Design and realization of MyRIO controlled robotic car

The peculiarity of the use of robotic cars that are sent to places inaccessible or dangerous to humans. The essence of building a robotic car with MyRIO hardware and LabVIEW software. Control a robotic car with a tablet in the Data Dashboard application.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид статья
Язык английский
Дата добавления 08.09.2020
Размер файла 1,9 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Design and realization of MyRIO controlled robotic car

Patrik Sarga, Adrian Kollar

Abstract

Urgency of the research. Human safety comes first. Therefore, human activity in many areas is being replaced by machines. In many cases, this replacement comes in the form of robotic cars that are sent to places inaccessible or dangerous to humans. The use of robotic cars starts from the smallest models for inspection ofpipelines, confined spaces, sewers, etc., to larger and more perfect cars that are able to carry more weight and thus more electronics and robotic parts, to overcome difficult terrain, unevenness, obstacles and replace the work of a humans, which can be life-threatening. Robotic cars for the exploration, search and destruction of explosives are a great example.

Target setting. The goal of the research was to create inspection robotic car controlled by MyRIO device.

Actual scientific researches and issues analysis. When designing the model and preparing this paper, we took into account both current sources - publications and papers dealing with the current state of development of the inspection robotic cars as well as existing robotic car solutions, which are widely available on the market.

Uninvestigated parts of general matters defining. Autonomous driving has not been addressed at this stage, but can be carried out in further research.

The research objective. The purpose of this article is to explain how a robotic car can be built using MyRIO hardware and LabVIEW software.

The statement of basic materials. In our work were used components from National Instruments. Specifically, MyRIO device and LabVIEW software.

Conclusions. The robotic car's construction was designed in Solidworks. The control system for computer was programmed in the LabVIEW environment, and its specific variables enabled sharing with other devices. In the end, the robotic car was controlled with a tablet in the Data Dashboard application. The functionality has been tested in the field and approved, that the inspection robotic car was ready for use in practice.

Keywords: robotic car; inspection robot; MyRIO; LabVIEW.

Актуальність теми дослідження. Безпека людини на першому місці. Тому діяльність людини в багатьох сферах замінюється машинами. У багатьох випадках ця заміна здійснюється роботизованими автомобілями, які відправляються в місця, недоступні або небезпечні для людини. Використання роботизованих автомобілів починається від найменших моделей для огляду трубопроводів, обмежених просторів, каналізації тощо, до більших і досконаліших машин, які здатні перевозити більше ваги, а отже, більше електроніки та робототехнічних деталей, для подолання складної місцевості, нерівностей , перешкоди та замінять людину на роботах, небезпечних для життя. Роботизовані машини для розвідки, пошуку та знищення вибухових речовин - прекрасний приклад.

Постановка проблеми. Метою дослідження було створити оглядовий роботизований автомобіль, керований пристроєм MyRIO.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. Розробляючи модель та готуючи цю роботу, ми врахували як сучасні джерела - публікації та статті, що стосуються сучасного стану розвитку оглядових роботизованих машин, так і існуючі рішення щодо роботизованих автомобілів, які широко доступні на ринку.

Виділення недосліджених частин загальної проблеми. На цьому етапі автономне керування не розглядалося, але може бути здійснене в подальших дослідженнях.

Постановка завдання. Мета цієї статті - пояснити, як можна побудувати роботизований автомобіль за допомогою апаратних засобів MyRIO та програмного забезпечення LabVIEW.

Виклад основного матеріалу. У нашій роботі були використані компоненти від National Instruments. Зокрема, пристрій MyRIO та програмне забезпечення LabVIEW.

Висновки відповідно до статті. Конструкція роботизованого автомобіля була розроблена в Solidworks. Комп'ютерна система управління була запрограмована в середовищі LabVIEW, а її конкретні змінні дозволяють ділитися з іншими пристроями. Зрештою, роботизований автомобіль керувався планшетом у додатку Data Dashboard. Функціональність була перевірена на місцях і підтверджено, що оглядовий роботизований автомобіль був готовий до використання на практиці.

Ключові слова: роботизований автомобіль; оглядовий робот; MyRIO; LabVIEW.

Introduction

Our goal was to create a functional inspection robotic car capable of operating in the field under various conditions. The operation is programmed in LabVIEW using the MyRIO control unit located in the car. A remote control is done using the Data Dashboard application on the tablet. Being an inspection robot, a very important part of its equipment is a webcam placed on the car, capable of transmitting images directly to a computer (tablet) and enabling the user to view the ongoing survey. If the robotic car operates at night, the connected LED lights will provide enough illumination to continue the survey. The research activity also includes two optical sensors for measuring the distance to the objects of inspection.

