Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Исследование динамики управляемого движения мобильного колесного робота по заданной траектории Фрейре Каррера Фаусто Родриго

Исследование динамики управляемого движения мобильного колесного робота по заданной траектории
<
Исследование динамики управляемого движения мобильного колесного робота по заданной траектории Исследование динамики управляемого движения мобильного колесного робота по заданной траектории Исследование динамики управляемого движения мобильного колесного робота по заданной траектории Исследование динамики управляемого движения мобильного колесного робота по заданной траектории Исследование динамики управляемого движения мобильного колесного робота по заданной траектории Исследование динамики управляемого движения мобильного колесного робота по заданной траектории Исследование динамики управляемого движения мобильного колесного робота по заданной траектории Исследование динамики управляемого движения мобильного колесного робота по заданной траектории Исследование динамики управляемого движения мобильного колесного робота по заданной траектории Исследование динамики управляемого движения мобильного колесного робота по заданной траектории Исследование динамики управляемого движения мобильного колесного робота по заданной траектории Исследование динамики управляемого движения мобильного колесного робота по заданной траектории
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Фрейре Каррера Фаусто Родриго. Исследование динамики управляемого движения мобильного колесного робота по заданной траектории : диссертация ... кандидата технических наук : 01.02.06.- Курск, 2007.- 129 с.: ил. РГБ ОД, 61 07-5/2019

Содержание к диссертации

Введение

1. Состаяние вопроса 10

1.1. Описание моделей мобильных колесных роботов с дистанционно управляемой траекторией движения 12

1.2. Программные комплексы управления мобильным колесным роботом 31

1.3. Цели и задачи исследования 37

2. Математическая модель динамики мобильного робота 39

2.1. Основные принципы построения расчетной модели 39

2.2. Дифференциальные уравнения движения мобильного робота 41

2.3. Математическая модель мобильного робота 43

2.4. Программные движения мобильного робота 47

2.5. Упрощенная модель 50

2.6. Движение по криволинейной траектории 51

2.6.1. Прямая задача 51

2.6.2. Обратная задача 54

2.7. Движение по прямолинейной траектории 57

2.7.1. Прямая задача 58

2.7.2. Обратная задача 60

2.8. Сравнение двух модель 63

2.9. Выводы по второй главе 65

3. Определение временной задержки в сети интернет. разработка системы автоматического нечеткого управления 66

3.1. Временная задержка в сети Интернет 66

3.2. Определение величины задержки времени в сети Интернет 70

3.3. Классификация систем управления 75

3.4. Система автоматического нечеткого управления (САНУ) 79

3.4.1. Алгоритм Мамдани 81

3.4.2. Контроллеры нечеткой логики 81

3.4.3. Синтез САНУ 82

3.4.4. Построение базы нечетких лингвистических правил контроллеров 84

3.4.5. Фаззификация входных переменных контроллеров 85

3.5. Выводы по третьей главе 90

4. Практическая реализация программного управления мобильным роботом через сеть интернет 91

4.1. WEB-технологии используемые при управлении 91

4.2. Разработка экспериментальной установки 99

4.3. Система передачи видео 100

4.4. Система управления роботом (СУР) 104

4.5. Регулятор скорости робота 108

4.6. Интерфейс радио-контроля робота с сервером 111

4.7. Выводы по четвертой главе 112

Заключение 113

Библиографический список

Введение к работе

Актуальность темы

В настоящее время большое внимание уделяется разработке мобильных роботов с дистанционным управлением, в том числе, использующих, как средство управления и контроля, глобальную компьютерную сеть Интернет. При эксплуатации этого вида роботов используются все преимущества Интернета: как для задания движения роботов, так и определения их места положения.

Робот призван заменить человека в случаях, когда выполнение задачи находится за пределами человеческих возможностей либо сопряжено с чрезмерной угрозой здоровью и жизни человека, а также при недостатке профессионально подготовленного персонала для выполнения трудоемких и циклически повторяющихся задач. Использование роботов в таких условиях предъявляет высокие требования к точности управления.

