Универсальная роботизированная платформа "УРП"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Универсальная роботизированная платформа «УРП»

Автор: Молодежников Алексей и Бухтияров Константин

Руководитель: Молодежников А.П.

Нефтеюганск 2016



Содержание

Аннотация

1. Обоснование выбора темы проекта

2. Этапы выполнения проекта

3. Планирование проекта

4. Выбор и проработка вариантов

5. Особенности конструкции

6. Выбор материалов, инструментов и станков

7. Структура программы

8. Технические характеристики

9. Экономический расчёт

Заключение

Литература



Аннотация

Проект универсальная роботизированная платформа (УРП) является попыткой создания шасси робота из доступных электронных компонентов и материалов. При этом конструкция платформы не привязана к конкретным электронным блокам и материалам, что позволило получить достаточно гибкую конструкцию позволяющую выполнять дальнейшую модернизацию и улучшение под решение различных задач. В данном проекте освещается в краткой форме результаты работы по УРП, а так же предполагаемой области его применения, кроме этого рассматривается перспективы его дальнейшего развития и модернизации.



1. Обоснование выбора темы проекта

Одно из составляющих жизненной сферы человека является быт. Условия в которых он живет, где отдыхает, где ходит, насколько ему комфортно и безопасно. Работа ЖКХ как раз и нацелена на создание комфортных условий жизни человека. Очень многие работы в сфере ЖКХ связаны с однообразным и тяжелым трудом, например, уборка территории, вывоз мусора и т.д.

Уже сейчас существуют индивидуальные технические средства, позволяющие облегчить работу по уборке территории (рис.1), в некоторых случаях работник ЖКХ сами создают такие устройства (рис.2).

Рис.1

Рис.2

Мы решили создать робота, который бы помогал убирать территорию и выполнял другие работы. Уже давно существуют и развиваются роботы-пылесосы, которые помогают наводить порядок в квартире. Наш робот может работать на улице и в больших помещениях, что подтверждено испытаниями, это позволяет помогать человеку, выполнять тяжелую и однообразную работу.

Попытки создания таких роботов уже предпринимались различными энтузиастами (рис.3) и организациями (рис.4). Часть этих роботов так и остались опытными образцами, а часть успешно эксплуатируется и продается. Основным недостатком данных роботов является узкая специализация и высокая стоимость. Робот-газонокосильщик не будет убирать снег или подметать улицу. Наш робот благодаря сменным модулям может выполнять все эти работы.

Рис.3 Робот-снегоуборщик

Рис.4 Робот-газонокосильщик

Цель проекта: создание универсальной робототизированной платформы для уборки территории и других работ.

Задачи:

· изучить существующие аналоги

· разработать эскиз робота

· разработать чертежи робота

· изготовить отдельные узлы робота

· провести испытания отдельных узлов

· собрать робота в готовую конструкцию

· разработать программу управления

· провести полный цикл испытания робота

2. Этапы выполнения проекта

Работа над проектом разбита на отдельные этапы что позволяет систематизировать работу, снизить затраты на её реализацию и определить необходимые ресурсы для реализации проекта.



3. Планирование проекта

4. Выбор и проработка вариантов

Самый ближайший аналог нашего робота это роботыдля уборки снега на гусеничном (рис.5) и колесном шасси (рис. 6) . Недостаток гусеничной модели заключается в том что робот при передвижение имеет маленькую скорость, большие затраты энергиипри передвижение. Колесный робот имеет плохую проходимость и низкую грузоподъемность.

Рис. 5

Рис. 6

Мы решили разработать свою конструкцию, в ней может использоваться как гусеничный, так и колесный привод. Это позволяет роботу передвигаться по трудно проходимой местности и имеет возможность работать в плохих метеоусловиях, используя гусеницы. Колеса позволяют работать внутри помещения, не нанося повреждения полу. Ещё одним главным отличием робота является возможность работать автономно без участия человека. В данном роботе используются такие датчики как ультразвуковой и инфракрасный датчик движения камера для передачи видеосигнала имеющая 20-кратный оптический зум и режим ночного зрения.

5. Особенности конструкции

Основу нашего робота составляет:

- подвижная платформа способная нести на себе полезную нагрузку;

-манипулятор: предназначенный для подъёма и перемещения различных грузов;

-платформа: для ведения фото и видеонаблюдения;

- грузовой контейнер: для перевозки и выгрузки различных грузов,

- энергетический модуль: солнечные батареи с дополнительными аккумуляторами (рис. 6).

Рис.7.

Всё это позволит роботу функционировать автономно продолжительное время и в автоматическом режиме выполнять поставленную программу. При создание робота работы по конструкции выполнялись в несколько этапов:

1 этап

- Эскизный, определение габаритов робота создание по этим габаритам эскизов деталей, проверка их компоновки и расположения. Внесение необходимых корректив, создание полифункциональных макетов деталей, сборка робота, установка электронных компонентов, проверка функционирования.

2 этап

-Создание деталей из рабочих материалов, установка электронных компонентов, создание программного обеспечения.

3 этап

-Испытательный, проверка функционирования программного обеспечения, внесение корректив под имеющуюся модель робота, проверка энергопотребления робота в различных режимах.

Три дополнительных датчика:

- один датчик тепла позволяющий видеть живых существ

- ультразвуковые датчик позволяющий видеть препятствия,

Робот используется для исследования местности и труднодоступных мест, где не может пройти человек или другая техника.

Коренное отличие нашего робота в возможности использования двух режимов функционирования.

Первый режим радиокомандное управление. В этом режиме робот выполняет команды, которые отправляет с пульта дистанционного управления оператор.

