Geum.ru

Государственный Университет Аэрокосмического Приборостроения диплом

Вид материалаДиплом
1.6 Обзор мобильных роботехнических систем
2. Специальная часть 2.1 Выбор прототипа
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   16

1.6 Обзор мобильных роботехнических систем



Кроме перечисленных выше направлений ультразвуковые датчики находят широкое применение в системах ориентации в пространстве различных роботехнических комплексов и устройств.

Чаще всего в роботах экспериментального назначения применяют готовые универсальные измерители расстояния, описанные в пункте 1.3, однако используются и специализированные модули. Например, робот Garcia (Acroname Robotics, США) на рисунке 13 может быть укомплектован двумя ультразвуковыми модулями SRF08, что позволит ему избегать столкновений с препятствиями [11].

В качестве примера мобильного робота для исследовательских применений приведём изделие NOMAD 200 (Nomadic tech.) [10]. Внешний вид представлен на рисунке 14. Оно представляет собой мобильную роботехническую систему. Имеются приме6ры использования этой роботехническо й платформы для проведения широкого спектра исследования в области искусственного интеллекта.

Имеет 6 встроенных сенсорных модулей: тактильный, инфракрасный, ультразвуковой, датчик освещения, видеокамера и компас; а также бортовую ЭВМ. Для передвижения используется 3 колёсных механизма. Максимальная скорость перемещения – 24 дюйма в секунду. Максимальная скорость вращения – 60º в секунду. Встроенной батареи питания хватает примерно на 7 часов непрерывной работы. В комплекте прилагается управляющее ПО с графическим интерфейсом и симулятором. Применительно к теме данного диплома опишем подробнее его ультразвуковой модуль.





Ультразвуковая система ориентации в пространстве Sensus 200, интегрированная в робот, представляет собой 16-канальный ультразвуковой измеритель расстояния. Он позволяет производить измерение расстояния до объектов вокруг робота от 17 до 255 дюймов с точностью 1%. Внешний вид модуля приведён на рисунке 15.

Каждый из 16 измерителей расстояния представляет собой классический ультразвуковой локатор, определяющий расстояние по времени прохождения в пространстве ультразвукового импульса от сенсора к объекту и назад. В качестве них в модуле используются стандартные ультразвуковые преобразователи. Для работы с ними в модуль установлена плата измерителя расстояния Polaroid 6500. Ширина диаграммы направленности каждого из преобразователей составляет 25º. Рабочая частота сенсоров – 49,4 кГц. Напряжение питания – 5 или 12 В, потребляемый ток не более 100 мА.


Как недостаток можно указать несетевую архитектуру данного модуля. Отсутствие гибкости.


Вместе с тем ряд исследований, выполненный с использованием данной платформы, показывают целесообразность комплексирования систем ульразвуковой эхолокации с системами ИК-зрения и видеосистемой робота в рамках пожсистемы объезда препятствий.

Так речь о создании исследовательского робота, представляется необходимым разработать сетевой ультразвуковой датчик.

2. Специальная часть




2.1 Выбор прототипа



Настоящая работа является составной частью студенческого исследовательского проекта Феникс-3, в рамках которого проводились и планируются эксперименты по широкому кругу проблем, связанных с использованием нейронных систем в контуре управления автономным роботом.

Как следует из обзора, автономная навигация является необходимым компонентом

роботов для исследования планет и спутников из-за задержки в прохождении сигнала, что делает невозможным реал-таймовое управление таким роботом. В качестве содержательного примера, можно указать, например, робот-марсоход, для которого с время задержки в прохождении команд управления варьируется в интервале от 3 до 22 мин. Этот разброс связан с тем, что расстояние до Марса меняется в пределах от 56 млн. км. до 400 млн.км.

Соответственно, автономная система управления должна обеспечивать, по крайней мере, возможность перемещения в указанную точку поверхности с объездом возникающих препятствий. Для решения такого рода задачи требуется, чтобы автономный робот мог решать задачи собственной текущей локализации, обнаружения и идентификации возможных препятствии, планирования безопасного маршрута для достижения предписанной конечной точки без столкновений с препятствиями.

Причем следует подчеркнуть особую важность надежного решения последней из перечисленных задач и, соответственно, важности соответствующей подсистемы. В случае неудачного столкновения существует риск повреждения робота и, как следствие, срыва выполняемой научной программы. Схожие требования предъявляются к автономным мобильным роботам, оперирующим в помещениях (indoor robots). В этом случае система избежания столкновений обеспечивает минимизацию ущерба от столкновений с окружающими робота материальными ценностями, но при существенно более мягких требований по массогабаритным параметрам по сравнению с роботами для космических исследований.

Можно констатировать, что выбор способов реализации подсистемы избежания столкновений, является компромиссом между целым рядом требований по реализуемости, мобильности, управляемости, безопасности и стоимости реализации, вытекающих из назначения робота.

Для решения как научных, так и прикладных задач требуется соответствующая стендовая база. Как следует из обзора литературы, для этих целей используют как специально разрабатываемые под конкретные применения мобильные платформы, так и платформы универсального назначения.

Одной из таких универсальных платформ является исследовательский робот Nomad 200, который широко используется рядом робототехнических лабораторий мира. Этот робот, а точнее его подсистема избежания столкновений была выбрана в качестве прототипа для выработки требований к разрабатываемой подсистеме робота Феникс-3.

Как следует из обзора литературы, в роботе Nomad 200 использована многоканальная и неоднородную систему датчиков, которая включает в себя многоканальные ультразвуковые и лазерные дальномеры, несколько видеокамер и многоканальный датчик контакта с препятствиями. Так в частности многоканальный ультразвуковой дальномер обеспечивает возможность измерения дальности по 16-каналам. Естественно, что не все они задействованы при проведении тех или иных экспериментов.