52
Рисунок 45 – Алгоритм программы, реализующий основные команды
Согласно приведенному алгоритму в среде программирования Arduino,
был составлен программный код, реализующий основные движения робота.
Данный программный код вынесен в приложение А. Таким образом,
использование данного скетча позволяет построить любую траекторию
движения робота.
Составим программный код движения робота по траектории «квадрат».
В его основе заложим движения вперед и разворот направо. Движение
будет осуществляться по 1 секунде между поворотами. Траектория движения
показана на рисунке 46.
Рисунок 46 – Траектория движения «квадрат»
53
Программный код, реализующий движение «квадрат» вынесен в
приложение Г.
Составим программный код движения робота по траектории «Буква Т».
В его основе заложим движения вперед, разворот налево и разворот
направо. Траектория движения показана на рисунке 47.
Рисунок 47 – Траектория движения «Буква Т»
Программный код, реализующий движение «Буква Т» вынесен в
приложение Д.
3.3 Электрическое устройство мобильного робота
Драйвер двигателя выполнен на базе микросхемы L298N и
представляет собой сдвоенный мостовой драйвер, предназначенный для
управления двигателями постоянного тока и шаговыми двигателями.
Данная микросхема находит очень широкое применение в
робототехнике.
Одна микросхема L298N способна управлять двумя двигателями и
обеспечивает максимальную нагрузку до 2А на каждый двигатель, а если
задействовать параллельное включение для одного двигателя, то можно
поднять максимальный ток до 4А.
Электрическая схема устройства мобильного робота показана на
рисунке 48.
54
Рисунок 48 – Электрическая схема драйвера двигателя
Драйвер двигателя на микросхеме L298N показан на рисунке 49.
Рисунок 49 – Внешний вид драйвера двигателя на микросхеме L298N
Драйвер имеет следующие пины подключения:
Vcc – подключение внешнего питания двигателей;
+5 – питание логики;
GND – общий;
IN1, IN2, IN3, IN4 (разъем P4 на схеме) – входы управления
двигателями;
55
OUT1, OUT2 (разъем P2 на схеме) – выход первого
двигателя;
OUT3, OUT4 (разъем P3 на схеме) – выход второго двигателя.
Выключатель S1 служит для переключения питания логической части
микросхемы. Т.е. при включенном S1 питание логической части берется от
внутреннего преобразователя модуля. При выключенном S1 питание берется
от внешнего источника.
На модулях также присутствуют перемычки ENA и ENB для
разрешения включения двигателей. Если необходимо, их можно также
подключить к Arduino и задействовать, но это лишние 2 провода и в этих
входах нет особого смысла.
ШИМ управление позволяет плавно изменять скорость вращение
двигателя. Если нам не нужно ШИМ управление, то на соответствующий
вход нужно просто подать логическую 1.
На какой именно вход IN1 или IN2 вы подадите сигнал ШИМ, либо
направление вращения – разницы не имеет. Тоже самое справедливо и для
входов IN3, IN4.
Схема подключения шилда L298N к контроллеру Arduino показана на
рисунке 50.
Рисунок 50 – Схема подключения шилда L298N к контроллеру Arduino
56
Для питания логической части схемы необходимо нажать кнопку или
вставить перемычку (зависит от типа модуля).
Если же на вашем модуле не предусмотрен преобразователь 5В, то
дополнительно, необходимо соединить вывод 5V от Arduino к входу +5
шилда.
Как видно из схемы выше, 2 и 4 вывод используются для установки
направления движения.
3.4 Экономические затраты на реализацию информационно-
управляющей робототехнической системы
Роботостроение - новая отрасль, поэтому здесь не обойтись без
покупки специальных деталей.
Приобретая запчасти для робототехнических систем, можно создавать
и модифицировать роботов, а также, изобретать совершенно новые
прикладные решения.
Для разрабатываемого мобильного робота основные детали были
заказаны с сайта http://dvrobot.ru/ [29].
Вспомогательные элементы – кнопка питания, батарейки, провода
контактные проще всего приобрести в магазинах электротоварах.
В таблице 5 приведен список основных деталей, с указанием цен,
необходимых для реализации информационно- управляющей
робототехнической системы.
Таблица 5
Основные детали, необходимые для сборки мобильного робота
Деталь
Количество
Цена,
руб.
Сумма,
руб.