На сегодняшний день разработан и серийно изготавливается ряд робототехнических устройств с дистанционным управлением, предназначенных для: контроля утечек из газовых резервуаров большой емкости; ультразвукового контроля сварочных швов корпусов судов, стенок газовых и нефтяных резервуаров; пескоструйной очистки корпусов кораблей и стенок судовых танков; диагностики состояния стен высотных зданий, мойки стекол и стен; контроля поверхности стен строений и стенок емкостей для хранения жидких ядерных отходов; обмывки стен шахт ядерных реакторов и пр.

В тоже время вопросы, связанные с разработкой методов расчета мобильных робототехнических комплексов и их управление развиты недостаточно. Поэтому, задача повышения точности управления мобильными роботами, представляется актуальной, имеющей большое значение.

5 Целью работы является повышение точности управляемого движения

мобильного робота за счет исследования динамики системы и разработки

алгоритмов управления.

Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:

разработка математической модели колесного мобильного робота с системой дистанционного управления;

моделирование и исследование динамики движений колесного мобильного робота по заданной траектории;

разработка метода определения величины временного запаздывания присущего сети Интернет;

анализ и синтез систем автоматического управления мобильным роботом с элементами нечеткой логики;

разработка программной системы управления мобильным роботом через сеть Интернет.

Объектом исследования являются колесные мобильные роботы управляемые дистанционно через сеть Интернет; механизмы контроля и управления, используемые роботом.

Методы решения задач:

Для реализации поставленной цели использовались основные положения теоретической механики, теории автоматического управления.

В основу научных исследований данной диссертационной работы положены методы математического (метод интегрирования Рунге-Кутта) и компьютерного моделирования, а так же методы статистической обработки информации при анализе экспериментальных данных.

Научная новизна и положения, выносимые на защиту:

Разработана математическая модель мобильного колесного робота рассматриваемая как неголономная система, в основе которой используется уравнение Аппеля. Модель описывает механическую, электрическую и управляющую приводами подсистемы.

Исследована динамика движения колесного мобильного робота по

заданной траектории; выявлены параметры системы, обеспечивающие максимальное быстродействие робота.

Предложен метод измерения и определения величины временных задержек в сети Интернет; установлен закон распределения временной задержки.

Создана методика расчета и предложены правила нечетких регуляторов системы автоматического управления мобильным роботом; разработан метод построения системы передачи видеосигнала от сервера робота к оператору, и команды от оператора к роботу, через сеть Интернет.

Достоверность научных положений обеспечивается корректностью постановки задачи, обоснованностью используемых теоретических зависимостей и принятых допущений, применением известных математических методов; подтверждается качественным и количественным согласованием результатов теоретических исследований с экспериментальными данными, полученными как автором, так и другими исследователями.

Практическая ценность диссертационной работы состоит в разработке экспериментального образца робототехнического комплекса с управлением через Интернет канал, который может быть использован для мониторинга окружающей среды, устранения последствий чрезвычайных ситуаций, а также в учебном процессе кафедры механики и мехатроники КурскГТУ.

Личный вклад автора:

В представленных работах, выполненных в соавторстве, основной вклад принадлежит диссертанту.

В работе [107] автором рассмотрены способы телеуправления мобильным роботом, методы устранения проблем, возникающих при телеуправлении из-за временной задержки в сети, и подробно описаны схемы

7 управления через сеть Интернет двухсекционного робота.

В работе [108] автором рассмотрены современные web-технологии используемые при управлении мобильным роботом через сеть Интернет.

В работе [109] автор предлагает решение проблемы управления через Интернет двухсекционным ползающим роботом.

В работе [ПО] автором дается описание математической модели колесного мобильного робота, САУ передних колес робота через Интернет с использованием нечетких контролеров, и программная система управления через Интернет.

В работе [61] автором представлена авторская разработка системы управления мобильными роботами через Интернет. Автором дано определение главным компонентам и основополагающим проблемам управления. Предлагается использование таких технологий, как Апплеты, Сервлеты, Bean-компоненты, и Java Server Pages (JSP) в управлении мобильными роботами.

