сократили масштабы задач, которые могли быть предприняты, которые в свою очередь принудили разработку технологий планетоходов уделять больше возможностей более легким и маленьким комплексам. Помимо того, что это более эффективно по цене, меньшая конструкция планетохода обеспечивает быстрое создание прототипов и масштабируемость. Советский ПрОП-М (Прибор оценки проходимости), запущенный в 1971 автоматическими межпланетными станциями Марс-3 и Марс-6, был первым успешным микро-планетоходом с массой 4 килограмма, совершившем посадку на Марсе. Следы движения, оставленные планетоходом ПрОП-М, который является первым бесколесным планетоходом, должны были быть записаны телекамерами на Марсе-3 и Марсе-6, так чтобы свойства материала Марсианской почвы могли быть определены. К сожалению, никакие полезные данные не были возвращены планетоходом.

При этом важно подчеркнуть, что основной характеристикой, которая отличает планетоходы от стационарных спускаемых исследовательских аппаратов, является их способность к перемещению в автономном режиме. В качестве аргумента можно рассмотреть, например, марсоход. Задержка при передаче команды на Марс составляет десятки минут, что делает бесперспективным использование дистанционно-управляемых аппаратов в режиме ручного управления оператором. Соответственно, автономный мобильный робот должен обеспечивать возможность выполнения высокоуровневых команд оператора. Например, переместится в заданную точку и выполнить предписанный набор операций.

Первый успех к американским марсианским микро-планетоходам пришел в 1997 году и связан с проектом NASA Mars Path finder, которая состояла из стационарного посадочного аппарата и марсохода Sojourner. Успешное развертывание 11,5 килограммового марсохода и его посадочного аппарата продемонстрировало возможность дешевой посадки и исследования Марса. В дополнение к его основным научным целям, связанным с исследованием петрологии и Марсианской атмосферы, Sojourner также послужил платформой для определения производительности планетоходов в плохо понимаемой местности Марса. Кроме того, Sojourner был оснащен поведением автономного объезда препятствий, что позволяло контролировать его только командами высокого уровня, посылаемыми с Земли раз в марсианские сутки (Марсианские сутки, 24 часа, 39 минут, и 35.244 секунд). Основываясь на успехе Sojourner, был запущен проект Mars Exploration Rover (MER), состоящий из двух планетоходов. Два планетохода Spirit и Opportunity совершили посадку в 2004 г. на обратной стороне Марса. Основной целью был поиск следов воды на Марсе.

Таким образом, можно констатировать, что подсистема избежания столкновений является необходимым компонентом системы управления автономным мобильным роботом.

Целью дипломной работы является разработка системы избежания препятствий, реализуемой на базе ультразвуковых дальномеров, что определило дальнейшую структуру обзора.