Результаты разработки очевидны. В нашем проекте соединились современные интернет-технологии, оригинальный дизайн исполнения и новое программное обеспечение. Мобильный интернет-манипулятор является продолжением серии домашних роботов. В последнем проекте впервые для управления роботом используется мобильный телефон, причём на нём получается потоковое видео с веб-камеры, устансвленной на роботе. С помощью веб-камеры можно контролировать обстановку в квартире. Программа управления сделана таким образом, что позволяет использовать внутренний гироскоп телефона. Т.е. определённый наклон телефона управляет движением робота вперёд или назад и т.д. и управлять движением манипулятора.
Наша разработка позволяет сделать домашнего робота действительно мобильным и контролировать ситуацию в квартире из любой точки города и даже мира.
Заключение
В ходе научно - исследовательской работы я познакомилась с различными роботами. Я реализовал поставленную мною в начале исследования цель - изготовил прототип мобильного интернет - манипулятора. Для достижения цели я ознакомилась с работой различных роботов, с различными манипуляторами, выполняющими задачу домашних роботов. Я спроектировала модель мобильного интернет-манипулятора, произвела расчеты и собрала электронную схему, организовала технические испытания, определила преимущества и недостатки данной конструкции. Я думаю, что сделала только первый шаг на пути создания хорошего домашнего робота, главными достоинствами которого будут бесшумная работа, большое количество степеней свободы манипулятора, эффективность и простота в обращении. В дальнейшем я буду продолжать усовершенствование моего робота, глубже вникая в изучение программного обеспечения и 3D-моделирования. Главными обоснованиями необходимости этих изобретений будут минимальные экономические затраты на их изготовление и эксплуатацию, их экологичность, и вместе с тем, простота и удобство в обращении. Стоит предположить, что во времена всеобщей занятости, человечество в лице домашних роботов найдет для себя спасение и путь к разрешению многих проблем.
Список литературы
1.Макаров И.М., Топчеев Ю.И. Робототехника: История и перспективы. -- М.: Наука; Изд-во МАИ, 2003. -- 349 с. -- (Информатика: неограниченные возможности и возможные ограничения).
2.Вукобратович М. Шагающие роботы и антропоморфные механизмы. -- М.: Мир, 1976. -- 541 с.
3.Попов Е.П., Верещагин А.Ф., Зенкевич С.Л. Манипуляционные роботы: динамика и алгоритмы. -- М.: Наука, 1978. -- 400 с.
4.Медведев В.С., Лесков А.Г., Ющенко А.С. Системы управления манипуляционных роботов. -- М.: Наука, 1978. -- 416 с.
5.Охоцимский Д.Е., Голубев Ю.Ф. Механика и управление движением автоматического шагающего аппарата. -- М.: Наука, 1984. -- 310 с.
6.Козлов В.В., Макарычев В.П., Тимофеев А.В., Юревич Е.И. Динамика управления роботами. -- М.: Наука, 1984. -- 336 с.
7.Фу К., Гонсалес Р., Ли К. Робототехника / Пер. с англ. -- М.: Мир, 1989.
8.Попов Е.П., Письменный Г.В. Основы робототехники: Введение в специальность. -- М.: Высшая школа, 1990. -- 224 с.
9.Шахинпур, М. Курс робототехники / Пер. с англ. -- М.: Мир, 1990. -- 527 с.
10.Hirose S. Biologically Inspired Robots: Snake-Like Locomotors and Manipulators. -- Oxford: Oxford University Press, 1993. -- 240 p.
11.Охоцимский Д.Е., Мартыненко Ю.Г. Новые задачи динамики и управления движением мобильных колёсных роботов // Успехи механики. -- 2003. -- Т. 2, № 1. -- С. 3--47.
12.Зенкевич С.Л., Ющенко А.С. Основы управления манипуляционными роботами. 2-е изд. -- М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2004. -- 480 с.
13.ROBOmaniac.com.ua -- Новости робототехники
14.Microsoft Robotics Studio -- робототехника для всех
Приложение
Общая структурная схема робота
“РЕСУРС”
Распределенная единая Система Управления Роботами
Краткий обзор Робота:
В роботе может устанавливаться: нетбук, материнская плата, процессор, блок питания, жёсткий диск, wifi-сетевая карта, видео карта, жк-монитор. А так же платы управления двигателями, web-камера, микрофон (опционально), колонки с встроенным усилителем, различные свето-звуковые устройства. Далее на жёсткий диск устанавливается уникальная для каждого робота программа, которая и является драйвером, программой, взаимодействия администратора с роботом по средствам беспроводной сети wi-fi, состоящая из различных модулей:
Основные действия (модули) программы-драйвера робота:
1. Приём команд управления.
Общее описание:
Принимает от администратора команду на включение/выключение определённого двигателя(нога, рука и т.д.) Выполняет действие.
Описание реализации:
Открывается сетевое соединение, пересылка данных осуществляется по собственному протоколу на основе tcp/ip. Так же каждые N миллисекунд посылается команда "пинг", таким образом идёт постоянная проверка связи. И при обрыве связи или сильных помехах в Wi- Fi, пинг задерживается и роботы реагируют на обрыв, прекращая выполнять уже заданные действия.
2. Передача изображения с веб-камеры.
