Differences

This shows you the differences between two versions of the page.

--- ru:projects:wheeled_robot [2013/08/17 16:47] – eduardtlmk
+++ ru:projects:wheeled_robot [Unknown date] (current) – removed - external edit (Unknown date) 127.0.0.1
@@ Line 1: / Line 1: @@
-====== Платформа мобильного робота ======
-Подвижный робот (мобильный робот) является одним из популярных роботов, которые обычно строят. Очень распространенными являются роботы сумо, спортивные роботы  (футбол, волейбол и т.д.), роботы имитации спасательных работ (пожаротушение, поиск человека или предмета и т.д.) и многие другие. Для этих видов роботов существует много различных соревнований в мире и в Эстонии, были разработаны даже стандартные классы (например, роботов сумо). Общим для этих типов роботов является мобильная платформа, которая может иметь различные конструкции и возможности, но её основная функциональность осталась прежней. Этой основной функциональностью является управление двигателями и основной навигацией, которая включает в себя избегания препятствий  путешествие в место назначения. Как правило, к основной функциональности добавлена специфическая функциональность, которая проектируется в соответствии с требованиями и возможностями, установленными для проекта.
-Далее рассмотрим документацию одной типичной мобильной платформы проекта робота и его различных этапов.
-===== Исходное задание =====
-Спроектировать и построить многофункциональную мобильную платформу робота с базовой функциональностью навигация с помощью компонентов Домашней Лаборатории. Платформа должна позволять легко менять его оперативную функциональность, снабжая его различным оборудованием:
-  * Манипулятор
-  * Радар
-  * Камера
-Робот должен иметь возможность двигаться на плоской поверхности в помещении.
-==== Требования ====
-  * Максимальные габариты: 20 cm x 20 cm x 20 cm
-  * Максимальный вес 2 kg
-  * Скорость движения min. 0,1 m/s
-  * Возможность легкого добавления дополнительного оборудования
-  * Полная автономия
-==== Ограничения ====
-  * Должна быть построена в основном из компонентов Домашней Лаборатории
-  * Стоимость компонентов не должна превышать 600 €
-~~PB~~
-===== Общая модель системы =====
-Общая модель системы представлена в виде блок-схемы. Она описывает структуру, поведение и другие важные аспекты системы. В качестве примера ниже приведена иерархическая модель системы.
-[{{  :examples:projects:robot:robot_blokk_diagramm.png?500  |Модель структуры системы}}]
-===== Проектные решения =====
-Для решения этой задачи команда использовала метод мозгового штурма и сгенерировала 3 концептуально разных решения. Была составлена оценочная матрица, с помощью которой найдена самая оптимальная конструкция. Основные отличия решений заключались в схемах движения.
-[{{  :examples:projects:robot:robot_ideekavandid.png?500  |Проектное решение}}]
-~~PB~~
-Упрощённая оценочная матрица выглядит следующим образом:
-^ Функция/Решение		^ I ^ II ^ III ^ Весовой коэффициент^
-|Стоимость| 3 | 4 | 6 | 0,8 |
-|Сложность изгатовления		| 2 | 4 | 7 | 0,7 |
-|Манёвренность		| 4 | 8 | 8 | 0,5 |
-|Проходимость			| 5 | 8 | 2 | 0,3 |
-|Применимость Домашней Лаборатории	| 5 | 4 | 5 | 0,9 |
-|Вес				| 5 | 6 | 7 | 0,8 |
-^Итого (вместе с вес.коэффициентом)	^ 15,8^20,8^ 24,4^ ^
-Оценочная шкала была 1-10 очков и весовым коэффициентом 0-1. Вес факторов был выбраны в соответствии с требованиями и ограничениями, установленными для этой системы. Например, хотя решение 2 было значительно более способно двигаться по неровной земле, это не требовалось в предварительных задачах, следовательно, весовой коэффициент был низким.
-Судя по оценке, оптимальным решением для данной задачи оказалась спутниковая платформа на двух колесах с двумя отдельными двигателями. Дальнейшая работа продолжала развивать выбранное решение в реальной системе.
