ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ………………………………………………………….………...…..... 4
1. Обзор информационно-управляющих робототехнических систем для
фиксации фото и видео изображений на колесной основе ……………........... 7
1.1 Робот на дистанционном управлении WowWeeLtdRoboticsRovio
Wi-FiControl – 8233 ……………………………………..…….…….….… 7
1.2 Радиоуправляемый мини танк-шпион Happy Cow I-Spy с камерой
wifi - 777-270 …………………………...………………….………...…... 12
1.3 Радиоуправляемый шпион kaidengFPVDriveSpyios и Android
Control - RFP-0013-01 (R17551) ………………………….…...……....... 14
2. Проектирование информационно-управляющей системы мобильного
робота ……………………………………………………………………..…..… 20
2.1 Построения функциональной модели предметной области.…....20
2.2 Разработка твердотельной модели трехколесного робота с
помощью системы автоматизированного проектирования SolidWorks ….… 23
2.3 Разработка твердотельной модели четырехколесного робота с
помощью системы автоматизированного проектирования SolidWorks
…………………………………………………………………………………… 34
3. Исследование кинематики движения и программное управление
мобильным роботом …………………………………………………………… 42
3.1 Исследование кинематики движения мобильного колесного
робота ………………………………………………………………………….... 42
3.2 Программное управление мобильным роботом ….…………….. 47
3.2.1 Реализация программного кода в среде Arduino ……………….. 47
3.2.2 Разработка скетча для программного управления мобильным
роботом ………………………………………………………………….……… 51
3.3 Электрическое устройство мобильного робота ………………... 53
3
3.4 Экономические затраты на реализацию информационно-
управляющей робототехнической системы …………………….……….…… 54
Заключение …………………………………………………………….…….…. 59
Список используемой литературы ……………………………………….…… 62
Приложение А. Программный код, реализующий движения робота ……… 66
Приложение Б. Основные детали для сборки мобильного робота …….…… 68
Приложение В. Робот в собранном виде …………………………….……….. 69
Приложение Г. Листинг скетча, реализующий движение робота по
траектории “квадрат” ………………………………………………………….. 70
Приложение Д. Листинг скетча, реализующий движение робота по
траектории “Буква Т” ………………………………………………………..… 72
Приложение Е. 3Д модель робота …………………………………….………. 74
4
ВВЕДЕНИЕ
Робототехнические системы являются одним из новых видов
производственной техники.
Их применение требует новой организации технологического процесса.
Робототехнические системы, особенно с адаптивными и интеллектуальными
роботами, нуждаются в микропроцессорном управлении. Здесь речь идет о
распределенном, а не централизованном управлении [1].
Информационно-управляющие робототехнические системы имеют
механические движущиеся исполнительные устройства.
Актуальность представленной работы, заключается в том, что
постоянно-происходящие чрезвычайные происшествия или ситуации
требуют вмешательство автоматизированных робототехнических систем, с
целью уменьшения риска и опасности, которые могут подействовать на
человека.
Встроенная WEB-камера и микрофон позволяют вести видео и аудио
наблюдение. Таким образом, оператор может следить за съемкой на
определенном расстоянии, в том числе через интернет или мобильный
телефон [6].
Создание робота - процесс многоэтапный, включающий в себя
проектирование, сборку, программирование. Знания робототехники граничат
с математикой, физикой, механикой, алгоритмизацией.
В настоящее время придумано огромное число моделей
робототехнических систем, различающихся по стоимости, дизайну и другим
параметрам.
Объектом исследования данной работы является информационно-
управляющая робототехническая система для фиксации фото и видео
изображений.
Предметом исследования – автоматизация колесного мобильного
робота с помощью программного управления траектории его движения.
5
Целью выпускной квалификационной работы является разработка
автоматизированной информационной робототехнической системы для
фиксации изображения с повышенной точностью изготовления ее деталей
при использовании САПР SolidWorks.
Увеличить маневренность системы при ее движении на ровной
поверхности за счет использования трехколесного основания на двух
двигателях.
Упростить программную реализацию робота за счет доступной и
недорогой платы с микроконтроллером Arduino.
Уменьшить затраты на изготовление робота за счет использования
недорогих деталей и доступных подручных инструментов.
Для достижения поставленной цели необходимо выполнения
следующих задач:
1. Произвести обзор и анализ существующих моделей
информационно-управляющих робототехнических систем для фиксации
фото и видео изображений.
2. Сформировать диаграмму функциональной модели
информационной робототехнической системы и построена её декомпозиция.
3. На основании функциональной модели, в которой необходимо
выделить основные элементы системы, разработать твердотельную модель
робота с помощью системы автоматизированного проектирования
SolidWorks 2017.
4. Уточнить массовые и габаритные параметры робота.
5. Рассмотреть геометрические особенности и определить
математическую модель движения робота, позволяющую исследовать его
кинематику.
6. Разработать скетч (программный код) для программного
управления мобильным роботом, позволяющий программировать робота на
движение по траектории.
6
7. Посчитать экономические затраты на реализацию
информационно-управляющей робототехнической системы.
Данный робот может применяться на ровной поверхности (полы
помещения, асфальтированная дорога, ровная местность). Например, в
повседневной жизни его можно использовать как в квартире или офисе.
Достоинствами мобильного робота являются: компактность, простое
программное управление, быстродействие, бесшумность, не требуется
топливо (только подзарядка аккумуляторов), тем самым робот является
экологически чистым [5].
Разработка автоматизированной трехколесной робототехнической
системы для фиксации изображения с помощью САПР SolidWorks 2017
проводилась на предприятии АО «НПО «Сплав»».
Практическая значимость выпускной квалификационной работы
заключается в том, что разработанная автоматизированная информационная
робототехническая система для фиксации изображения может быть
применима для реальной съемки.