В работе [37,69] автором предложены основные направления развития дистанционного управления колесных мобильных роботов с использованием глобальной компьютерной сети Интернет как инструмент дистанционного управления.

Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на вузовской научных конференции студентов и аспирантов в области научных исследований «Молодежь и XXI век» (г. Курск, 2006); VI Международной научно-технической конференции «Вибрационные машины и технологии» (г. Курск 2005); III международном научном симпозиуме «Ударно-вибрационные системы, машины и технологии». (Орел, 2006).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографического списка,

8 включающего 125 наименований, 86 рисунков, 2 таблицы, изложена на 129 страницах основного текста.

Во введении дан обзор и анализ работ, относящихся к теме диссертации, сформулированы цель, задачи, объект и предмет диссертационного исследования, методика исследований, достоверность результатов, научная новизна диссертации, теоретическая и практическая ценность работы, представлены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен обзор известных работ в области управления мобильными роботами через глобальную компьютерную сеть Интернет. Дается обзор основных этапов в развитии научной мысли в этом направлении; приведена классификация типов мобильных роботов и рассмотрены различные конструкции мобильных устройств; представлена информация о существующих конструкциях мобильных роботов, выявлены их достоинства и недостатки.

Проведенный обзор и анализ конструкций показал, что в существующих моделях колесных роботов основные подходы к выводу уравнения движения базируются на общих теоремах динамики, что сужает круг технологических задач решаемых с помощью этих мобильных роботов.

Вместе с тем, к настоящему времени, динамика неголономных систем находит все более широкое применение в задачах современной техники, таких как движение автомобиля, самолетного шасси, железнодорожного колеса и др. Развитие динамики неголономных систем связано с именами С. А.Чаплыгина, Г. Герца, П. Аппеля, Д. К. Бобылева, Н. Е. Жуковского, В. В. Добронравова и др.

Весьма удобный подход предложен в работах Ю. Г. Мартыненко с использованием уравнения Аппеля для неголономных систем. Этот подход ориентирован на применение систем компьютерной алгебры для построения математических моделей неголономных механических систем.

Таким образом, анализ состояния вопроса позволили сформулировать цели и задачи исследований.

Во второй главе для моделирования движений мобильного колесного робота принята математическая модель предложенная Ю. Г. Мартыненко, в основе которой используется уравнение Аппеля, рассматриваемая как неголономная система, и получены результаты численного решения уравнений динамики мобильного робота. Модель описывает механическую, электрическую и управляющую приводами подсистемы.

Исследована динамика движения колесного мобильного робота по заданной траектории; выявлены параметры системы, обеспечивающие максимальное быстродействие робота.

В третьей главе рассматривается одна из основных проблем, которая возникает при управлении мобильным роботом, используя глобальную сеть Интернет как канал связи - это временная задержка.

Предложен метод измерения и определения величины временных задержек в сети Интернет; установлен закон распределения временной задержки. Создана методика расчета и предложены правила нечетких регуляторов системы автоматического управления мобильным роботом.

В четвертой главе рассматривается программная система управления мобильным роботом через глобальную компьютерную сеть Интернет. Разработан метод построения системы передачи видеосигнала от сервера робота к оператору, и команды от оператора к роботу, через сеть Интернет. Диссертационная работа выполнилась на кафедре «Теоретическая механика и мехатроника» Курского государственного технического университета в рамках гранта Министерства образования Российской Федерации для поддержки развития научно-исследовательской работы молодых преподавателей и научных сотрудников, аспирантов и студентов (2004-2005 гг.) по теме: «Разработка конструкции и исследование динамики робота вертикального перемещения с управлением через сеть Интернет» (шифр гранта №8211).

