Магистерский диплом (ВКР) на тему Система управления роботом на базе платформы стабилизации положения

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ 4

1 Анализ предметной области 6

1.1 Анализ современного состояния разрабатываемой системы управления роботом на базе платформы стабилизации положения 6

1.2 Принцип работы и структура системы управления роботом 16

1.3 Постановка задач работы 21

2 Разработка функциональной схемы и технических требований системы управления роботом на базе платформы стабилизации положения 22

2.1 Математическое моделирование платформы со стабилизациями 22

2.2 Теоретические основы измерительных систем положения тела в пространстве 30

2.3 Технические требования к составу и структуре системы 35

2.4 Структурная схема системы управления для платформы стабилизации положения 36

2.5 Разработка алгоритма управления системой 40

2.6 Метрологическое обеспечение системы 46

Выводы к главе 2 47

3 Реализация визуализации движения системы управления роботом на базе платформы стабилизации положения 48

3.1 Модель робота – платформы в Solidworks 48

3.2 Описание процесса анимации 49

3.3 Макет робота — платформы 54

3.4 Сборка и программирование устройства для определения ориентации тела в пространстве 64

Выводы к главе 3 74

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 75

Список использованных источников 76

Введение:

Актуальной задачей на сегодняшний день является совершенствование устройств стабилизации и устойчивости роботов, способных перемещаться по наклонным поверхностям и преодолевать препятствия, и другого наземного безрельсового транспорта, в частности инвалидных колясок.

Существующие способы обеспечения доступности объектов инфраструктуры мегаполиса для людей с ограниченными возможностями можно разделить на две группы: адаптация инфраструктуры или повышение мобильности людей с ограниченными возможностями. Повышение мобильности связано с разработкой принципиально новых транспортных средств, максимально расширяющих возможности людей с ограниченными возможностями.

Физиологический механизм компенсации основан на нормальном функционировании систем сохранения. Современные исследования показывают, что работа физиологического механизма компенсации нарушенных функций подчиняется общим закономерностям для высшей нервной деятельности, так как ее составляющей является центральная нервная система. Основой компенсации является рефлекторное действие организма [2]. При включении компенсаторных механизмов активируются врожденные рефлексы и происходит дальнейшее развитие компенсаторного приспособления в виде реализации врожденного рефлекса.

Более 20 миллионов человек во всем мире пользуются инвалидными колясками. Для повышения комфорта жизни людей с ограниченными возможностями все больше внимания уделяется высокотехнологичному оснащению техническими средствами реабилитации. При ряде заболеваний необходимо обеспечить постоянное положение оператора относительно горизонта [3]. В то же время известны технические решения для стабилизации в одной плоскости. Разработка стабилизирующей платформы для инвалидной коляски в перспективе позволит решить эту проблему.

В результате работы была предложена система стабилизации движения робота. Разработана структурно-функциональная схема для случая использования четырех стабилизационных модулей.

Разработанный алгоритм позволяет системе управления автоматически стабилизировать положение платформы при изменении угла отклонения в двух плоскостях. В результате проведенных исследований была разработана модель, которая автоматически стабилизирует положение платформы при моделировании изменений высоты на испытательном стенде.

Целью магистерской диссертации является разработка системы управления роботом на базе платформы стабилизации положения.

Объектом исследования является движение робота — платформы.

Предметом исследования — методы стабилизации положения, анимация движения робота — платформы.

Заключение:

В результате проведенной работы предложена кинематическая схема и спроектирован модуль стабилизации с системой уравновешивания на базе цилиндрической пружины растяжения. Детали макет модуля спроектированы с учетом анализа методом конечных элементов и изготовлены по аддитивному технологическому процессу экструзии материала. Разработана структурно-функциональная схема для случая использования четырех модулей стабилизации. Представляет научный интерес исследование спроектированной платформы и предложенных конструкций модулей стабилизации.

Практическим результатом является прототип платформы для стабилизации движения робота. В результате научных исследований будет создана рабочая модель стабилизации робота-платформы. Проведено моделирование движения робота-платформы по ровной и наклонной поверхностям. И собран рабочий стенд платформы со стабилизацией.

Применение полученных результатов в практической реабилитации – возможно из – за отсутствия аналогов и растущей урбанизации, а также для повышения мобильности пользователей-теперь на каждой станции есть лифт и дежурит специальная бригада сотрудников.

Техническим эффектом полученных результатов является модель платформы со стабилизацией в двух плоскостях при движении робота по неровным поверхностям.

 

Фрагмент текста работы:

1 Анализ предметной области

1.1 Анализ современного состояния разрабатываемой системы управления роботом на базе платформы стабилизации положения

Анализ рассматриваемой области позволяет определить объект исследования как систему стабилизации курсовой устойчивости наземного безрельсового транспорта, а конкретно – отнести его к роботам, способным перемещаться по наклонным поверхностям и преодолевать препятствия, в частности к инвалидным коляскам.

Одной из проблем вышеназванных транспортных средств является нестабильность движения шасси вверх по наклонным поверхностям. Курсовые отклонения транспортного средства при преодолении наклона вызываются большим числом факторов как внешней среды (ограниченность пространства для предварительного маневра, некачественные опорная поверхность и геометрия ступени (пандуса) как профильного препятствия, неоднородность коэффициентов сопротивления и сцепления ходовой части с опорной поверхностью), так и особенностями самого транспортного средства (неодинаковость тяговых сил по «бортам», асимметрия развесовки по «бортам») и «человеческим фактором» (несовершенство вождения, отсутствие навыков в отдельных вопросах, недооценка ситуации, слабость или неустойчивость психики).

Это особенно актуально для технических средств реабилитации (в частности, инвалидных кресел-колясок), поскольку напрямую связано с обеспечением безопасности жизни человека с ограниченными физическими возможностями.

Для роботов и робототехнических комплексов проблема связана с возрастанием требований к искусственному интеллекту и с недостатками дистанционного наблюдения оператором посредством, например, телевизионных камер.

Наиболее распространен способ стабилизации курса с использованием механизмов поворота. Так, отклонение от курса гусеничного транспортного средства, снабженного механизмом поворота, допускающего дифференцированное управление левым и правым «бортами» шасси, компенсируют замедлением забежавшей гусеницы вплоть до нулевой скорости или ускорением отставшей гусеницы.

Широко известен, например, механизм поворота с бортовыми фрикционами и тормозами, за счет которых достаточно просто корректировать курс [Расчет и конструирование гусеничных машин. / Носов Н.А., Галышев В.Д., Волков Ю.П., Харченко А.П. — Л.: Машиностроение, 1972. — 560 с. — С.360-361, Рис.К.6; Катунский A.M. Вождение танков. — М.: Воениздат, 1976. — 174 с. — С.13-15, 63-66, рис.17-19].

Однако, во-первых, далеко не на всех транспортных средствах постановка таких механизмов целесообразна. Во-вторых, автоматизация «бортового» способа поворота такого типа сопряжена с характерным для комплексной автоматизации гусеничных и колесных машин в целом применением электронных схем и датчиков, в конечном счете, то есть существенным усложнением и удорожанием.

Существует также автоматический тормоз транспортного средства, преимущественно инвалидной коляски, приспособленной для перемещения по наклонным поверхностям