Колесо 65мм
2
127
254
Мотор-редуктор
«D» (1:120)
2
121
242
Кнопка питания
1
35
35
Провода
контактные
30
57
Arduino UNO
R3 (плата с
микроконтролле
ром)
1
500
500
Драйвер
L298N
(усилител
ь)
1
250
250
Brads Board
(плата
соединительная)
1
50
50
Батарейка 1.5В
8
30
240
Колесная опора
1
30
30
Web-камера
1
1000
1000
Итого
2631 руб.
Таким образом, согласно данным таблицы 5, на реализацию
информационно-управляющей робототехнической системы необходимы
затраты в размере 1631 рубля.
Что, например, в 11 раз дешевле затрат на готового робота на
дистанционном управлении WowWeeLtdRoboticsRovioWi-FiControl – 8233.
И в 5 раз дешевле затрат на радиоуправляемого шпиона
KaiDengFPVDriveSpyiOS, описанных в первой главе.
Выводы по главе 3.
В результате выполнения третьей главы были рассмотрены
геометрические особенности и определена математическая модель движения
робота.
На основании математической модели исследована кинематика
движения мобильного колесного робота.
В программной среде Arduino с использованием языка
программирования С++ был разработан скетч (программный код),
реализующий движение робота.
На основании данного скетча были разработаны программы движения
робота по траекториям “квадрат” и “буква Т”.
58
Показано электрическое устройство робота и схемы подключения
основных электронных элементов.
Посчитаны экономические затраты на реализацию информационно-
управляющей робототехнической системы, на основании которых можно
сказать, что общая цена основных компонентов составит 2631 руб.
59
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате выполнения выпускной квалификационной работы была
осуществлена разработка автоматизированной информационной
робототехнической системы для фиксации изображения с помощью САПР
SolidWorks".
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].
Было отмечено, что информационно - управляющие робототехнические
системы имеют механические движущиеся исполнительные устройства.
На основании данных, которые приходят от различных источников со
стороны (источники информации, датчики и т.п.), реализуют по заданным
математическим моделям, алгоритмам или компьютерным программам (в
том числе к таким программам, которые способны адаптироваться к
окружающей обстановке и к конкретной поставленой цели) обработку
принятых данных, передачу информация на экран персонального
компьютера или иные периферийные приборы, а также в автоматическом
режиме вырабатывают требуемые сигналы управления.
Разработка автоматизированной трехколесной робототехнической
системы для фиксации изображения с помощью САПР SolidWorks
проводилась на предприятии АО «НПО «Сплав»».
При выполнении первой главы были рассмотрены существующие
модели информационно-управляющих робототехнических систем для
фиксации фото и видео изображений.
60
Важной особенностью роботов является их движущая часть. Так,
например, робот Rovio выполнен на трех колесах, робот KaiDeng на четырех
колесах внедорожника, а робот Happy Cow I-Spy выполнен с использованием
гусеничной ленты.
Выбор движущей части зависит от условий использования робота.
Гусеничная лента создает большую проходимость, четырехколесное
исполнение отлично подходит для снежных дорог и неровной местности, а
трехколесный вариант целесообразней использовать на ровной поверхности в
силу маневренности робота.
Произведенный обзор робототехнических систем для фиксации
изображений на колесной основе, показал, что цена за одну модель робота
может достигать 19000 рублей.
Во второй главе с помощью программы RamusEducational была
сформирована диаграмма функциональной модели информационной
робототехнической системы и построена её декомпозиция.
На основании функциональной модели, в которой были выделены
основные элементы системы, была разработана твердотельная модель робота
с помощью системы автоматизированного проектирования SolidWorks 2017.
Твердотельная модель позволила уточнить геометрические размеры
основных деталей колесных роботов.
Основные результаты выполненной работы можно сформулировать
следующим образом:
1. Произведен обзор и анализ существующих моделей
информационно-управляющих робототехнических систем для фиксации
фото и видео изображений.
2. Сформирована диаграмм функциональной модели
информационной робототехнической системы и построена её декомпозиция.
3. На основании функциональной модели, в которой были
выделены основные элементы системы, была разработана
61
твердотельнаямодель робота с помощью системы автоматизированного
проектирования SolidWorks 2017.
4. Уточнены габаритные параметры робота.
5. Рассмотрены геометрические особенности и определена
математическая модель движения робота, позволяющая исследовать его
кинематику.
6. Исследована кинематика движения мобильного колесного робота
и построены графические зависимости пройденного пути робота от времени,
для скоростей вращения двигателя 110 об/мин и 230 об/мин.
7. Разработан скетч для программного управления мобильным
роботом, позволяющий программировать робота на движение по траектории.
8. Посчитаны экономические затраты на реализацию
информационно-управляющей робототехнической системы, которые
составили 2631 руб.