Программные комплексы управления мобильным колесным роботом

В настоящее время большое внимание уделяется разработке мобильных роботов с дистанционным управлением, в том числе, использующих, как средство управления и контроля, глобальную компьютерную сеть Интернет [38, 80]. При эксплуатации этого вида роботов используются все преимущества Интернета, что в значительной степени способствовало расширению диапазона применения современных робототехнических систем: телепроизводство, телеобучение, телехирургия [44, 45], управление движущимися объектами, орбитальные космические системы [70], чрезвычайные ситуации [75], здравоохранение [72, 73], ведение домохозяйства [74], глубоководных аппаратов [71] в развлекательной сфере [76].

Телеробототехника объединяет понятия «телеуправление», «робототехника» и «автоматизация». Эта прикладная отрасль знаний, призвана заменять человека при работе на опасных и труднодоступных объектах, позволяя добиться значительной экономии финансовых, временных и трудовых ресурсов [9, 29].

В идеале, система должна выполнять задачи, которые обычно делает человек [2]. На практике оператор дистанционно управляет телеробототехнической системой посредством канала связи, корректируя возможные ошибки манипулирования мобильным роботом [21].

Оператор определяет стратегию управления, обеспечивающую планирование, решение поставленных задач, в то время как робот исполняет команды бортовой системы управления, решая локальные задачи взаимодействия с окружающей средой.

Кроме того, современные Интернет-технологии обеспечивают удобное объединение сетевого пространства для создания и использования робототехнических систем [120]. При этом необходимо учитывать ограниченную пропускную способность и задержку передачи информации в Интернете [19, 67].

Первое поколение робототехнических систем управляемых через Интернет появились в 1994 г. Проект Mercury был первой попыткой построить «6 DOF(Degree of Freedom) телеуправляемый манипулятор». Он давал возможность пользователям управлять различными объектами в пределах досягаемости манипулятора [22].

Телеробототехнический сад («Telegarden») расширил эту идею. В саду, расположенному вокруг 6 DOF манипулятора, пользователям можно было рыть землю и поливать растения [32].

Позже стали доступными различные другие устройства, типа Брэдфордского робототехнического телескопа [47], NETROLAB [48], манипулятор телеуправляемый через сеть Интернет [49], «FortyTwo» — телеробототехнический комплекс Манчестера [50], диалоговая 3D система просмотра произведений искусств в музеях [51], «VISIT» — телеробототехническая система [52], «МАХ» — беспроводное телеуправление [53], система WCS [14], австралийский манипулятор (ABB 1400) [19], система MIHR(Mobile Internet with Home Robot) [15].

Это поколение телеробототехнических систем, главным образом, основывается на автоматизированных манипуляторах или простых мобильных роботах, которые непосредственно управлялись операторами и работали в пределах хорошо структурированной окружающей среды. В таких системах отсутствовали признаки искусственного интеллекта.

Напротив, во втором поколении роботов управляемых через Интернет, исследователи сосредоточились на автономных мобильных роботах, которые управляются в динамической и неопределенной окружающей среде. К таким роботам, например, относится Хавьер (робот университета Карнеги-Меллона) [27], проект «Khep-onhe-Web» мобильный робот с открытым доступом через Интернет [55], и роботы гиды в Музеях [57]. Ключевыми особенностями этих телеробототехнических систем являются их автономия и реактивное поведение, которые позволяют им справляться с неопределенностями в реальном мире. Контролирующее управление - главная особенность в построении этого поколения робототехнических систем.

Однако, для того, чтобы мобильные роботы были конкурентоспособными, они должны обладать возможностью быть управляемыми и контролируемыми посредством глобальной сети Интернет, а также обладать высокими показателями автономии и интеллекта [35].

Программные движения мобильного робота

Программное движение это движение, при котором одна из точек робота (локатор, центр оптронной линейки и т.д.) движется по заданной кривой с заданной скоростью. Задача определения напряжений, которые надо подать на двигатели робота, чтобы реализовать с заданной точностью это движение, рассматривалась во многих работах [86-90]. Эта задача аналогична первой задаче динамики, которая в Ньютоновской механике ставится как определение силы по известному движению материальной точки, а в

Лагранжевои аналитической механике - как построение силового поля по заданному в конфигурационном пространстве многообразию интегральных кривых. С математической точки зрения указанные классические задачи сводятся к нахождению правых частей обыкновенных дифференциальных уравнений, для которых заданные траектории являются интегральными кривыми.

