В остальном особенности компоновки связаны с необходимыми направлениями измерения дальностей и приёмопередачи направленным ИК-каналом связи.
Вид сверху на печатную плату мобильного робота показан на рис. 11, где введены обозначения:
USB -- разъём miniUSB,
ВКЛ -- тумблер включения питания,
ДЛН0..7 -- оптопары дальномеров,
JTAG -- разъём для подключения JTAG-отладчика,
UART0..1_TX -- ИК-излучающие диоды, подключенные к каналам TX интерфейсов UART0 и UART1 соответственно.
Рис. 11. Вид сверху на ПП мобильного робота.
Направленный ИК-приёмопередающий канал связи ограниченной дальности предназначен для обмена информацией между роботами. На рис. 12 представлены диаграммы направленности а -- передатчика, б -- приёмника.
а б
Рис. 12. Диаграммы направленности:
а -- передатчика, б -- приёмника.
В отличие от радиоканала ИК-приёмопередающий канал связи, реализованный при помощи излучателей VD9-VD12 и интегральных фотоприёмников DA4-DA5, позволяет не только вести обмен информацией в пределах видимости, но и благодаря направленности вычислить с определённой точностью относительное угловое положение роботов, участвующих в обмене информацией, а также оценить расстояние между ними. Комбинация же радиоканала и направленного ИК-канала связи позволяет ускорить процесс взаимодействия мобильных роботов, связанный с необходимостью совместного выполнения заданий. Техническое решение в виде указанной комбинации разработанное авторами защищено патентом Российской Федерации на полезную модель (заявка №2011110325).
Заключение
Использование дальномерных модулей на основе оптопар и интегрального фотоприёмника с предобработкой сигнала для приёмной части ИК-приёмопередающего канала связи упростило архитектуру сенсорной и коммуникативной подсистемы мобильного исследовательского робота по сравнению с применением специализированных измерительных модулей, например в [11]. Наличие интерфейса USB с поддержкой программирования микроконтроллера DD1 и подзарядки бортовых аккумуляторов ускоряет процесс разработки встраиваемого ПО для управления роботом.
Оснащение широким набором сенсоров даёт возможность построения некорректируемых извне систем управления, структурно аналогичных системам управления мобильных роботов, выполняющих важные прикладные задачи, например: автоматизированного поиска людей при чрезвычайных ситуациях и разминирования, выполняемых группой взаимодействующих мобильных роботов, сбора проб грунтов в геологических целях или мусора -- в экологических, а также транспортировки объектов.
Объединение двух систем коммуникации позволяет не только использовать мобильный исследовательский робот в качестве узла сети распределённой системы датчиков [12], но и, с учётом свойства направленности, вычислять с определённой точностью относительное угловое положение роботов, участвующих в обмене информацией и оценивать расстояние между ними.
Литература
1. G. Caprari. Autonomous Micro-Robots: Applications and Limitations.-- THESE No 2753, EPFL, Lausanne.-- 2003.-- 134 p.
2. ST Microelectronics. STR751Fxx Datasheet.-- http://www.st.com/internet/com/technical_resources/technical_literature/datasheet/CD00050740.pdf.-- 2009.-- 84 p.
3. Texas Instru. TPS63001 Dat..- http://www.ti.com/lit/gpn/tps63001.- 2010.- 24 p.
4. National Semiconductors. LM809 Datasheet.-- http://www.national.com/ds/LM/LM809.pdf.-- 2002.-- 8 p.
5. П. Хоровиц, У. Хилл. Искусство схемотехн.- М.: Мир.- 1998.- стр. 479.
6. Maxim Semiconductors. MAX1555 Datasheet.- http://pdfserv.maxim-ic.com/en/ds/MAX1551-MAX1555.pdf.-- 2003.-- 8 p.
7. Александров В.А., Меркурьев И.В. Динам. Оптич. дальномер, применяемый для навигации моб. робота.-- ЦНИИ "Электроприбор": Гироскопия и навигация, №2.-2006.- стр. 94.
8. Visay Semiconductors. TSOP2136 Datasheet.-- http://www.vishay.com/docs/82135/tsop41xx.pdf.-- 2010.-- 7 p.
9. Texas Instruments. CC2550 Datasheet.-- http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/cc2550.pdf.-- 2009.-- 58 p.
10. Philips Semiconductors. ICM7555 Datasheet.-- http://www.nxp.com/documents/data_sheet/ICM7555.pdf.-- 1994.-- 9 p.
11. Vega L., Hughes D., Buscaron C., Schwartz E., Arroyo A., MILyBots: Design and Development of Swarm-Robots .-- Florida Conference on Recent Advances in Robotics, FCRAR 2008.-- Melbourne, Florida, May 8-9, 2008.-- 8p.
12. Л.С. Восков. Беспроводные сенс. сети и прикладные проекты.-- Журнал "Автоматизация и IT в энергетике", №№2,3, 2009.-- 2009.-- стр. 44-55.
Аннотация
Архитектура мобильного робота -- элемента программно-аппаратного комплекса для исследования алгоритмов группового управления. В. А. Александров, А. И. Кобрин, Московский Энергетический Институт (Технический Университет)
В работе рассматривается архитектура аппаратной части автономного мобильного исследовательского мини-робота, который является частью программно-аппаратного комплекса, созданного для изучения многоагентных кооперативных алгоритмов управления группой мобильных роботов. Мобильный робот оснащён набором бортового оборудования, состоящим из: 8-ми дальномерных модулей, радиомодуля двухсторонней связи, 2-х инфракрасных (ИК) локаторов, способных детектировать специальные ИК-метки, ИК-приемопередающего канала ограниченной дальности, одометрических датчиков, двух двигателей постоянного тока, системы индикации и звукового оповещения.
Использование большого количества датчиков мотивировано необходимостью применения системы навигации без использования внешней коррекции при решении задач мобильным роботом. Благодаря этому, алгоритмы разрабатываемые с использованием программно-аппаратного комплекса могут применяться в структурно аналогичных задачах, в которых по каким-либо причинам отсутствует возможность внесения внешней коррекции в навигационную систему робота. Оснащение мобильного робота дублированной системой коммуникации (радио и ИК) обеспечивает широкие возможности по взаимодействию внутри группы роботов.
Ключевые слова: электроника, мобильный робот, групповое управление, сенсорная система.
Abstract
This article describes the hardware architecture of the autonomous mobile research mini-robot which is a part of the hardware & software complex created for studying multiagent cooperational control of mobile robot group algorithms. The mobile robot is equipped by the set of the onboard devices: 8x rangefinding modules, the radio communication module, 2x IR (infra-red) locators, capable to detect special IR-labels, IR directional communication module with the limited range, 2x encoders, 2x DC motors, indication and the sound notification systems. Use of a considerable quantity of sensors is motivated by necessity of application only internal navigation system without any external corrections. Thanks to it, the algorithms developed with use of this hardware & software complex can be applied in structurally similar problems in which external correction of navigating system of the mobile robot cannot be entered. Equipment of the mobile robot by the duplicated communication system (radio and IR) provides ample opportunities of interaction in a group of robots.
Keywords: electronics, mobile robot, group control, sensor based system.