Общее описание:
Видео с веб-камеры передаётся в реальном времtни администратору.
Описание реализации:
Принимает от администратора команду на включение/выключение активности камеры. При активации создаётся сетевой видео поток и транслируется на хост администратора. Трансляция по средствам udp/ip что позволяет снизить нагрузки на компьютеры и сеть, а так же передавать видео с минимальной задержкой. Так же встроен механизм пинга, при отсутствии связи с администратором, трансляция видео потока прекращается.
3. Передача аудио потока с микрофона.
Общее описание:
Звук с микрофона передаётся в реальном времени администратору.
Описание реализации:
Принимает от администратора команду на включение/выключение активности микрофона. При активации создаётся сетевой аудио поток и транслируется на хост администратора. Трансляция по средствам udp/ip, что позволяет снизить нагрузки на компьютеры и сеть, а так же передавать аудио с минимальной задержкой. Так же встроен механизм пинга, при отсутствии связи с администратором, трансляция аудио потока прекращается.
4. Воспроизведение речи.
Общее описание:
Звук с микрофона администратора передаётся, а затем воспроизводится в реальном времени в роботе.
Описание реализации:
Почти то же что и 4 пункт только наоборот, звук идёт от администратора к роботу.
5. Воспроизведение видео.
Общее описание:
Принимает от администратора команду на воспроизведение определённого видео файла, либо команды. Воспроизведение происходит в полноэкранном режиме.
Описание реализации:
На основе собственного протокола принимаются команды на воспроизведение, стоп, паузу и т.д., а так же времени воспроизведения, либо не ограничено.
6. Генеральный модуль.
Описание:
Отслеживает работу всех модулей. При сбое в модуле пишет в лог файл. Перезапускает модуль. Так же контролирует нагрузку процессора, при сбое в системе выключает все двигатели.
7. Шифрование.
Описание:
Модуль является опциональным. В стандартной реализации не используется. Так как управление роботами ведётся по беспроводной сети wi-fi, есть вероятность перехватить третьим лицом управление. Модуль шифрования первоначально устанавливает шифрованное соединение с администратором по средствам криптостойких алгоритмов шифрования. Далее всё управление идёт через шифрованный канал.
На рисунке pic_robots.bmp вы можете посмотреть структурную схему программы.
И взаимодействия с аппаратной частью.
Краткий обзор Администратора:
Администратор является руководителем подразделения роботов. Управление ведётся с ноутбука. На ноутбуке запускается специальная программа управления роботами. Между роботами и администратором настраивается wi- fi сеть.
Основные моменты программы управления роботами:
1. Считывание с конфигурационного файла, количество роботов и их параметры.
2. Управление роботами в реальном времени. Переключение между роботами осуществляется при нажатии клавиши "tab" или клавиши 0-9.
3. Принятие видео, звука, а так же передача.
4. Написание программ синхронного управления роботами (театр роботов).
5. Управление роботами может осуществляться как с одного ноутбука, так и с нескольких.
Программа управления роботом для iPhone
Программа устанавливается на смартфон или планшет с операционной системой iOS.
Программа была написана на языке программирования Objective-C*.
Между роботом и мобильным устройством устанавливается канал обмена данных Wi-Fi.
Видео кодируется мини-компьютером робота, пересылается по Wi-Fi на устройство, которое его декодирует и воспроизводит.
Передвижения робота контролируются встроенным в мобильное устройство гироскопом**: наклоняешь телефон вперед - робот едет вперед, поворачиваешь телефон вправо - робот едет направо.
Управление механической рукой робота осуществляется по средствам кнопок, расположенных на экране мобильного устройства.
Перспективы развития программы:
1) Возможность передавать речь с микрофона телефона на робота, и воспроизводить ее.
2) Установить на манипулятор ультразвуковые датчики, чтобы можно было отслеживать положение робота в пространстве и контролировать расстояние до окружающих объектов
3) Установить на манипулятор датчик присутствия, это даст возможность использовать робота в качестве домашнего охранника. 4) Планируется установить на манипулятор микрофон, что в объединении с колонками даст возможность «общаться» с роботом.
*Objective-C -- компилируемый объектно-ориентированный язык программирования, используемый корпорацией Apple, построенный на основе языка Си и парадигм Smalltalk. В частности, объектная модель построена в стилеSmalltalk -- то есть объектам посылаются сообщения.
** Гироскомп -- устройство, способное реагировать на изменение углов ориентации тела, на котором оно установлено, относительно инерциальной системы отсчета. Простейший пример гироскопа -- юла, волчок
Технологическая карта «Изготовление мобильного интернет-манипулятора «Малыш»»
Корпус отливается на 3Д принтере.
Корпус отливается на 3Д принтере
Детали захвата сделанные на 3Д принтере
Детали захвата сделанные на 3Д принтере
Этап сборки захвата
Манипулятор в сборе с сервоприводами
Манипулятор в сборе с сервоприводами
Манипулятор в сборе с сервоприводами
Верхняя крышка робота с манипулятором
Корпус и нижняя платформа с регуляторами
Процесс сборки
Корпус с преобразователем
Этап настройки
Этап настройки
Этап настройки
Роутер
РР
Плата Ардуино
Разработка программы для мобильного телефона:
Готовое изделие
Готовое изделие