Так же макетный образец робота может применяться в учебных целях,
при обучении программированию на языке высокого уровня С++.
Теоретическая значимость представленной работы заключается в том,
что в ней рассматривается кинематика движения робота на подвижном
основании.
Практическая значимость выпускной квалификационной работы
заключается в том, что разработанная автоматизированная информационная
робототехническая система для фиксации изображения может быть
применима для реальной съемки.
Так же макетный образец робота может применяться в учебных целях,
при обучении программированию на языке высокого уровня С++.
7
1. Обзор информационно-управляющих робототехнических
систем для фиксации фото и видео изображений на колесной
основе
1.1 Робот на дистанционном управлении Wow Weeltdrobotics Rovio wi-
fi control – 8233
Робот Rovio является проектом компании Wow Wee.
Робототехническая система имеет мобильную автоматизированную
камеру с возможностью передвижения в любом направлении благодаря
уникальному расположению колес.
Rovio использует технологию Northstar.
Northstar – это система, которая создает micro-GPS навигацию на
местности, тем самым позволяя Rovio знать строение местности с точностью
до пикселя.
С использованием NorthstarRovio всегда можно точно определить, где
он находится и по каким маршрутам, ему необходимо патрулировать
вверенную ему территорию.
Встроенная WEB-камера и микрофон робота Rovio от известной
компании Wow Wee также позволяет вести видео и аудио наблюдение на
расстоянии.
Таким образом, оператор указанного робота может производить видео
съемку из любой точки мира, где есть интернет или работает мобильный
телефон.
Rovio использует 802.11b/g протоколы для доступа WiFi.
Находясь вдали от дома, оператор может проверить безопасность дома,
или посмотреть на домашних животных, или провести онлайн-
конфреренцию с членами семьи или коллегами.
8
К установленной камере Rovio и микрофону можно получить доступ по
сети или от сотовых телефонов, персональных компьютеров, или даже
некоторых пультов для видеоигр.
Можно использовать персональный компьютер, для создания
навигационных маршрутов для Rovio, отмечая пункты в вашем доме [33].
Робот имеет платформу для подзарядки аккумуляторов, к которой он
самостоятельно пристыковывается при необходимости зарядиться (рисунок
1).
Рисунок 1 – Общий вид робота Rovio: a) с установкой на платформу
для подзарядки аккумуляторов; б) без платформы для подзарядки
аккумуляторов
Особенности робота Rovio:
возможность использования простых команд,
чтобы зафиксировать важные мест в вашем доме или офисе, затем
передать роботу команду «идти туда» одним нажатием на кнопку
пульта управления.
Можно сделать это на расстоянии, где имеется
интернет или мобильный телефон;
9
Rovio может патрулировать территорию,
используя определенные маршруты, которые вы настраиваете с
помощью удобного программного обеспечения, с простым и
понятным интерфейсом.
Можно посмотреть, был ли выключен, например -
утюг;
с помощью системы Rovio - micro-GPS, если
ребенок или домашнее животное сбивают Rovio с заданного курса
патрулирования, робот сразу же отреагирует, внесет
корректировки и вернется на заданный маршрут;
Rovio находит зарядную станцию, когда его
батареи начинают разряжаться, в любой точке вашего дома и
пристыковывается на зарядку.
Rovio оснащен:
подвижной встроенной видеокамерой (максимальное разрешение
640 х 480);
процессором ARM9 (частота 200МГц);
оперативная память (8Мб);
флеш память (2Мб);
Wi-Fi модулем.
Встроенная цветная камера, микрофон и динамики робота Rovio
позволяют не только наблюдать и слышать удаленно, но и передавать свой
голос.
Причем кроме перемещения в любом направлении на трех колесах, (по
аналогии с роботом игрушкой Tri-botWowWee), камера может опускаться и
подниматься (рисунок 2).
В комплект входит док-станция для подзарядки робота.
10
Рисунок 2 – Общий вид робота Rovio с приподнятой WEB-камерой для
фиксации фото и видео изображения
При недостаточном освещении у робота Rovio предусмотрена
подсветка, которой хватает для обзора диаметром около тридцати (30) см
вокруг самого робота при полной темноте, плюс также дополнительные
«сильные» фары, которые довольно существенно увеличивают видимость в
темноте.
Исследуемый робот способен ориентироваться в помещении, так как он
изначально оснащен собственной системой инфракрасного
позиционирования.
Rovio от WowWee возможно подключить непосредственно к своему
ПК (через Wi-Fi).
В этом случае настройка компьютеров определенно требует навыков
сетевого администрирования.
11
Исследуемый робот Rovio работает только в сетях с WEP-
шифрованием.
Процедура настройки робота в домашних условиях довольно
несложная, для точной настройки необходимо четко придерживаться
инструкции.
1) Необходимо инсталлировать программное обеспечение, идущее в
комплекте.
2) Подключить Rovio с помощью USB к компьютеру.
3) Подключить его к беспроводной сети [33].
Производитель представляет следующие характеристики исследуемого
робота Rovio:
1. Удаленное управление: GPS, Wi-Fi;
2. VGA-камера с разрешением 640 х 480;
3. Размеры робота: 343 х 305 х 356 см;
4. Количество колес: 3;
5. Вес: 2300 г;
6. Аккумулятор: NiMn 6В, 3000mAh (поставляется непосредственно
в комплекте);
7. Цена: 18900 руб.
В комплектацию исследуемого робота входят следующие элементы
Rovio:
- Робот Rovio;
- Аккумулятор;
- Док-станция для подзарядки аккумулятора;
- USB-кабель;
- CD с программным обеспечением;
- Инструкция;
- Коробка;
- Гарантийные документы.