Интеллектуальное управление мобильным роботом

ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………………5
1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МОБИЛЬНЫХ РОБОТОВ ………………..7
1.1 Обзор и классификация мобильный роботов ………………………………8
1.2 Существующие мобильные роботы-манипуляторы………………………..9
2 ОПИСАНИЕ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО МОБИЛЬНОГО РОБОТА……...15
2.1 Кинематическая модель мобильного робота .……………………………15
2.2 Манипулятор…………………………………………………………………16
2.2.1 Кинематическая схема манипулятора …………………………………16
2.3 Приводная система колёс…………………………………………………..18
2.4 МС996В сервопривод ……………………………………………………..20
2.5 Сервопривод MG90S………………………………………………………..22
2.6 Оборотный драйвер двигателей L293D ………………………………….23
2.7 Arduino Mega 2560…………………………………………………………..24
2.8 Линейный стабилизатор напряжения L7805………………………………25
2.9 Блок питания…………………………………………………………………26
2.10 Оптический энкодер FС-03………………………………………………..26
2.11 Wi-fi модуль NodeMCU LUA R ….………………………...……………29
2.12 Акселерометр и гироскоп MPU6050 ……………………………………..31
2.13 Выводы по разделу… ……………………………………………………..33
3 СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫМ МОБИЛЬНЫМ МАНИПУЛЯЦИОННЫМ РОБОТОМ .. ……………………………………..35
3.1 Общая схема архитектуры…………… ……………………………………35
3.2 Схема подключения питания для всех элементов …… …………………36
3.3 Схема управления каждым элементом …………………………………..37
3.4 Принципы управления сервоприводами…………...………………………38
3.5 Принципы управления моторами постоянного тока………………………39
3.6 Протокол TCP/IP для обмена данными Wi-Fi модулем …………………41
4 УПРАВЛЕНИЕМИ РОБОТОМ В СРЕДЕ С ПРЕПЯТСТВИЯМИ ...……..43
4.1 Постановка задачи .…………………………………………………………43
4.2 Получение снимка с камеры…. ……………………………………………44
4.2.1 Выделение основных цветов …………………………………………….44
4.2.2. Уменьшите объем матрицы и найдите координаты, начальные и конечные препятствия …………………………………………………………45
4.2.3 Аппроксимация препятствия прямоугольниками ……………………46
4.2.4 Волновой алгоритм Ли…………………………… ……………………..47
4.3 Управляющие команды для мобильного робота… ………………………51
4.4 Выводы по разделу………………… ……………………………………….52
5 ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ МОБИЛЬНОГО РОБОТА… ………..53
5.1 Функция получения изображения с камеры…………… ………………..53
5.2 Функция подсчета количества шагов и направления мобильного робота……………………………………………… ……………………………56
5.3 Функция для генерации и передачи команд беспроводного управления………… ……………………………………………………………56
5.4 Функция поиска объекта для манипулирования и решение обратной задачи кинематики манипулятора… …………………………………………58
5.5 Выводы по разделу….………………………………………………………59
6 ОБЩИЙ ИТОГ СПРОЕКТИРОВАННОГО РОБОТА МАНИПУЛЯТОРА ………………………..…...……………………………………………………...60
ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………………64
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ …………………………65

Весь текст будет доступен после покупки

С годами люди в различных сферах деятельности все чаще прибегали к помощи роботов. Сегодня роботы выполняют довольно сложные задачи: их используют в производстве, в военных делах, в медицине и просто для развлечений. Например, интеллектуальные мобильные роботы используются в среде, где положение объектов неизвестно (такие среды называются недетерминированными). Такие роботы, которые включают чувствительные элементы, исполнительные механизмы, компьютеры и которые имеют элементы искусственного интеллекта, являются очень удобным объектом для постановки, изучения и поиска решений современных проблем мехатроники.
В настоящее время существует множество типов мобильных роботов, которые значительно упрощают жизнь человека. Современный мир невозможен без ежедневной помощи роботов. Таким образом, тестирование робота полезно во всех отношениях: во-первых, чтобы понять принцип и структуру робота, а во-вторых, самостоятельно спроектировать и создать мобильного робота.
Таким образом, актуальность выбранной темы обусловлена необходимостью изучения классификаций мобильных роботов и, как следствие, созданием собственного интеллектуального мобильного робота-манипулятора, который используется в качестве экспериментальной модели. Изучая его свойства и применяя алгоритмы управления, вы можете управлять более сложным и мощным устройством.
Объект дипломной работы: изучение основ мехатроники и робототехники.
Предмет дипломной работы: создание интеллектуального мобильного манипуляционного робота.
Цель: разработка мобильного манипуляционного робота с интеллектуальным управлением.
Задачи дипломного проекта.
1. Провести анализ существующих мобильных платформ, разработать
конструкцию и кинематическую схему мобильного робота, включающий
в себя мобильную платформу и манипулятор.
2. Подобрать комплектующие и реализовать в «железе» мобильный робот.
3. Разработать алгоритмы управления мобильным роботом (движение
вперед, назад; повороты; перемещение звеньев манипулятора; связь по
беспроводной сети).
4. Провести исследования с получением изображения с камеры и найти кротчайший путь до объекта.
5. Создать управляющие команды и отправить их по беспроводной связи на
контроллер мобильного робота.
6. Провести оценку робота и определить эффективность используемых
методов.
Методологической основой исследования послужила научная работа известных ученых. Публикации по манипуляторной робототехнике были использованы в качестве основы для исследования.
Практическая значимость данной работы заключается в том, что исследовательский продукт может быть использован в опасной для людей среде, а также наглядным материалом для обучения.
Дипломная работа состоит из: введения, 5-х глав, заключения, списка использованных источников.
Во введении представлены основные параметры исследования.
В первой главе происходит ознакомление с видами мобильных роботов и приведены примеры существующих мобильных манипуляционных роботов.
Во второй главе описывается мобильный робот и его комплектация.
В третьей главе представлена система управления роботом.
Четвертая глава даёт описание алгоритма управления робота в среде с препятствиями.
В пятой главе изложена структура программ, а также описаны результаты проверки их работы.
В шестой главе подводится итог спроектированного робота.
В заключении подводится итог всего исследования.

