Моделювання взаємодії рухомого робота з зовнішнім середовищем

Размещено на http://www.allbest.ru/

МОДЕЛЮВАННЯ ВЗАЄМОДІЇ РУХОМОГО РОБОТА З ЗОВНІШНІМ СЕРЕДОВИЩЕМ

Розглянуто імітаційне моделювання системи керування транспортного робота на основі Arduino Uno. Виявлені особливості руху моделі транспортного робота в обмеженому робочому просторі ( «шахова дошка» ) з довільним, заздалегідь невідомим розміщенням перешкод.

Ключові слова: система керування, транспортний робот.

Рассмотрено имитационное моделирование системы управления транспортного работа на основе Arduino Uno. Выявлены особенности движения модели транспортного работа в ограниченном рабочем пространстве («шахматная доска») с произвольным, заранее неизвестным размещением препятствий.

Ключевые слова: система управления, транспортный робот.

The simulation modeling of the Arduino Uno-based transport management System is considered. The peculiarities of the motion of a transport work model in a limited working space ("chess board") with arbitrary, previously unknown placement of obstacles are revealed.

Key words: control system, transport robot.

Транспортні роботи використовуються для міжцехових переміщень деталей на виробництві, або для дослідження навколишнього середовища у шкідливих та небезпечних умовах. Робот, як керована машина має наступні властивості [1, 2]:

- універсальні можливості, тобто здатність виконувати різні механічні дії в реальному просторі.

- адаптивність до зовнішнього середовища, тобто здатність самостійно пристосовуватися (змінювати свою стратегію, кінематичну конфігурацію, траєкторію або параметри руху) залежно від змін робочого простору.

Постановка проблеми. Умови експлуатації роботів найчастіше не тільки не відомі, але й можуть непередбачено змінюватися в широкому діапазоні. Причини невизначеності й нестаціонарності цих умов полягають: 1) у недоліку інформації про властивості зовнішнього середовища; 2) у природному розкиді й дрейфі параметрів сенсорної й рухової систем робота; 3) у виникненні перешкод і обчислювальних погрішностей у каналах зв'язку й керування.

Аналіз літератури. В [3] перелічені завдання системи керування та навігації мобільного транспортного робота: контроль руху по небезпечній

траєкторії в обмежених просторах та навігація робота при відсутності даних від зовнішніх джерел навігації (наприклад, при відмові системи позиційної корекції на основі GPS).

В [4] автори підкреслюють доцільність використання фотоелектричних датчиків у системах керування і навігації транспортними роботами, що діють в умовах обмеженого робочого простору.

В [5] автори визначають особливості руху колісних транспортних роботів: відсутність бокового зносу; малі діапазони змін кутів крену та тангажа робота; незалежність кутової швидкості навколо вертикальної осі робота від кутових швидкостей навколо інших осей; мала швидкість руху робота.

Моделі, алгоритми і методи керування промисловими роботами базуються на результатах імітаційного моделювання. В [6] наведено результати розробки адаптивної системи керування робота-навантажувача на базі Lego Mindstorms NXT.

Актуальність роботи обумовлена тим, що успіхи в області теорії адаптивного керування й бурхливий розвиток мікропроцесорів створюють реальні передумови для розробки й широкого використання роботів з адаптивним керуванням і елементами штучного інтелекту.

Мета дослідження моделювання взаємодії робот - зовнішнє середовище, яке у загальному виді містить:

• трансляцію завдання (визначення об'єкту, кількості і характеру перешкод, точок старту та фінішу, гранично допустимих значень параметрів руху й т. ін.);

• пошук додаткової інформації або інструментів до початку виконання завдання;

• виконання завдання (деякої макрозадачі, яка може складатися з великої кількості елементарних підзадач).

Ефективність керування роботами в значній мірі визначається методами навчання й засобами адаптації, використовуваними в їхній системі керування.

Для досягнення мети реалізація адаптивного керування припускає певне «очувствление» робота, однак вимоги до набору сенсорних датчиків тут невисокі й можуть бути зведені до необхідного мінімуму. Разом з тим для досягнення мети при адаптивному керуванні точної ідентифікації параметрів робота й зовнішнього середовища, як правило, не потрібно.

Постановка задачі. Модель транспортного робота (рис. 1) реалізована у вигляді чотирьохколісного візка з системою керування на основі Arduino.

