ROBOT MOBILNY ZBIERAJĄCY INFORMACJE O POMIESZCZENIU

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "ROBOT MOBILNY ZBIERAJĄCY INFORMACJE O POMIESZCZENIU"

Alojzy Stefaniak
7 lat temu
Przeglądów:

1 P O L I T E C H N I K A P O Z N A Ń S K A Praca magisterska ROBOT MOBILNY ZBIERAJĄCY INFORMACJE O POMIESZCZENIU Promotor: dr inż. Dariusz Sędziak inż. Maciej Ciechanowski Poznań 2016

Cel pracy: CEL I ZAKRES PRACY Celem pracy było wykonanie projektu robota mobilnego zbierającego informacje o pomieszczeniu. Zakres pracy: Przegląd literatury w zakresie tematu pracy.

2 Cel pracy: CEL I ZAKRES PRACY Celem pracy było wykonanie projektu robota mobilnego zbierającego informacje o pomieszczeniu. Zakres pracy: Przegląd literatury w zakresie tematu pracy. Badanie charakterystyk wybranych czujników odległościowych. Opracowanie mechaniki pojazdu oraz jej wykonanie. Opracowanie układu sterowania oraz jego wykonanie. Opracowanie programu współpracującego z robotem na komputerze PC. Wykonanie testów pojazdu oraz układu zbierania danych.

3 PRZEGLĄD LITERATURY Metody poruszania się robotów w przestrzeni 2D, Reprezentacja otoczenia, Sensory odległościowe, Czujniki orientujące robota w przestrzeni, Transfer danych między robotem, a komputerem.

4 METODY PORUSZANIA SIĘ ROBOTÓW W PRZESTRZENI Metody globalne: Mapy dróg Dekompozycja komórkowa Metoda pól potencjałowych Metody lokalne: Metody rastrowe Algorytm BUG VFH Vector Field Histogram

5 REPREZENTACJA OTOCZENIA Reprezentacja metryczna: Mapy rastrowe Mapy wektorowe Reprezentacja topologiczna Mapy semantyczne Reprezentacja hybrydowa: Metryczno- topologiczna Topologiczno-metryczna Metryczno-metryczna Rys. 1. Mapa rastrowa 2D [1] Rys. 2. Mapa wektorowa [1] Rys. 3. Mapa semantyczna [1] Rys. 4. Mapa metryczno-topologiczna [1]

SENSORY ODLEGŁOŚCIOWE Czujniki ultradźwiękowe Czujniki optyczne Dalmierz laserowy Skaner laserowy Kamera Kinect Rys. 5. Ultradźwiękowy czujnik odległości HC-SR04 [17] Rys. 6.

6 SENSORY ODLEGŁOŚCIOWE Czujniki ultradźwiękowe Czujniki optyczne Dalmierz laserowy Skaner laserowy Kamera Kinect Rys. 5. Ultradźwiękowy czujnik odległości HC-SR04 [17] Rys. 6. Czujnik odległości Sharp GP2Y0A21YK0F [17] Rys. 9. Kamera Kinect firmy Microsoft [29] Rys. 8. Skaner laserowy RPLidar 360 degree Laser Scanner 2D [28] Rys. 7. Dalmierz laserowy Bosch PLR 50 [26]

CZUJNIKI ORIENTUJĄCE ROBOTA W PRZESTRZENI Optyczny czujnik przemieszczenia Cyfrowy magnetometr 3-osiowy Akcelerometr GPS Global Positioning System Orientacja odometryczna Rys. 11.