-^ Функция/Решение		^ Проектное решение ^ Платформа на колёсах ^ Платформа на лентах ^ Весовой коэффициент ^
-|Стоимость			| 3 | 8 | 6 | 0,8 |
-|Сложность изготовления		| 2 | 8 | 9 | 0,7 |
-|Манёвренность		| 4 | 6 | 8 | 0,5 |
-|Проходимость | 5 | 3 | 10 | 0,3 |
-|Приминяемость Домашней Лаборатории	| 5 | 6 | 8 | 0,9 |
-|Вес | 5 | 7 | 6 | 0,8 |
-|Место для установки доп.оборудования     | 10 | 2 | 7 | 0,8 |
-^Итого(вместе с вес.коэффициентом)	^ 23,8^23,5^ 35,7^ ^
-Так как один из наиважнейших приоритетов была цена, то было выбрано готовое решение "Платформа на лентах". Из анализа стало понятно, что используя готовое решение, следует выбрать платформу на лентах, а изготавливая самостоятельно, целесообразнее было бы выбрать платформу на колёсах.
-Дальнейшая работа продолжала развивать выбранное решение в реальной системе.
-~~PB~~
-===== Механика =====
-Механику постарались сделать как можно более простой, но в то же время в соответствии с принципом модульности. Передний и задний бампер - это идентичные модули. Электроника – это три модуля, которые размещены друг над другом, позволяя простые соединения ленточного кабеля, обеспечивая относительно простую смену модулей. Двигатели были отобраны из комплекта Домашней Лаборатории: двигатели со встроенным редуктором и кодером, которые подключаются непосредственно к приводу двигателей. В качестве колес были использованы колёса модели самолета, так как они очень легкие и достаточно сильные для робота. Чтобы упростить конструкцию, нижняя и верхняя платы идентичны. Платы имеют отверстия, позволяющие различным устройствам прикрепляться к верхней пластине. Кроме электронных модулей между пластинами может поместиться и аккумулятор.
-[{{  :examples:projects:robot:robot_3d.jpg?500  |Первоначальная 3D модель робота и местоположения его компонентов}}]
-Бампер робота проектируется отдельно и интегрирован с сенсорными датчиками и датчиками отслеживания линий. Бампер сделан из ПХБ и имеет электричество в дополнение к конструкции. Датчики отслеживания линий припаяны непосредственно к бамперу нижней пластины. Сенсорные датчики (микропереключатели) помещены между двумя пластинами бампера и покрыты единым куском резины. Резиновая деталь поглощает удар и в то же время даёт возможность определить, откуда пришел удар.
-[{{  :examples:projects:robot:pamperi_joonis.jpg?500  |Рабочий рисунок платы бампера}}]
-===== Электроника =====
-Электроника системы описана принципиальным решением и классической электронной схемой со схемой монтажа печатной платы.
-[{{  :examples:projects:robot:robot_electronics.png?500  |Блок-схема компонентов электроники}}]
-~~PB~~
-В качестве примера приведена схема электроники датчиков отслеживания линий и монтажная схема печатной платы (PCB).
-[{{  :examples:projects:robot:robot_pumper_skeem.png?500  |Схема электроники датчиков бампера}}]
-[{{  :examples:projects:robot:robot_pumper_pcb.png?500  |Схема монтажа бампера}}]
-~~PB~~
-===== Система управления =====
-Система управления роботом происходит из поведенческой модели и определяется функциональностью, требованиями и ограничениями, исходящими из начальной задачи. Из поведенческой модели системы создаётся алгоритм программы управления, который, в свою очередь, является основой программного кода. Все три уровня (поведенческая модель - алгоритм - код) должны быть согласованы друг с другом.
-==== Алгоритм ====
-Алгоритм описывает логику управления системой и изображен в виде блок-схемы. Нескольких элементов и описания их соотношений достаточно, чтобы создать простой алгоритм. Если алгоритм робота составлен правильно, то относительно легко составить программу управления для этого робота.
-В алгоритме обычно используется два различных объекта: прямоугольник с закругленными углами, который обозначает какую-либо деятельность, и маленький ромб для проверки какого-либо условия, после чего следует затем запуск дальнейшей деятельности в соответствии с результатами проверки.
