22
Драйвер двигателя будет посылать сигналы в виде напряжения на
движители (блок А3) робота, расположенные на основании системы.
Передвижение web-камеры осуществляется с помощью движителей.
Для точной компоновки деталей робота и установки движителей на
основании робота требуется спроектировать его твердотельную 3Д модель с
помощью САПР.
На рисунке 10 показана декомпозиция диаграммы функциональной
модели информационной робототехнической системы.
Рисунок 10 – Декомпозиция диаграммы функциональной модели
информационной робототехнической системы
Таким образом, при проектировании информационной
робототехнической системы фиксации фото и видео изображений с
программным управлением обязательно необходима реализация
представленных блоков А1-А5, входящих в состав функциональной модели
робота.
23
2.2 Разработка твердотельной модели трехколесного робота с
помощью системы автоматизированного проектирования SolidWorks
Разрабатываемая робототехническая система будет использоваться
преимущественна на ровной поверхности, поэтому движущая часть будет
выполнена на трех колесах (два ведущих и одного опорного).
Для правильной сборки трехколесного робота целесообразно
предварительно спроектировать его основные детали и построить
твердотельную 3Д модель.
Для решения данной задачи была использована система
автоматизированного проектирования (САПР) SolidWorks 2017 [38].
Применение САПР позволило уточнить геометрические и массовые
характеристики робота.
Основные детали мобильного робота показаны рисунках 11 - 21, а их
массовые характеристики сведены в таблицу 2.
Приборы и детали для их механической сборки приведены в
приложение Б.
Рисунок 11 – Колесо (65 мм)
24
Рисунок 12 – Мотор-редуктор "D" (1:48)
Рисунок 13 – Кнопка включения питания
Рисунок 14 – ArduinoUNO
25
Рисунок 15 – Драйвер 2А "Mini"
Рисунок 16 – Веб камера
Рисунок 17 – Контейнер для батареек
26
Рисунок 18 – Колесо опорное
Рисунок 19 – Батарейка АА
Рисунок 20– Основание
27
Рисунок 21 – Бредбоард
Применение САПР позволило уточнить геометрические и массовые
характеристики робота.
Вес основных деталей трехколесного робота был сведен в таблицу 2.
Таблица 2
Основные детали мобильного робота и их массовые характеристики
Деталь
Вес детали, грамм
1. Колесо (65 мм)
34
2. Мотор-редуктор "D" (1:48)
25
3. Кнопка включения питания
1
4. Arduino UNO
25
5. Драйвер 2А "Mini"
30
6. Веб камера
60
28
При проектировании деталей в среде SolidWorks учитывались их
размеры с действующих образцов.
Основные детали расположены на основании, которое выполнено в
виде квадратной пластины из пластика, размером 150х150 мм.
Кнопка представляет собой обычный включатель (выключатель)
питания. При нажатом состоянии кнопки напряжение питания ±12В
поступает на драйвер двигателей L298N.
Для удобного расположения элементов питания (батарейки AA)
предусмотрен контейнер для четырех батареек. Для питания робота
необходимо два таких контейнера (8 батареек по 1.5В).
Веб-камера - это малоразмерное цифровое видео и фото устройство,
способное в реальном времени фиксировать изображения, предназначенные
для дальнейшей передачи по сети (проводной или беспроводной).
С помощью веб-камеры можно доставлять изображения в компьютер, с
последующим его просмотром или записью.
Это достигается путём подключения камеры к компьютеру или
благодаря возможностям самой камеры записывать изображение на
внутренний носитель информации.
Некоторые современные модели обладают аппаратным и программным
обеспечением, которое позволяет камере самостоятельно работать в качестве
веб-сервера, FTP-сервера, FTP-клиента и (или) отсылать изображения по
электронной почтой.
Модели камер, используемые в следящих системах, могут снабжаться
дополнительными устройствами и функциями (такими, как детекторы
движения, подключение внешних датчиков и т.п.).
Веб-камера позволяет снимать изображение в полной полусфере.
Драйвер двигателя L298N по своим рабочим характеристикам не чем
не отличается от всех остальных драйверов, построенных на микросхеме
L298N.