Для определенности рассмотрим мобильный робот (рис. 2.1) и зададим программное движение произвольной точки робота М в неподвижной системе координат гладкими функциями времени „= „( ), YM=YM{t) (2Л7) При этом проекции скорости точки М на неподвижные оси координат будут непрерывными функциями времени VMX = Vm(t) = XM,Vyy= VMY(t) = YM.

Особенностью задач управления мобильным роботом, который представляет собой неголономную систему, являются ограничения, возникающие при задании программных траекторий. В данном случае уравнение связи - VAX sin у/+VAY cos у/ = О (вектор V скорости точки А всегда совпадает с продольной осью робота, поэтому уравнение неголономной связи выражает ортогональность скорости точки А и оси у) приводит к невозможности произвольного задания угловой координаты робота: курсовой угол робота обязан быть решением дифференциального уравнения первого порядка

Таким образом, помимо операций дифференцирования уравнений (2.17) траектории точки М, важным этапом определения напряжений является интегрирование дифференциального уравнения (2.18), являющегося следствием существования в рассматриваемой задаче неголономной связи.

Если точка М(рис. 2.1) соответствует точке центра масс у = 0 робота и для малых углов (у/ = 0-10), то cos( ) = 1, cos( ) = 1. Кроме этого примем, что Q малая величина и Q. 0, тогда уравнение (2.20) примет следующий вид Из получившейся системы дифференциальных уравнений, можно найти напряжения 11ь UR обеспечивающие реализацию программного движения (2.21).

Ниже приведем результаты движения точки М по разным траекториям с постоянной по модулю скоростью VM=1M/C, С массой корпуса робота ш=12 кг; М=0,75 кгм; г =0,08 м; /=0,2 м; /і=0,56 м; cl,c2=0,084 Н.

Численный эксперимент реализован в среде MATHCAD которая позволяет осуществлять моделирование динамических характеристик мобильного робота, исследовать динамику режимов работы приводов в завизимости от приведенных параметров и конструктивных особенностей робота при различных траекториях движения.

Из графиков, приведенных на рисунках 2.5, а, б видно, что программные напряжения имеют скачки, и при разработке алгоритма управления роботом необходимо учитывать это обстоятельство. На рис. 2.6 изображены траектории точки А при различных начальных значениях угла у/0 в сравнении с траекторией точки М.

Суть обратной задачи состоит в том, что при движении робота по криволинейной траектории известны напряжения, подаваемые на правый (UR) и левый (UL) двигатели. В этом случае из систем уравнений (2.20), находим линейную и угловую скорости и затем из начальных уравнений системы (2.15) находим траекторию робота.

На рис. 2.7 изображена зависимость курсового угла робота от времени при известных напряжениях UR И UL для разных начальных значений курсового угла у/0, рис. 2.7, а — для полной модели (2.15) и рис. 2.7, б —для упрощенной модели (2.27). Если известны напряжения UR и UL которые необходимо подавать на двигатели, чтобы робот следовал прямолинейной траектории, решаем обратную задачу, т.е. сначала решаем систему уравнений (2.20), откуда находим линейную и угловую скорости и затем траекторию робота.- В полной математической модели мобильного робота присутствуют нелинейности в значительной степени усложняющие решение дифференциальных уравнений. Эту проблему устраняет применение упрощенной математической модели динамики мобильного робота. Предлагаемая упрощенная модель мобильного робота является приемлемой при условии небольшой разницы между напряжениями, подаваемыми на двигатели.

Классификация систем управления

Контроллеры — наиболее важное приложение теории нечетких множеств. Их функционирование немного отличается от работы обычных контроллеров: для описания системы используются знания экспертов вместо дифференциальных уравнений. Эти знания могут быть выражены естественным образом с помощью лингвистических переменных, которые описываются нечеткими множествами.