Рух здійснюється у обмеженому робочому просторі ( «шахова дошка» ) з довільним, заздалегідь невідомим розміщенням перешкод. Мета керування - переміщення вантажу з точки старту до точки фінішу, з одночасним визначенням заборонних ділянок де розташовані перешкоди. Таким чином система керування під час руху накопичує «знання» та оптимізує траєкторію.

Для розв'язання поставленої задачі необхідно визначено стратегію руху моделі (рис. 2) та розроблено систему керування на основі Arduino Uno для імітаційного моделювання руху транспортного робота у невизначених умовах робочого простору.

Рис.1. Модель транспортного робота

Існуюча елементна база дозволяє здійснювати орієнтацію в робочому просторі, пошук перешкод, обрання безпечного маршруту та транспортування об'єкту в задану ділянку (або точку) робочої зони. Додаткова умова вибору стратегії руху - наявність перешкод у деяких ділянках робочої зони, критерій оптимальності - швидкодія.

Рис.2. Стратегія руху транспортного робота

Для розробки алгоритму керування робочий простір уявляємо у вигляді кінцевої множини квадратних ділянок, схожих на шахову дошку. Моделювання перешкод здійснюється розміщенням кеглів на деякі ділянки робочого простору.

Для підвищення швидкодії необхідно скоротити час, який витрачається на аналіз інформації з датчиків, планування і дотримання траєкторії руху. Система керування має бути надійною, а стратегія руху - простою.

Блок-схема алгоритму роботи системи керування наведено на рис. 3.

Рис.3. Блок-схема алгоритму роботи системи керування транспортного робота

Алгоритм роботи системи керування передбачає виконання декількох функцій:

- визначення напрямку від точки старту до точки фінішу;

- запит датчиків у пошуку перешкоди (кеглі) в наступній клітинці,

- аналіз сигналу відгуку,

- аналіз напрямку та відстані до фінішної точки,

- аналіз та розрахунок потужності, обертаючого моменту та часу витримки для приводів коліс,

- здійснення переміщення,

- запит датчиків для аналізу розташування робота у межах робочої

зони,

- обрання найкоротшого маршруту у межах робочої зони,

- транспортування об'єкту.

На основі отриманих даних рекомендовано оснащувати роботи засобами автоматичного навчання (самонавчання) і адаптації, які перетворюють їхню керуючу систему в надзвичайно гнучкий інструмент організації цілеспрямованого поводження в умовах невизначеності.

Саме тому роботи з адаптивним керуванням і елементами штучного інтелекту значно перевершують по можливостях роботи із програмним керуванням: вони можуть адекватно реагувати на зміни зовнішньої обстановки, підбудовуватися до дрейфу параметрів зовнішнього середовища, розпізнавати й обходити перешкоди, ідентифікувати цільові об'єкти, визначати їхні характеристики.

Висновки. Виконано імітаційне моделювання системи керування транспортного робота на основі Arduino Uno. Розроблено стратегію руху, представлено блок-схему алгоритму роботи системи керування моделі транспортного роботу.

Библиографические ссылки

1. Юревич Е. И. Основы робототехники / Е. И. Юревич. - Ленинград: Машиностроение, 1985. - 271 с.

2. Куафе Ф. Взаимодействие робота с внешней средой / Ф. Куафе. - М.: Мир, 1985. - 285 с.

3. Алёшин Б. С. Ориентация и навигация подвижных объектов: современные информационные технологии / Б. С. Алёшин, К. К. Веремеенко, А. И. Черноморский. - М.: Физматлит, 2006. - 424 с.

4. Слепокуров Ю. Р. Система навигации промышленного транспортного робота / Ю. Р. Слепокуров, В. В. Пешков // Вестник Воронежского государственного технического университета. Серия: Электроника. Радиотехника. - Воронеж: ВГТУ. - 2012.- № 12 (3). - С.15-18.

5. Черноножкин В. А. Система локальной навигации для наземных мобильных роботов / В. А. Черноножкин, С. А. Половко // Научно-технический вестник СпбГУ ИТМО. - Санкт-Петербург: - 2008, №57, С. 13 - 22.

6. Ащепкова Н. С. Розробка адаптивної системи керування моделі робота-навантажувача на базі Lego Midstorms NXT / Н. С. Ащепкова // Технологический аудит и резервы производства. - Харьков: - 2015, №5/6 (25), С. 45 - 48.

Размещено на Allbest.ru