7 CZUJNIKI ORIENTUJĄCE ROBOTA W PRZESTRZENI Optyczny czujnik przemieszczenia Cyfrowy magnetometr 3-osiowy Akcelerometr GPS Global Positioning System Orientacja odometryczna Rys. 11. Cyfrowy magnetometr 3-osiowy Xtrinsic MAG3110 [17] Rys. 10. Sensor optyczny z myszki Tracer Scorpion [19] Rys. 12. Akcelerometr cyfrowy 3-osiowy ADXL345 [17] Rys. 13. Moduł odbiornika GPS-GMM-R1 [17]

8 TRANSFER DANYCH MIĘDZY ROBOTEM, A KOMPUTEREM Bluetooth Wi-Fi ZigBee GSM-GMRS Rys. 14. Moduł Bluetooth: a) HC-05 [17] Rys. 15. Moduł Wi-Fi ESP-12E ESP8266 Black [17] Rys. 16. Moduł radiowy z protokołem ZigBee Core2530 [17] Rys. 17. Moduł GSM/GPRS LoNet 800L [17]

BADANIE CHARAKTERYSTYK CZUJNIKÓW ODLEGŁOŚCIOWYCH Czujniki: Czujnik ultradźwiękowy HC-SR04 Czujnik odbiciowy Sharp GP2Y0A21YK0F Badane parametry:

9 BADANIE CHARAKTERYSTYK CZUJNIKÓW ODLEGŁOŚCIOWYCH Czujniki: Czujnik ultradźwiękowy HC-SR04 Czujnik odbiciowy Sharp GP2Y0A21YK0F Badane parametry: Dokładność pomiaru Powtarzalność pomiaru Rys. 18. Ultradźwiękowy czujnik odległości HC-SR04 [17] Rys. 19. Analogowy czujnik odległości Sharp GP2Y0A21YK0F [17]

10 BADANIE CHARAKTERYSTYK CZUJNIKÓW ODLEGŁOŚCIOWYCH Rys. 20. Podłączenie czujników do Arduino UNO

11 BADANIE CHARAKTERYSTYK CZUJNIKÓW ODLEGŁOŚCIOWYCH Dokładność wskazań

12 BADANIE CHARAKTERYSTYK CZUJNIKÓW ODLEGŁOŚCIOWYCH Powtarzalność wskazań

13 CO TO JEST MECHATRONIKA I DO JAKIEJ DZIEDZINY MOŻNA ZALICZYĆ MÓJ PROJEKT?

OPRACOWANIE MECHANIKI POJAZDU NAPĘD ROBOTA - SERWOMECHANIZMY Napięcie zasilania Sygnał sterujący Wymiary Masa Dodatkowe informacje Parametry dla 4,8 V Parametry dla 6,0 V Od 4,8 do 6,0 V 50 Hz / 1-2

14 OPRACOWANIE MECHANIKI POJAZDU NAPĘD ROBOTA - SERWOMECHANIZMY Napięcie zasilania Sygnał sterujący Wymiary Masa Dodatkowe informacje Parametry dla 4,8 V Parametry dla 6,0 V Od 4,8 do 6,0 V 50 Hz / 1-2 ms 40,5 x 20 x 38 mm 60 g Metalowe tryby Brak ogranicznika ruchu Potencjometr do regulacji punktu środkowego Moment: 12,0 kg*cm (1,17 Nm) Prędkość: 0,22 s/60 Moment: 13,5 kg*cm (1,32 Nm) Prędkość: 0,20 s/60 Rys. 21. Serwo PowerHD AR-1201MG [17]

15 OPRACOWANIE MECHANIKI POJAZDU NAPĘD WIEŻY SILNIK KROKOWY Napięcie znamionowe 7,4 V Rozdzielczość 200 kroków/obr (1,8 ) Wyprowadzenia Masa Wymiary Bipolarny (4 przewody) 98 g 42 x 19 mm (z wałem 34 mm) Rys. 22. Silnik krokowy Epson EM-463

16 OPRACOWANIE MECHANIKI POJAZDU BADANIE ODLEGŁOŚCI CZUJNIKI ULTRADŹWIĘKOWE Napięcie zasilania Pobór prądu Zakres pomiarowy Częstotliwość pracy Masa Wymiary 5 V 15 ma cm 40 khz 8 g 45 x 20 x 15 mm Rys. 23. Ultradźwiękowy czujnik odległości HC-SR04 [17]