Fig. 1. Design of the robotic car in Solidworks

The robotic car operation is programmed in LabVIEW and all data is transferred directly to the computer via Wi-Fi, allowing the user to control the car and all its components in realtime. The user interface works through the Data Dashboard application installed on a tablet.

Design of the robotic car controlled by MyRio. The realisation was divided into two parts, construction and programming. First, we created the design of the inspection robotic car in Solidworks software (Fig. 1, 2, 3, 4, 5, 6) [1]. According to the design we made individual components and together with the purchased parts we assembled them into a physical solution.

Fig. 2. Motors, optical sensor, H-bridges and contact field modeled in Solidworks

Fig. 3. Top view of modeled robotic car

Fig. 4. Front view of modeled robotic car

Fig. 5. Design covers for the sides of the car

Fig. 6. Final model of the car with covers

The centre of the car is the National Instruments MyRIO control unit (Fig. 7). It is a portable reconfigurable stand-alone unit that is primarily used to design control systems in robotics and mechatronics. The basic model NI MyRIO-1900 offers the possibility to connect several analogue inputs (AI) and outputs (AO), digital inputs and outputs (DIO), connection to audio devices, USB port and connection to the power supply. The device also includes an 802.11b, g, n wireless connection. Fig. 7 shows the MyRIO control unit with accessories [2] [3].

1 - NI myRIO-1900, 2 - myRIO Expansion Port (MXP) Breakouts, 3 - Power Input Cable, 4 - USB Device Cable, 5 - USB Host Cable, 6 - LEDs, 7 - Mini System Port (MSP) Screw-Terminal Connector, 8 - Audio In/Out Cables, 9 - ButtonO

The programming part deals mainly with the design and implementation of a program for driving the car forward, backward and modifying these movements such as moving forward and right, forward and left or fast turning - all wheel rotation (4WD). The main program is complemented by subprograms for the robot's optical sensors, LEDs and webcam. The software solution was designed and implemented in LabVIEW environment.

LabVIEW is a graphical programmable language that uses icons instead of structured text to simplify application programming. LabVIEW uses a programming data flow, which determines the execution of commands. LabVIEW program consists of the user interface in which the application is controlled and the block diagram in the background that manages the application. [4], [5].

Realisation of the inspection robotic car. The inside of the car consists of the following components: two H-bridges (Fig. 8), contact field, two optical sensors, MyRIO control unit, LED lights and more. [6], [7].

robotic car hardware software

Fig. 8. H-bridge connection

After connecting H-bridges, motors [8] and encoders, we added sensors and LED lights. We used optical distance sensors from Sharp and the lights were made of USB LED lights connected to 5 V.

We installed all these components together with the control unit and the webcam [9] in the car. In the last step we connected all components to the batteries. Motors require optimal 12V DC voltage. We connected four motors with battery to the H-bridge and the 5 V bridge control and power is provided by the MyRio device. The wiring diagram is shown in Figure 9.

Fig. 9. H-bridge connection to four motors

The final realization of the car is shown in the following figures (Fig. 10).

Fig. 10. Final robotic car without cover, front and top view

Design of the robotic car control software. The control software was created in the Lab VIEW environment, complemented by Real-Time, Vision & Acquisition module and MyRio toolkit [4], which allow us to use pallets and functions directly associated with MyRIO.

After creating the project, we started to insert functions and commands into the block diagram (Fig. 11). In the beginning, we programmed the drives, and it was necessary to deal with the motion logic using PWM signals and the H-bridge [10]. A chassis of the car has four DC motors with encoders, which are connected to two H-bridges. Each bridge thus controls two engines on one side of the car. These motors may, in certain cases, operate as a whole, but each one of these motors is individually controlled based on the input values from the respective encoder. Each motor has its own PID controller to achieve the desired behavior and in case of external influences, each wheel can autonomously regulate. Such operation has the greatest advantage when moving the car on an inclined plane (the left side will be placed higher than the right side or vice versa). The H-bridge has two inputs for motor activation. We can activate these inputs by interconnecting them to achieve permanent operation of the motors, or to supply signals from the MyRIO device and control the motors manually.

The next step in the programming was to design and customize the user interface, which will make control complex and intuitive.