Весь текст будет доступен после покупки

ГЛАВА 1
1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МОБИЛЬНЫХ РОБОТОВ
В широком смысле термин «мобильный робот» включает в себя, прежде всего, концепцию конкретного механического устройства, способного перемещаться с определенной степенью автономности в пространстве, реализуя его назначение. Мобильная платформа состоит из двух основных частей: исполнительной системы и информационно-управляющей части. В свою очередь, исполнительные системы включают в себя систему манипуляций, в основном в форме механических манипуляторов и систем движения, которые являются уникальными для мобильных роботов. Способность самостоятельно и преднамеренно двигаться в довольно сложных условиях неразрывно связана со способностью быстро справляться с задачами, требующими исключительно высокого уровня интеллекта.
Кроме того, при нынешнем уровне техники проектирование устройств по своим чисто механическим возможностям, сопоставимым с рукой человека, создает значительные трудности. Все механические устройства, предназначенные для движения - лодки, самолеты, автомобили и другие - выполняют свои функции под прямым контролем человека. У них нет принципиальной разницы с перечисленными устройствами и любыми радиотехническими приборами - люди даже на расстоянии управляют каждым действием машин дистанционного управления. На первый взгляд, автономные мобильные устройства могут включать в себя электрические установки последнего поколения с системами автоматического управления. Но не стоит забывать, что автономность в данном случае достигается через жесткие ограничения условия движения: Поезда ездят только по рельсам, которые вместе со всем остальным должны покрываться надёжной защитой, потому что автоматизация, в отличие от человека, не может информировать человека, пересекающего железную дорогу, о близкой опасности.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Промышленные роботы и манипуляторы [электронный ресурс].
Режим доступа:
http://cncnc.ru/documentation/theory_of_mechanismus_and_machines/lect_19.htm
2. Ronald C. Arkin. Intelligent Robotics and Autonomous Agents. Nourbakhsh, 2004. - 321c.
3. Mobile Manipulator XL-MICO [электронный ресурс]. Режим доступа: https://robotnik.eu/manipulators-2/xl-mico
4. Robotnik RB-1— мобильный робот-манипулятор [электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.robogeek.ru/promyshlennye-roboty/robotnik-rb-1-mobilnyi-robot-manipulyator
5. Мотор-редуктор с колесами [электронный ресурс]. Режим доступа:
https://arduino-kit.ru/product/motor-reduktor-s-kolesami-_komplekt-4-sht._
6. Принцип действия сервопривода [электронный ресурс]. Режим доступа:
https://studbooks.net/2005051/informatika/printsip_deystviya_servoprivoda
7. Драйвер двигателей L293D подключение к Arduino [электронный ресурс]. Режим доступа: http://zelectro.cc/L293D
8. Arduino Mega 2560 на базе микроконтроллера ATmega2560 [электронный ресурс]. Режим доступа: https://arduinoplus.ru/arduino-mega-2560/
9.L7805CV линейный регулятор напряжения [электронный ресурс]. Режим доступа: https://alielectronics.net/l7805cv
10. Датчик скорости вращения [электронный ресурс]. Режим доступа: https://arduino-kit.ru/product/datchik-skorosti-vrascheniya
11. Начало работы с ESP8266 NodeMcu v3 Lua с WiFi [электронный ресурс]. Режим доступа: https://arduinomaster.ru/platy-arduino/esp8266-nodemcu-v3-lua
12. Акселерометр и гироскоп MPU6050 [электронный ресурс]. Режим доступа: https://cxem.net/mc/mc324.php
13. Макаров И.М., Лохин ВМ. Интеллектуальные системы автоматического управления. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001. — 576 с.
14. Протоколы TCP/IP простым языком [электронный ресурс] — режим доступа: https://webonto.ru/protokolyi-tcp-ip-prostyim-yazyikom/
15. MATLAB.Exponenta [электронный ресурс]. Режим доступа: http://matlab.exponenta.ru/
16. Градецкий В.Г. Вешников В.Б. Калиниченко С.В. Управляемое движение мобильных роботов по произвольно ориентированным в пространстве поверхностям. — М.: Наука, 2001. — 359 с.
17. Шахинпур М. Курс робототехники. — М.: «Мир», 2009. - 520 с.
18. Бурдаков.И. В. Мирошник.Р. Э. Стельмаков. Системы управления движением колесных роботов. — М.: Наука, 2001. - 22\ с.
19. Юревич Е. И. Основы робототехники. - 2-е изд. перераб. и доп. - СПб.: БХВ-Петербург, 2005. – 416c.
20. Кампион Г. Бастен Ж. Структурные свойства и классификация кинематических и динамических моделей колесных мобильных роботов. Нелинейная динамика. - 2011. -т. 7, №4. -с. 733-769.
21.Гонсалес Р.,Вудс Р.,Эддинс С. Цифровая обработка изображений в среде MATLAB. – M.: Тех-носфера, 2006. – 616с.

Весь текст будет доступен после покупки