Но при этом необходимо решить ряд проблем, связанных с выполнением операций фаззификации и дефаззификации. Как показал опыт проектирования, при использовании стандартных функций принадлежности [123] фаззификация входных переменных труда не представляет.

Использование при программировании микроконтроллеров языков высокого уровня позволяет легко реализовать работу с нечеткими правилами. Но чтобы исполнительное устройство смогло отработать команду, являющуюся результатом обработки нечетких правил, необходим этап дефаззификации, на котором избавляются от нечеткости. Для устранения нечеткости окончательного результата существует несколько методов дефаззификации: метод центра тяжести (CoG, COG, Centre of Gravity), метод центра тяжести для одноточечных множеств (COGS, Centre of gravity for Singletons), метод центра площади (CoA, COA, Centre of Area, Bisector of Area), метод левого модального значения (LM, Left Most Maximum), метод правого модального значения (RM, Right Most Maximum).

Синтез САНУ

В системах автоматического регулирования обычно используется дифференцирующие и интегрирующие звенья первого порядка. Выходные переменные таких элементов являются дополнительными входными переменными для системы нечеткого управления. Такими переменными также могут быть переменные, описывающие значения отклонения управляемых параметров от установленных значений [20]. Напротив, выходные переменные системы нечеткого управления могут использоваться операторами для выполнения коррекции управляемых параметров в различных системах управления.

Разработанная система автоматического управления использует два ПИД-нечетких (Fuzzy) контроллера (рис. 3.14). Контроль осуществляется по координатам х и у положения робота. Координату х контролирует первый контролер, координату - второй контролер.

«Интернет» есть звено, содержащее общее временное запаздывание прохождения команды (туда и обратно). Величина запаздывания - случайная величина подчиненная нормальному закону распределения. Ее параметры, минимальные и максимальные значения, выбраны в соответствии с проведенными выше экспериментами.

В качестве входной переменной системы используется разность е между заданным и реальным значениями контролируемого параметра (х или у). Эта разность совместно с ее производной и интегралом передаются в соответствующий контроллер как три входные переменные. Выходными переменными контролеров являются напряжения передаваемые роботу, для того, что бы он следовал определенной траектории. На рис. 3.14 изображена структурная схема САУ в Фаззи исполнении.

В качестве терм-множества первой лингвистической переменной "Р" используется множество Р={"очень маленький", "маленький", "в пределах нормы","большой","очень большой"} или в символическом виде P = {NB , N , Z , P , PB }, С функциями принадлежности, изображенными на рис. 3.16 и рис. 3.19.

В качестве терм-множества второй лингвистической переменной "I" используется множество /=/ "маленький","в пределах нормы"," большой "}, или в символическом виде I = {N , Z , P }, С функциями принадлежности изображенными на рис. 3.16 и рис. 3.19.

В качестве терм-множества третей лингвистической переменной "D" используется множество D={ "маленький","в пределах нормы"," большой"}, или в символическом виде D = {N , Z , P }, С функциями принадлежности изображенными на рис. 3.16 и рис. 3.19.

В качестве терм-множества выходной лингвистической переменной "UR" и "UL" соответственно используется множество UR={"очень маленький", "маленький","в пределах нормы","большой","очень большой"}, или в символическом виде UR={NB , N , Z , P\ PB }, И Ui-І очень маленький" "маленький","в пределах нормы" "большой", "очень большой"}, или в символическом виде UL={NB , N , Z , P , PB }, С функциями принадлежности, изображенными на рис. 3.16 и рис. 3.19.

Система передачи видео

Из фрагмента кода JSP-станицы видно, что в нем содержится соответствующий код для загрузки апплста, загружаемого от сервера, а также, что этот апплет находится внутри Jar-файла, и принимает два параметра. Первый параметр - адрес, где хранятся графические файлы на сервере и второй параметр - интервал скачивания графических файлов из сервера для их отображения на интерфейсе робота.

К серверу подключено устройство сопряжения (дистанционное радио управление) с роботом, откуда посылаются радио сигналы на принимающее устройство робота, где эти сигналы преобразуются в соответствующее напряжение, подающееся на двигатели управляющих колес.

