Материал: 1697

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время тема робототехники мало освещена, но, благодаря новым технологиям, появилась возможность создавать и изобретать различ-

ные роботизированные механизмы. Для этого не требуются специальные ла-

боратории и производственные станки. Благодаря развитию микроэлектро-

ники и электроники в целом появилась возможность приобретать и програм-

мировать микроконтроллеры в удобной форме Разработка манипулятора для смешивания летучих веществ - это одна

из наименее освященных веток развития робототехники. Для создания такого проекта требуются электронная и механическая составляющие.

Основные цели, которые были поставлены при создании проекта, это разработка самого манипулятора, в бюджетном варианте с простой реализа-

цией на базе имеющихся материалов и средств, разработка программного обеспечения для управления устройством и создания алгоритмов

Помимо программирования требовалось выбрать подходящую меха-

ническую модель манипулятора, а после выбора необходимо изменить кон-

струкцию и обеспечить стабильную работу. За основу был выбран хобби ма-

нипулятор с последующей доработкой, а также приобретением специального дозирующего устройства и подключением его к микроконтроллеру.

В совокупности решение представляет собой аппаратно программный комплекс для выполнения необходимых задач. Так же при разработке учиты-

вается и мнение самих работников химических, биологических и других ла-

бораторий.

Актуальность поставленной задачи заключается в нее новизне и при-

менении новых технологий. Один из основных применений проекта - это ис-

пользование в химических лабораториях. С помощью готового проекта будет возможно работать с различными радиоактивными или химическими эле-

ментами, осуществлять химический анализ биологических объектов, смеши-

вать порошковые смеси. На данный момент уже имеются подобные решения,

но они громоздки или имеют большую погрешность. Наше решение предла-

гает бюджетный вариант с возможностью развития проекта и совершенство-

ванием конструкции под определенные нужды.

1 АНАЛИЗ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ ПРОВОДИМОГО ИССЛЕ-

ДОВАНИЯ

1.1 Роботы и роботехнические системы

Робототехника – прикладная наука, которая занимается разработкой автоматизированных технических систем и являющаяся важнейшей техниче-

ской основой интенсификации производства. Основная отрасль применения роботов это промышленость, так как они занимают довольно большое поме-

щение, используют мощные моторы и их трудно программировать. С разви-

тием технологий удалось уменьшить и облегчить компоненты, не ухудшив при этом все остальные свойства. В настоящий момент имеется большое ко-

личество программируемых плат, к которым можно легко подсоединить дат-

чики и двигающиеся элементы. За счет развития появились мощные, ком-

пактные микроконтроллеры, которые могут выполнять довольно сложные задачи. Так же появилась возможность писать программное обеспечение для микроконтроллеров и программы, не на каких-то специфических языках или машинных кодах, а на более удобных и доступных языках. Для проектирова-

ния различных устройств требуются знания электроники, информатики, ра-

диотехники, механики и электротехники.

Основу любого роботизированного устройства составляют механиче-

ская, программная и электронная части. Разработка каждой части занимает продолжительное время и требует последовательности. В большинстве слу-

чаем механическая часть разрабатывается с нуля, исходя из проекта и финан-

совых возможностей. После этого подбираются электронные компоненты:

микропроцессор, сервомоторы, датчики и другие составляющие. Но основ-

ным элементом на данном этапе является контроллер-платформа, с помощью который будет осуществляться управление всеми остальными компонентами.

Для каждого проекта рассматриваются различные контроллеры и кри-

терии к ним, но главным фактором выбора является вычислительная мод-

ность и малое потребление питания. Исходя из этого, можно сделать вывод,

что полученное устройство будет автономным и выполнять определенный алгоритм работы. Но так же можно внедрить и ручное управление.

Можно выделить основные классы роботов широкого назначения: ма-

нипуляционные и мобильные роботы. Так же бывают и другие классы, но они малоприменимы и специфичны.

1.2 Мобильные автоматизированные системы

Мобильный робот – автоматическая машина, в которой имеется дви-

жущееся шасси с автоматически управляемыми приводами. Такие роботы могут быть колесными, шагающими, гусеничными, плавающими, летающи-

ми или ползающими.

Наиболее распространенными роботами данного класса являются че-

тырёхколёсные и гусеничные роботы. Так же создаются роботы, имеющие два или одно колесо. Такое решение позволяет упростить конструкцию робо-

та, а также придать роботу дополнительную манёвренность. Существует не-

которое количество прототипов сферических роботов. Некоторые из них для перемещения используют вращение внутренней массы. На рисунке 1 изоб-

ражен пример сферического робота.

Рисунок 1 – Пример сферического робота В настоящее время перспективой являются шагающие роботы. Это

двуногие роботы, которые способны продвигаться по полу, лестнице и пере-

сеченной местности. Имеется различные технологии, позволяющие таким роботам передвигаться. Одной из самых необычных является ZMP техноло-

гия. Бортовой компьютер управляет роботом таким образом, чтобы сумма

всех внешних сил, действующих на робота, была направлена в сторону по-

верхности, по которой перемещается робот. Благодаря этому не создаётся крутящего момента, который мог бы стать причиной падения робота. На ри-

сунке 2 изображён робот, способный перемещаться шагающим методом.

Рисунок 2 –Шагающий робот CHARLI

Альтернативой данного метода является прыгающие роботы, которые сохраняют свое равновесие за счет прыжков. При использовании алгоритма на двух и четырех ногах появляется способность к бегу.

Одной из самых удачных и широко применимых методов для шагаю-

щих роботов являются адаптивные алгоритмы поддержания равновесия. В

основном они базируются на расчете отклонений мгновенного положе-

ния центра масс робота от статически устойчивого положения или некоей наперед заданной траектории его движения. При движении робот поддержи-

вает постоянным отклонение текущего положения центра масс от точ-

ки статической устойчивости, что влечет необходимость своеобразной по-

становки ног, а также создает проблемы с остановкой машины на одном ме-

сте и отработкой переходных режимов ходьбы. Адаптивный алгоритм под-

держания устойчивости также может базироваться на сохранении постоянно-