-Значения символов, используемых в алгоритме:
-^Символ^Значение^0^1^-1^
-|M1|левый двигатель|стоит|крутится по часовой стрелке|крутится против часовой стрелки|
-|M2|правый двигатель|стоит|крутится по часовой стрелке|крутится против часовой стрелки|
-|F|первый средний сенсор касания|нет сигнала|есть сигнал| |
-|FR|первый правый сенсор касания|нет сигнала|есть сигнал | |
-|FL|первый левый сенсор касания|нет сигнала|есть сигнал | |
-|d|ссылка| | | |
-[{{  :examples:projects:robot:robot_algoritm.png?500  |Диаграмма состояния алгоритма}}]
-==== Исходный код ====
-Простая навигация
-<code c>
-#include <homelab/module/motors.h>
-#include <homelab/pin.h>
-#include <homelab/delay.h>
-// Определение выводов бампера
-pin front      = PIN(C, 0);
-pin frontleft  = PIN(C, 1);
-pin frontright = PIN(C, 2);
-//
-// Основная программа
-//
-int main(void)
-{
-	// Инициализация двигателей 0 и 1
-	dcmotor_init(0);
-	dcmotor_init(1);
-	// Выводы сенсоров входами
-	pin_setup_input_with_pullup(front);
-	pin_setup_input_with_pullup(frontleft);
-	pin_setup_input_with_pullup(frontright);
-	// Бесконечный цикл
-	while (true)
-	{
-		// Запуск двигателей по часовой стрелке
-		dcmotor_drive(0, 1);
-		dcmotor_drive(1, 1);
-		// Контроль сигнала среднего сенсора
-		if (pin_get_value(front))
-		{
-			// Реверсирование двигателей
-			dcmotor_drive(0, -1);
-			dcmotor_drive(1, -1);
-			// Пауза в 1 секунду
-			sw_delay_ms(1000);
-			// Запуск левого мотора по часовой стрелке
-			dcmotor_drive(0, 1);
-			// Пауза в 2 секунды
-			sw_delay_ms(2000);
-		}
-		// Контроль сигнала левого сенсора
-		else if (pin_get_value(frontleft))
-		{
-			// Реверсирование правого двигателя
-			dcmotor_drive(1, -1);
-			// Пауза в 2 секунды
-			sw_delay_ms(2000);
-		}
-		// Контроль сигнала правого сенсора
-		else if (pin_get_value(frontright))
-		{
-			// Реверсирование левого двигателя
-			dcmotor_drive(0, -1);
-			// Пауза в 2 секунды
-			sw_delay_ms(2000);
-		}
-	}
-}
-</code>
-~~PB~~
-===== Готовое решение =====
-Созданная в рамках этого проекта платформа робота в значительной степени состоит из пластика, за исключением креплений двигателя, которые сделаны из алюминия. Электронные модули размещены поверх друг друга, и аккумулятор свободно помещается между пластинами. Бамперы сделаны из печатных плат и окрашены в черный цвет. Верхняя плата робота является абсолютно плоской, позволяя прикреплять различные выбранные устройства. На робота был установлен несложный радар, который состоит из небольшого серводвигателя RC и инфракрасного датчика. В качестве второго решения на платформу был установлен модуль интеллектуальной камеры для решения задач машинного зрения. Оба решения показаны на следующих изображениях. Стандартный манипулятор был испытан в качестве третьего устройства, компоненты которого контролируются стандартным серводвигателем, используя последовательный интерфейс для управления их приводом.
-[{{  :examples:projects:robot:robot_radar.png?580 |Робот с инфракрасным радаром}}]
-[{{  :examples:projects:robot:robot_camera.png?580  |Робот с модулем интеллектуальной камеры (CMUcam3)}}]
-~~PB~~
-===== Финансовый расчёт =====
-Финансовый расчёт включает в себя стоимость компонентов и затраты на изготовление роботов.