Fig. 12. User interface

In Fig. 12 we can see the final user interface for controlling the robotic car on a computer. This environment includes:

four sliding panels to control the speed and wheel rotation;

six buttons: forward/reverse button, 4WD drive activation, forward/side drive activation, LED lights on/off, PID controller restart, tablet control sharing function, and stop button, which stops all ongoing operations;

transferring images from a webcam to a computer;

a graph showing the behavior of the motors after PID control;

two indicators to show the distance of objects from the car;

four engine speed indicators.

In the final step, we created a remote control environment for iOS using a tablet (iPad). This control was implemented using the Data Dashboard application [11], which allows us to manage shared values from a computer in real time in a tablet. These values are created as variables on the computer and placed in a diagram. It is then linked using a tablet library that is connected to the same network (in this case MyRio).

The resulting tablet control application is shown in Fig. 13. The aim was to create a simplified version of the control environment (Fig. 14).

Fig. 13. Simplified user interface for tablet

Fig. 14. The completed robotic car controlled by a tablet

Testing. After the robotic car was completed, it was necessary to test the functionality of the whole device under various conditions. One of the tests was the inspection of the chassis on the automobile, which can be seen in Figure 15. When testing the functionality of the inspection robotic car, undesirable conditions were not detected and the full functionality of the proposed solution was confirmed.

Final robotic car during chassis inspection

Conclusions. The aim was to create an inspection robotic car, controlled by MyRio. The car was constructed according to the design created in Solidworks. In the next step, we created a control in the LabVIEW environment, which allows us to control the car using a computer. After programming the control via the computer, some variables were set to share with other devices. This allowed the remote control of the robotic car with the tablet in the Data Dashboard app. The car was field-tested and is therefore ready for inspection of car chassis, but also for field research [12]. Acknowledgement. This work was supported by grant project VEGA 1/0330/19.

References

1. Fitzgerald, Higginbotham, Grabel (1975), Basic electrical engineering, Boston, 621p. [in English].

2. Michaeli, Linus (2012), Elektronickй sщciastky a obvody, Kosice, 224p. [in Slovak].

3. Divis, Chmelikova, Zdralek (2005), Logickй obvody, Ostrava, 152p. [in Czech].

4. Kollar, Adrian (2019): Vytvorenie auticka riadenйho pomocou myRIO, Kosice, [in Slovak].

Patrik Sarga - Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, Department of Automation and Human Machine Interactions, Faculty of Mechanical Engineering, Technical University of Kosice

Патрик Сарга - доцент, кандидат технічних наук, факультет механічної інженерії, Технічний університет Кошице

Adrian Kollar - student, Department of Automation and Human Machine Interactions, Faculty of Mechanical Engineering, Technical University of Kosice

Адриан Коллар - студент, факультет механічної інженерії, Технічний університет Кошице

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Идентификация параметров электромеханической системы. Моделирование нелинейных объектов. Оптимизация параметров пид-регуляторов для объектов управления с нелинейностями с применением пакета прикладных программ Nonlinear Control Design (NCD) Blockset.

    лабораторная работа [474,0 K], добавлен 25.05.2010

  • Initial data for the term paper performance. Order of carrying out calculations. Analyze uncompensated system. Synthesize the real PD-compensator ( ) which would guarantee desired phase margin at gain crossover frequency . Analyze compensated system.

    курсовая работа [658,7 K], добавлен 20.08.2012

  • Построение радиорелейных и спутниковых линий передачи, виды применяемых модуляций. Характеристика цифровых волоконно-оптических систем передачи. Применение программно-аппаратного комплекса LabView для тестирования сигнализации сети абонентского доступа.

    дипломная работа [2,9 M], добавлен 26.06.2011

  • Описание основных приборов контроля двигателя и изучение технической схемы тахометра марки ИТЭ-1. Расчет эмпирических параметров и количественный анализ эксплуатационной надёжности прибора. Моделирование работы ИТЭ-1Т в программной среде LabVIEW 8.5.

    курсовая работа [783,6 K], добавлен 10.01.2013

  • Analyses o the current situation on the project and the development of their technical realization. Brief description of the existing zonal area network. Basic requirements for communication lines. Calculation of the required number of channels.

    дипломная работа [771,0 K], добавлен 20.09.2016

  • Экспериментальное определение метрологических характеристик АЦП, их сравнение с паспортными данными и методическими погрешностями АЦП с помощью NI ELVIS и LabVIEW. Преобразование входного аналогового сигнала в дискретный код. Схема измерительной цепи.