29
С помощью него можно так же управлять двумя двигателями
постоянного тока (с поддержкой широтно-импульсной модуляции (ШИМ))
или одним шаговым двигателем.
Однако он имеет одно неоспоримое преимущество среди драйвер-
модулей этого класса на L298N. Сложно найти подобный драйвер-модуль
размером всего 4х4 сантиметра. Он удобен, компактен и не занимает много
места [18].
Характеристики драйвера двигателя L298N:
- возможность управлять одновременно двумя двигателя
постоянного тока;
- рабочее напряжение от 5 до 35 Вольт DC;
- рабочий выходной ток на канал двигателя 2А;
- восемь диодов защиты от тока в направлении
- двигатель контроллер;
- максимальная потребляемая мощность - 20 Вт. (при температуре
T = 75 );
- диапазон температуры -25 ~ +130 ;
- возможность замыкания ШИМ на 5 вольт (дает экономию двух
портов на контроллере);
- размер 42х42х25 мм.
ArduinoUNO R3 является одной из последних версий линейки Arduino
на микроконтроллере ATmega328p.
Она отличается от своих предыдущих плат (Arduino 168 p и Arduino
328 p) тем, что в ней не используется FTDIUSB – последовательный драйвер
чип.
Вместо этого, плата имеет Atmega16U2, запрограммированного как
USB- последовательный преобразователь.
ArduinoUNO R3 в сравнении с платой ArduinoUNO R2 имеет ряд
доработок:
- это как уже говорилось, более производительный чип Atmega16U2;
30
- полная совместимость со всеми новшествами Arduino 1.0;
- новая версия аппаратного сброса;
- новый дизайн платы;
- наличие дополнительных портов ввода вывода, для более
функционального использования и взаимодействия с другими модулями и
платами.
Технические характеристики ArduinoUNO R3 производства Китай
(версии 2.0):
- микроконтроллер: ATmega328p;
- рабочее напряжение: 5 В;
- входное напряжение (рекомендуемое): 7-12 В;
- входное напряжение (пределы): 6-20 В;
- цифровые порты ввода/вывода: 14 портов (из них 6 с ШИМ);
- аналоговые порты ввода: 6 портов; - ток для портов: 40 мА;
- ток для 3.3В источника: 50 мА;
- ППЗУ: 32 KB (из них 2 Кб используются загрузчиком);
- ОЗУ (SRAM): 2 Кб;
- ПЗУ (EEPROM): 1 Кб;
- тактовая частота: 16 МГц;
- поддержка USB интерфейса и питания (без внешнего источника
питания);
- поддержка ISP загрузки;
- поддержка последовательного (SerialUARTTTL) соединение
через контакты RXTX;
- поддержка контакта AREF;
- автоматический выбор источника питания (USB или внешний
адаптер);
- защита USB-порта компьютера от перенапряжения и коротких
замыканий (более 500мА – разрыв и дальнейшее восстановление при
нормализации).
31
ArduinoUNO R3 имеет удобный дополнительный разъем USBASP для
AVR, дополнительные дублирующие дорожки типа “ПаПа” для всех
цифровых/аналоговых портов ввода/вывода.
Мотор-редуктор “D” предназначен для создания движения основания.
Данный мотор редуктор уже имеет две оси для одновременной
установки колеса и датчика скорости.
Имеются отверстия для крепления к поверхности основания.
Характеристики мотор-редуктора “D”:
- напряжение питания от 3 до 12 Вольт DC (рекомендуемое
напряжение от 6 до 8 Вольт DC);
- при 3 Вольт: 0.35 кг. см, 110 об/мин. 160 мА;
- при 6 Вольт: 0.8 кг. см, 230 об/мин. 240 мА;
- соотношение 1: 48.
Для определения инерционно-массовых характеристик (объем, масса,
моменты инерции) в среде SolidWorks необходимо в дереве построения
детали выбрать объект «Материал не указан» и в открывшейся библиотеке
указать на нужный материал (рисунок 22).
Рисунок 22 – выбор материала в SolidWorks