17 OPRACOWANIE MECHANIKI POJAZDU ORIENTACJA W PRZESTRZENI OPTYCZNY CZUJNIK PRZEMIESZCZENIA Napięcie zasilania Złącze Czułość czujnika Sensor 5 V USB 800 DPI Optyczny Rys. 24. Sensor optyczny z myszki Tracer Scorpion [19,24]

OPRACOWANIE MECHANIKI POJAZDU ORIENTACJA W PRZESTRZENI MAGNETYCZNY CZUJNIK USTAWIENIA KĄTOWEGO Napięcie zasilania Interfejs komunikacyjny Osie

18 OPRACOWANIE MECHANIKI POJAZDU ORIENTACJA W PRZESTRZENI MAGNETYCZNY CZUJNIK USTAWIENIA KĄTOWEGO Napięcie zasilania Interfejs komunikacyjny Osie pomiarowe 3,3 V I2C (fast mode 400 khz) X, Y, Z Zakres pomiarowy +/ µt Czułość 0,1 µt Wymiary 26 x 24 mm Rys. 25. Cyfrowy magnetometr 3-osiowy MAG3110 [17]

19 Rys. 26. Konstrukcja robota mobilnego wykonana w programie Autodesk Inventor 2014

21 Rys. 27. Wirtualna konstrukcja robota mobilnego Rys. 28. Rzeczywista konstrukcja robota mobilnego

22 OPRACOWANIE UKŁADU STEROWANIA

23 OPRACOWANIE UKŁADU STEROWANIA

24 OPRACOWANIE UKŁADU STEROWANIA Rys. 29. Płytki wykonane metodą termotransferu

25 PROGRAM STERUJĄCY NA KAMDUINO UNO Program wykonany w dedykowanym Środowisku Arduino

26 PROGRAM WSPÓŁPRACUJĄCY Z ROBOTEM WYKONANY NA KOMPUTERZE PC Program wykonany w środowisku Visual Studio 2012 w języku C#.

27 PROGRAM WSPÓŁPRACUJĄCY Z ROBOTEM WYKONANY NA KOMPUTERZE PC

28 PROGRAM WSPÓŁPRACUJĄCY Z ROBOTEM WYKONANY NA KOMPUTERZE PC

29 ALGORYTMY PRACY AUTONOMICZNEJ

30 a) b) c) d) Rys. 1. Tworzenie mapy otoczenia: a) rysowany obszar, b) pomiar zgrubny, c) pomiar precyzyjny, d) plik tekstowy z zapisanymi pomiarami

34 PODSUMOWANIE Budowa elementów robota wymagała dużo pracy, głównie ze względu na konieczność tworzenia go we wszystkich dziedzinach jednocześnie. Wykonany pojazd został dobrze przystosowany do zadań jakie miał wykonywać, co widać na tworzonych przez niego mapach obszaru. Zrealizowany projekt pokazuje idealnie synergię pomiędzy poszczególnymi dziedzinami nauki. Projekt można rozwinąć w każdej z omawianych wcześniej dziedzin w celu polepszenia właściwości tworzonych reprezentacji otoczenia. Mechanika napędy, koła, optymalizacja korpusu robota Elektronika sensory, optymalizacja układu sterowania Informatyka złożone algorytmy, równania ruchu, systemy decyzyjne

35 DZIĘKUJE ZA UWAGĘ

Podobne dokumenty

PROJEKT ROBOTA MOBILNEGO ZBIERAJĄCEGO INFORMACJE O POMIESZCZENIU

P O L I T E C H N I K A P O Z N A Ń S K A Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania INSTYTUT TECHNOLOGII MECHANICZNEJ POLITECHNIKI POZNAŃSKIEJ Zakład urządzeń mechatronicznych PROJEKT ROBOTA MOBILNEGO ZBIERAJĄCEGO