Второй режим программное управление. Включаются отдельной командой оператора, после чего выполняется программа загруженная в блок ArduinoUNO (рис.8).

рис.8

В конструкции робота широко используется композитные материалы которые обеспечивают хорошую прочность конструкции при небольшом весе. роботизированный электронный шасси

В качестве электронных компонентов использовались доступные и дешевые устройства. Например, в качестве двигателей использовался электрический привод стеклоподъёмника машины ВАЗ-2110 (рис.9).

рис.9

Для управления силовой нагрузкой используется блок реле который рассчитан на 10 A (рис.10)

рис.10

В качестве элемента питания используется свинцово-гелевый аккумулятор который хорошо функционирует в большом температурном диапазоне, не требует обслуживания и не боится глубокой разрядки (рис.11).

рис.11

Для передачи команд используется радио аппаратураFutabaT10CHG 2.4G.Данная аппаратура имеет 10 каналов управления что обозначает возможность управления десятью устройствами включая режим программного управления. Для ориентации робота в пространстве используются датчики, подключенные к ArduinoUNO. Наличие ультразвуковых датчиков позволяет видеть ему в темноте, тумане и в дыму, что расширяет возможности в исследование местности. Такой способ используют дельфины и летучие мыши.

6. Выбор материалов, инструментов и станков

Создаваемый прототип является экспериментальным. Это определяет спектр малозатратных технологий, что сводит потери, в случаи неудачи к минимуму. Все выбранные материалы, используемые в роботе, доступны в широкой продаже и позволяют изготовить данного робота любому желающему. Электронные компоненты можно купить в специализированных магазинах или заказать через интернет.

Фрезеровка деталей при помощи станка ЧПУ

Для повышения технологичности изготовления робота и использования современных технологий мы использовали станки с числовым программным управлением. Что позволило использовать электронные чертежи при изготовление деталей. Станок ЧПУ позволил изготавливать деталь из различных материалов сохраняя их пропорции и размеры, менялся только режим резки рабочим инструментом.

Обработка деталей при помощи лазерного станка.

Станок для лазерной резки использовался для изготовления габаритных макетных деталей из днепрона и фанеры. Кроме этого лазерная резка используется для изготовления траков гусениц на рабочую модель робота.

3D принтер

3D принтер использовался для создания рабочего макета манипулятора. В дальнейшем планируется использоваться для печати траков гусениц и рабочих шестерёнок манипулятора.

7. Структура программы

Программа для управления роботизированной платформы в начальном виде использует на микроконтроллере ArduinoUNO два канала для получения сигнала от радио приёмникаFutaba.

Для обработки сигнала в программе к каждому каналу присваивается переменная, на которой выполняются все операции в программе.

Поступающая информация с каналов обрабатывается при помощи функции if на соответствие условия выполнения

В приведённом выше примере показана функция if при выполнение которой робот находится в покое.

Для выполнения любого действия на движение роботизированной платформы не обходимо что бы ArduinoUNO отправил сигнал на пин блока реле. Для этого в программе ряд пинов прописаны как выход

И в зависимости от выполнения условия (if) пином определяется их состояние

Пин находится в выключенном состояние LOW

Пин находится в включенном состояние HIGH

В данном разделе представленные выше команды размещены не в той последовательности, что используется в программе. Представленный в разделе порядок команд выбран для разъяснения структуры программы.

При необходимости в подключении дополнительных устройств используется тот же принцип, что представлен выше. Для обработки результатов полученных с различных датчиков в программном режиме используется стандартная схема построения программ в ArduinoIDE.

8. Технические характеристики

Параметр	Значение	примечание
Длина	490мм
Ширина	460мм
Высота	150мм
Кол-во стекло моторы	12
Ультразвуковые датчики	2
Датчики тепла	2
микроконтроллер	1	Arduino UNO
вес	2700 грамм
Источник питания	12V

9. Экономический расчёт

№	Вид расходов	Стоимость	Кол-во	сумма
1	текстолит	3000 руб.	За 2кг	6 000
2	Удлинители	90 руб.	2	180
3	Arduinouno	640 руб.	1	640
4	Свинцово-гелевыйаккумуляторы	1200 руб.	2	2 400
5	Стекло моторы	800	13	10 400
6	Ультразвуковой датчик	420	2	840
7	Инфракрасный датичик	680	1	680
	Итого:			21 140



Заключение

В название нашего робота присутствует слово универсальный. В принципе, в данный момент он представляет из себя движущиеся шасси и полезная нагрузка будет определять его цель и назначение так как и у обычных машин.

Мы уже сейчас столкнулись с проблемой небольшого количества пинов на микроконтроллере ArduinoIDE. В дальнейшем мы планируем заменить ArduinoUNO на ArduinoMEGA 2560.Так же планируется приобрести и установить дополнительные датчики GPS модуль, трёхплоскостной гироскоп, датчик электронного кампоса, серво приводы с большим тяговым усилием.

Планируется провести продолжительные тестовые испытания робота без участия человека в автоматическом режиме на специально подготовленном полигоне.



Литература

1. «Занимательная кибернетика» А.Б. Гордин1987 г.

2. «Кружок технической кибернетики» Д.М. Комский1991 г.

3. «Кибернетика стучится в школу» Г. Воробьев 1986 г.

4. «LEGOMINDSTORMS руководство пользователя»

5. «Электронные самоделки» Б.С. Иванов1985г.

6. «Работотехника для детей и родителей» С.А. Филиппов, 2011г.

7. www.roboforum.ru

8. www.lego.ru

9. www.myrobot.ru

10. www.roboclub.ru

Размещено на Allbest.ru

...