Разработка и проектирование робота для разминирования (стр. 2 из 6)

Для некоторых видов работ (покраска распылением и дуговая сварка) необходимо, чтобы рука робота, следуя по траектории, управлялась непрерывно. Такие роботы с контурным управлением в действительности разбивают сплошную траекторию на большое число отдельных близко расположенных друг от друга точек. Положения точек записывают во время программирования или вычисляют при фактическом движении путем интерполяции, например между двумя точками для образования прямой линии. Эти роботы можно рассматривать как естественное развитие систем с позиционным управлением. Фактически существует «серая зона», в которой системы многоточечного управления могут аппроксимировать сплошную траекторию системы, если рука робота не останавливается в каждой дискретной точке, а плавно проходит через них.

Роботы первого, второго, третьего поколений. К роботам первого поколения обычно относят «глухие, немые и слепые роботы», которые нашли широкое распространение на предприятиях. Роботы второго поколения, которые совсем недавно появились в лабораториях, сейчас можно встретить и на заводах. Роботы второго поколения очень похожи на роботы первого поколения. Используют различную сенсорную информацию об окружающей среде, чтобы корректировать свое поведение при выполнении производственной операции (что соответствует наиболее сложному, шестому классу в упомянутой ранее японской классификации роботов). Сенсорные системы включают устройства технического зрения и тактильные датчики, обеспечивающие «ощущение касания».

Некоторые роботы второго поколения называют интеллектными роботами. Но этот термин следовало бы отнести к роботам третьего поколения, которых нет еще даже в лабораториях. Сейчас только начались исследования по созданию роботов, наделенных «здравым смыслом». Тем не менее такие исследования действительно приведут к созданию так называемых интеллектных роботов, которые будут наделены «чувствами» и способностью распознавать объекты внешнего мира и, таким ; образом, в перспективе станут в какой-то степени обладать способностью действовать самостоятельно.

Несмотря на все многообразие классификационных признаков, существуют «серые зоны». Например, один простой датчик еще не делает устройство роботом второго поколения. Необходимо, чтобы датчик значительно влиял на действия робота. Но что значит «значительно»? Более того, даже принятые определения отличаются друг от друга. Некоторые специалисты относят к первому поколению роботов устройства типа «взять-положить», так что все прочие типы робототехнических устройств оказываются передвинутыми на одно поколение «вверх».

Вполне возможно, что в конечном итоге только роботов второго поколения можно будет считать настоящими роботами, относя первое поколение к программируемым устройствам, обычным манипуляторам и т. п.

Сейчас роботы применяются и военном деле. В данной курсовой работе я попытаюсь разработать шагающего робота для разминирования.

2 Анализ технического задания

Техническим заданием на данный курсовой проект является разработка робота для разминирования различных технических объектов.

Характеристики данного технического проекта могут быть достигнуты за наличием экономических условий, а так же при условии наличия квалифицированных специалистов в данной предметной области, которые смогут проанализировать суть проекта, правильность технических расчетов и важность его разработки.

Отсутствие хотя бы одного из выше перечисленных компонентов не позволят осуществить поставленную задачу.

Основные характеристики робота:

Титановый сплав;

Литий-ионные батареи Roburoc;

Компьютеры (промышленные или с облегченной комплектацией);

Система технического зрения с ptu;

Набор модулей для ночного/дневного режимов работы;

Устройства беспроводной связи;

Лазерный сканер Sick® Lms;

Компьютеризованная навигационная система;

Приемник GPS;

Ультразвуковые датчики;

Датчики ускорения.

Технические параметры робота:

Высота: 160 см, Размах рук: 96 см ;

Примерный вес 160 кг (включая литий-ионные батареи;

Ширина шага: 200 мм( увеличение и уменьшение осуществляется с помощью ПК);

Скорость 0,5 м/с; (уменьшение регулируется компьютером)

Максимальный наклон корпуса: 79 градусов;

Грузоподъемность 65 кг;

Радиус поворота: 1 м;

Питание: 3 литий–ионовых батареи;

Время работы без перезарядки: 3-5 часов;

Влажность: 5-95% (без конденсации);

Моторы: 6 безщёточных электродвигателей;

Управление: джойстик с прямой передачей;

Оптические сенсоры (10 видеокамер)

Способен выдержать силу взрыва, эквивалентную 0,0005 килотонн тротила

Тепловые показатели:

- рабочая температура: 80°С

- температура окружающей среды: max 150°C, min -40°C.