-Таблица стоймости компонентов
-^Компонент^Марка^Кол-во^Цена^Стоимость^
-|Двигатель|M LE149.6.43|2|500.-|1000.-|
-|Микроконтроллер|uC ATmega128|1|900.-|900.-|
-|Актуатор двигателя|Actuator Board v1.2|1|700.-|700.-|
-|Плата питания|TP|1|500.-|500.-|
-|Датчики линейного отслеживания|LFS QRD1114|8|30.-|240.-|
-|Сенсоры касания|TS Microswitch|8|25.-|200.-|
-|Плата корпуса|ABS |4|50.-|200.-|
-|Заготовка печатной платы| |2|50.-|100.-|
-|Профиль крепления двигателя|Al-L |2|10.-|20.-|
-|Колесо|60/10 mm |2|30.-|60.-|
-|Аккумулятор|NI-MH 9,6 V|1|350.-|350.-|
-|Различные кабели| |10|20.-|200.-|
-|Гайки-болты| |1|50.-|50.-|
-|Другие принадлежности| |1|100.-|100.-|
-^ Итого^ ^ ^ ^ 4620.- ^
-Оценка труда и себестоимости производства в одном экземпляре робота.
-^Работа^Время (h)^Цена^Стоимость^
-|Фрезеровка деталей конструкции|1|300.-|300.-|
-|Фрезеровка печатных плат (бампер)|0,5|500.-|250.-|
-|Составление конструкции робота|0,5|250.-|125.-|
-|Составление бампера (пайка компонентов)|1|300.-|300.-|
-|Программирование|5|300.-|1500.-|
-|Составление документации|3|250.-|750.-|
-^Итого^ 11 ^ ^ 3225.- ^
-Оценочная стоимость робота всего **7845.-**
-Высчитанная стоимость робота всё же приблизительная, так как это учебный проект, где большинство работ и составлений выполнено в значительно большем объёме, но без прямой денежной оплаты. Таким образом, затраченное время и работа приблизительные и не отражает реальной ситуации.
-===== Управление проектом =====
-Мехатронная система (Робот) создана в качестве командной работы с графиком и бюджетом, тем самым, имея большинство особенностей проекта. Основные направления деятельности управления проектом были: планирование времени, планирование работы команды и управление ей, бюджетный мониторинг и получение средств, текущая отчетность перед руководителем, презентации и документирование результатов. К докладу проекта добавляются протоколы  собраний рабочих групп, план проекта (желательно диаграммой Ганта), распределение ресурсов (включая человеческие ресурсы), запланированный и фактический бюджет. В качестве примера приведён простой план действий диаграммой Ганта.
-[{{  :examples:projects:robot:roboti_projekt_gantt.gif?580  |Структурная схема проекта}}]
-===== Резюме и выводы =====
-Финансовые расчеты показали, что себестоимость производства робота довольно высока, особенно при работе с одним роботом, но всё же остается в пределах первоначальной задачи. Затраты на производство, безусловно, могут быть существенно ниже за счет оптимизации материалов и комплектующих и производства большего количества роботов. В ходе этого проекта мы узнали, как проектировать систему мехатроники, как построить и протестировать её.
-В конце работы выяснилось, что для исправной работы робота требуется значительно больше времени затратить на планирование и тестирование, особенно по части программы. Разные модули не всегда работают вместе корректно, хоть и были в порядке при их отдельном тестировании. Это показывает, что интегрирование модулей системы - это настоящий вызов и на него требуется запланировать значительно больше времени и ресурсов.
-В заключении считаем, что данный проект был очень интересным и познавательным и дал представление о проектировании и изготовлении интегрированной системы.
-===== Ссылки и использованные материалы =====
-  - Инструкция Домашней Лаборатории http://home.roboticlab.eu
-  - Спецификация ATmega128
-  - Dudziak, R., Köhn, C., Sell, R., Integrated Systems & Design, TUT Press, 2008
-  - Friendenthal, S., Moore, A., Steiner, A., A Practical Guide to SysML, Elsevier, 2008
-  - Perens, A. Projektijuhtimine, Külim, 1999
-  - Bräunl, T. Embedded Robotics, Springer-Verlag, 2003

ru/projects/wheeled_robot.1376747266.txt.gz · Last modified: 2020/07/20 12:00 (external edit)