    контрольная работа [471,9 K], добавлен 06.12.2013

  • Разработка автомобильной сигнализации на однокристальном микроконтроллере. Алгоритм её работы и блок-схема рабочей программы. Текст программы на языке assembler. Тестирование и отладка в интегрированной среде ProView фирмы Franklin Software Inc.

    курсовая работа [293,8 K], добавлен 14.07.2009

  • Основы работы в среде LabView. Разработка виртуального измерительного прибора, который будет преобразовывать значение температуры из градусов Цельсия (°С) в температуру по Фаренгейту (°F). Блок-диаграмма и элемент управления термометра на основе random.

    контрольная работа [461,4 K], добавлен 20.10.2015

  • Примеры применения дециматоров и интерполяторов. Алгоритм полигармонической экстраполяции для реставрации аудиозаписей. Главные особенности вычисления спектра методом Прони. Реализация алгоритма восстановления сигнала в среде программирования LabVIEW.

    дипломная работа [9,1 M], добавлен 11.09.2012

  • Метод мониторинга давления с фиксированной и скользящей установкой. Дифференциальный метод сведения баланса расходов. Корреляционый метод поиска утечки жидкости из трубопровода. Спектральный анализ сигналов в системе LABVIEW. Быстрое преобразование Фурье.

    курсовая работа [5,7 M], добавлен 10.12.2015

  • Анализ прохождения белого шума через колебательный контур. Расчет плотности вероятности стационарного случайного сигнала на выходе электрической цепи; правила его нормализации. Исследование линейных преобразований случайных процессов с помощью LabVIEW.

    реферат [5,6 M], добавлен 31.03.2011

  • Описания применения LabView для тестирования сигнализации сети абонентского доступа. Анализ контроля качества вызовов и обнаружения фактов несанкционированного доступа. Изучение технико-экономического эффекта от разработки подсистемы документооборота.

    дипломная работа [3,0 M], добавлен 28.06.2011

  • Signal is a carrier of new information for the observer. Concept and classification detector signals, their variety and functional features. The detection abilities of different detector’s types, methodology and milestones of their determination.

    контрольная работа [1,1 M], добавлен 27.04.2014

  • Основные свойства измеряемых погрешностей. Технические и метрологические характеристики средств электротехнических измерений, их сравнительный анализ. Моделирование и реализация виртуального прибора в программной среде National Instruments, Labview.

    курсовая работа [2,4 M], добавлен 09.04.2015

  • Разработка блок-схемы рабочей станции для сбора и обработки данных, кодирования и декодирования сигналов. Основные элементы системы. Проектирование и технология изготовления печатной платы, монтаж, контроль изготовления. Среда программирования LabVIEW.

    дипломная работа [4,4 M], добавлен 11.02.2017

  • История развития IP-телефонии. Принцип действия. Качество IP-телефонии. Интернет-телефония - частный случай IP-телефонии. Система для звонков по телефону и посылки факсов средствами IP. Стандарт Media Gateway Control. Voice Profile Internet Mail.

    реферат [66,9 K], добавлен 10.04.2007

  • Интеллектуальная система управления приточно-вытяжными установками IEVENT. Автоматизированная система управления вентиляцией и кондиционированием. Функциональная и принципиальные электрические схемы. Расчет затрат на оборудование и разработку системы.

    дипломная работа [5,7 M], добавлен 10.08.2014

  • Математичний опис цифрових фільтрів, їх структурна реалізація, етапи розроблення. Візуалізація вхідного сигналу, методика та напрямки аналізу його частотного складу. Розробка специфікації та синтез цифрового фільтра. Фільтрація вхідного сигналу.

    курсовая работа [1,2 M], добавлен 01.06.2013

  • Реализация КИХ и БИХ фильтра на процессоре TMS320C50. Блок-схема алгоритма программы, командные файлы компоновки и программного имитатора. Расчет максимально возможной частоты дискретизации. Расчет и результаты фильтра с помощью пакета Filter Design.

    курсовая работа [1,3 M], добавлен 26.05.2014

  • Разработка лабораторного комплекса по созданию сенсорного интерфейса на основе графической платформы Circuit Design Suite. Проектирование электрической схемы и проверка работоспособности устройства. Определение затрат на создание программного продукта.

    дипломная работа [3,7 M], добавлен 22.11.2015

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.