Базовая комплектация:

12 безщёточных моторов с синхронизатором;

Зарядное устройство;

Джойстик управления;

Система аварийного останова (кнопочная, беспроводная);

Встроенный промышленный персональный компьютер (Linux, RTai, SynDEX);

Встроенный контроллер Motorola RSMPC 555;

Программное обеспечение управления:

ИЛИ последовательный интерпретатор команд;

ИЛИ библиотеки C++ Linux для управления из произвольного приложения linux+rtai на базовом компьютере;

Робот способен самостоятельно передвигаться, как и с помощью контроля компьютером. Предназначен для разминирования технических обьектов.

2.1 Рука робота

Вполне вероятно, что в один прекрасный день робот получит широкое распространение. Механическая рука, прикрепленная к корпусу (туловищу), снабженная видеокамерами и специальным рабочим органом, которым может сделан захват какого-нибудь инструмента, например щипцы. Рука приводится в движение электрическим приводом в заранее запрограммированной последовательности движений под управлением контроллера (управляющего устройства), который основан на микропроцессоре и способен определять положение руки благодаря устройствам обратной связи в каждом узле.

Робот программируется оператором, передвигая руку в нужной последовательности либо путем воспроизведения этой последовательности с помощью устройства дистанционного управления. Этот образец робота оснащен сенсорной обратной связью и способен реагировать на происходящее в непосредственной близости от него.

Тем не менее его можно уподобить человеку, который слеп, глух, нем. Но несмотря на эти «невероятные увечья» робота надеюсь внесёт выдающийся вклад в производство. Однако это станет возможным только благодаря тому, что среда, в которой он работает, вплоть до нашего времени специально «строилась» для него.

2.2 Голова робота

Головой робота являются 2 видеокамеры, угол обзора которых 160 градусов, на которых установлены сенсоры скорости. На шее установлен электродвигатель, позволяющий осуществлять поворот головы, для боле лучшего обзора. Это конструкция позволяет упростить строение робота и уменьшить затраты на его производство.

2.3 Корпус робота

Корпус робота сделан из титана и различных металлических сплавов. Внутри расположены двигатели поворота, а так же взаимодействия частей всего робота, тепловые датчики, управляющий микропроцессор. По сути корпус является самым важным элементом нашего проекта. На нем расположены дополнительные защитные металлические пластины. Это позволяет защитить микропроцессор с различными управляющими элементами от нежелательных последствий и укрепить состояние всего робота.

3.3 Программное обеспечение

Программное обеспечение предоставлено компанией Apple.

3.4 Пример шагающего аппарата

Шагающий аппарат содержит корпус, снабженный 2 ногами. В центре корпуса расположен гироскопический датчик, сообщающий системе управления информацию об ориентации корпуса по отношению к вектору силы тяжести; в передней части укреплен оптический дальномер, доставляющий информацию о поверхности, по которой перемещается шагающий робот. Внутри корпуса размещается микропроцессорная система управления и силовая часть.

Каждая конечность имеет три степени свободы, и приводится в действие с помощью двигателя с механизмом (передача, коробка передач, редуктор).

В нижней части конечности находятся три датчика усилия для измерения реакции силы ноги.

Основные характеристики шагающего аппарата:

· высота корпуса – 10 см; · длина стороны – 17 см;

· общая масса – 21 кг; · размер конечности – 45,6 см;

· масса конечности – 2.8 кг; · масса корпуса с микропроцессором – 3,8 кг;

· скорость – около 0,4 км/ч; ·полезная нагрузка – 5 кг;

· длина бедра – 20,4 см; · длина голени – 25,2 см;

· поверхность касания конечности – 28,3 см2

3 Технические расчеты

Попытаемся произвести некоторые расчеты движения руки, ее координирования и различных сил действующих на нее.

Таким образом, вычисления во время рабочего режима при каждом периоде выборки включают в себя только вычисление сил и моментов, развиваемых приводами, но не включает преобразований из декартовой системы координат в пространство присоединенных переменных. Следовательно, возможно увеличение частоты выборки.

Пусть положение системы координат описывает однородная матрица Н(t), размерностью (4x4):