СУР и СПВ объединены в одно целое — Jsp-страницу, являющуюся интерфейсом управления движением мобильного робота. Она предоставляет возможность оператору подавать такие унифицированные команды верхнего уровня как повороты, движение вперед и назад с помощью нажатия кнопки на экране монитора. Этот интерфейс и есть Web-сайт мобильного робота. Интерфейс, откуда оператор из любой точки земного шара с доступом к сети Интернет имеет возможность отслеживать и управлять роботом, представлен на рисунке 4.13. Left J RightJ Backward , Рис. 4.13. Web-сайт мобильного робота. Robot Control KSTU

Движение робота осуществляется следующим образом. При поступления от оператора команды «вперед» или «назад» мобильный робот двигается в течение 250 мс в данном направлении. За это время робот проходит 20 см. При поступлении команды «вправо» или «влево» робот осуществляет поворот на +90 или на -90 от текущего положения.

После того как выполнена поступавшая команда, робот переходить в режим ожидания. Этот способ управления позволяет устранить временную задержку, возникшую в сети Интернет.

Пример возможной траектории движения робота представлен на рисунке 4.14. Траектория движения мобильного колесного робота: 1 - робот; 2 - траектория; 3 - препятствия В дополнение к системе был разработан регулятор скорости, поскольку машина имела огромную начальную скорость, и устройство для сопряжения сервера с радио-контролем робота.

Схема электронного регулятора, приведенного на рисунке 4.15, содержит генератор импульсов, собранный на элементах DD1.1 и DD1.2 микросхемы DD1, одновибратор с регулируемой длительностью генерируемых импульсов, собранный на элементах DD1.3, DD1.4, и ключевой транзистор VT1. Генератор и одновибратор собраны по стандартным схемам. Номинальная частота генератора составляет 50 ГЦ. Импульсы с выхода генератора укорачиваются дифференцирующей цепью C2R3VD1 и поступают на вход запуска одновибратора.

Длительность генерируемых одновибратором импульсов устанавливают переменным резистором R5, который, собственно, и является регулятором скорости машины. С выхода одновибратора управляющие импульсы поступают на ключевой транзистор VT1, который периодически, с частотой следования импульсов, подает питание на двигатель.

Применение в качестве ключевого полевого транзистора с изолированным затвором и индуцированным каналом р-типа позволило выполнить соединение напрямую, без каких-либо дополнительных элементов согласования. Диод VD3 служит для защиты ключевого транзистора от выбросов напряжений, возникающих на индуктивности обмоток двигателя в момент выключения импульса тока [124]. to U DD1 С2Ю і і ИГм ЮГ С 0.1 М I 5к DD1.1 DD1.2 і 1і к 3 , , 5 & і4 і 1 С to 7 DD1 VD3 2К 1N40 Рис. 4.15. Электрическая схема электронного регулятора - С по Регулятор подключают к плате управления машины в трех точках как показано на рисунке 4.16, где проводники А и С — это плюс и минус питания. от батареи литания Электронный регулятор Схема подключение электронного регулятора Вид электронного регулятора приведен на рисунке 4.17.

Интерфейс радио-контроля робота с сервером Вид интерфейса для соединения параллельного порта сервера с радиоконтролем робота приведен на рисунке 4.18.

Телеуправление с использованием Web-браузеров отличается от традиционного несколькими аспектами: - задержка и производительность Интернета являются величинами очень непредсказуемыми; - телеуправление через Интернет требует высокой степени устойчивости системы к возможной потере пакета данных; - телеуправляемые роботы нуждаются в инновационных механизмах контроля, позволяющих справиться с многопоточностыо пользователей; - телеуправляемыми роботами могут пользоваться люди с различными навыками управления, и это должно быть учтено при разработке системы управления роботом. - Разницу в скорости записи изображений полученных от Web-камеры и скорости считывания апплетом, следует синхронизировать. Также необходимо учитывать конфигурацию оборудования.

Похожие диссертации на Исследование динамики управляемого движения мобильного колесного робота по заданной траектории