Разработка мехатронной системы ориентирования с использованием SLAM-технологии - Дипломная работа

.2 Структурная схема сканирующего лазерного дальномера 2.3 Разработка электронных схем 2.3.3 Разработка генератора стартового импульса 2.4 Разработка механики сканирующего лазерного дальномера.4.2 Электронная схема управления 3.5.2 Определение перемещения на основе анализа изображения полученного при сканированииНаиболее передовые алгоритмы используют изображение с веб-камер и дальномеров для определения положения робота. В иностранной литературе [1] алгоритмы определения положения робота на карте одновременно с построением карты называют аббревиатурой SLAM (Simultaneous Location and Mapping). Поэтому при длительной работе возникают ошибки - полученный образ пространства искажается, хотя возможность навигации по карте сохраняется [2]. Значит, необходим алгоритм вычисления положения робота, адекватно работающий при малом числе особых точек и не искажающий пространство при длительной работе. Обобщенный алгоритм работы системы определения положения робота приведен на рисунке (Рисунок 1). сканирующий лазерный мехатронный дальномерЛазеры могут быть использованы при различных бесконтактных способах измерения расстояний или смещений. С помощью лазеров осуществляются наиболее точные измерения длин и расстояний. Лазерные системы имеют очень большую скорость получения данных (с пропускной способностью до нескольких мегагерц), используются для больших диапазонов измерений, хотя эти качества, как правило, не объединены одним способом измерения. Методы измерения расстояний: · Триангуляция - геометрический метод, используемый для измерения расстояния в диапазоне от 1 мм до многих километров.Для устранения искажений возникающих в результате работы алгоритма необходимо учитывать не только особые точки - разнообразные углы объектов, но и сами прямые объекты - стены и другие длинные прямые предметы. Алгоритм должен отслеживать окружающие робота прямые в течение времени работы робота и на основании параметров p и ? прямых определять положение робота. Для реализации SLAM-метода, основанного на анализе прямых, окружающих робота необходимо следовать алгоритму, представленному на рисунке (Рисунок 2). Этот алгоритм раскрывает этап вычисления перемещения из алгоритма на рисунке 1. и выполняется на каждой итерации рабочего цикла робота. Это обеспечивает использование в расчете только прямых, на которых лежит минимум Hmin точек.Трехмерная модель сканера приведена на рисунке (Рисунок 3). В схеме используется компаратор ADCMP600, технические характеристики которого приведены в [14] (Рисунок 8). Электрическая схема генератора стартового импульса приведена на рисунке (Рисунок 12). Рисунок 18 - Включение стабилизатора КРЕН5А Для питания остальной схемы тоже используется преобразователь TEL 2-2423, но в другом включении (Рисунок 19). Схема его включения приведена на рисунке (Рисунок 21).В данной работе был разработан рабочий макет мехатронной системы ориентирования. Для разработки мехатронной системы ориентирования были проведены расчет и проектирование электронной части, проектирование механической части мехатронной системы. Так же были разработаны алгоритмы работы мехатронной системы ориентирования и программное обеспечение, реализующее алгоритмы работы.ANZ_FIRE DIV_FIRE ANZ_PER_CALRES DIV_CLKHS START_CLKHS ANZ_PORT TCYCLE ANZ_FAKE SEL_ECLK_TMP CALIBRATE NO_CAL_AUTO MESSB2 NEG_STOP2 NEG_STOP1 NEG_START ID0 ANZ_FIRE Устанавливает число импульсов, генерируемых генератором запускающих импульсов 0 = отключен 1 = 1 импульс 2 = 2 импульса … 127 = 127 импульсов DIV_FIRE Устанавливает делитель задающей частоты генератора запускающих импульсов 0 = не допущен 1 = деление на 2 2 = деление на 3 3= деление на 4 … 15 = деление 16 DIV_CLKHS Устанавливает предварительный делитель 0 = деление на 1 1 = деление на 2 2 = деление на 4 3 = деление на 8 HITIN2 Число событий, ожидаемых на канале 2 0 = стоп канал 2 не задействован 1 = 1 событие 2 = 2 события 3 = 3 события 4 = 4 событияSPI. transfer (0x70); SPI. transfer (0x80); SPI. transfer (0x00); SPI. transfer (0x24); SPI.

Содержание

Список сокращений

Введение

1. Исследовательская часть

1.1 Обзор существующих решений

1.2 Методы измерения расстояния с использованием лазеров

1.3 Описание решения

2. Проектно-конструкторская часть

В данной работе был разработан рабочий макет мехатронной системы ориентирования.

Для разработки мехатронной системы ориентирования были проведены расчет и проектирование электронной части, проектирование механической части мехатронной системы. Так же были разработаны алгоритмы работы мехатронной системы ориентирования и программное обеспечение, реализующее алгоритмы работы.

Для разработанной мехатронной системы было проведено исследование точности измерений и построен график зависимости погрешностей от измеряемых расстояний.

Был проведен опыт по определению перемещения на основе изображений, полученных при сканированиях.

С точки зрения экономического обоснования, был произведен расчет стоимости разработки мехатронной системы ориентирования, которая составила 26670,69 руб. Произведен расчет эксплуатационных затрат мехатронной системы ориентирования.

Поставленная цель, заключающаяся в разработке мехатронной системы ориентирования с использованием SLAM технологии, была достигнута.

Результаты работы внедрены в производство предприятием заказчиком.

1. Gasteratos A. Computer Vision Systems . 2008, 551 c.

2. SLAM for Dummies. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://ocw. mit.edu/courses/aeronautics-and-astronautics/16-412j-cognitive-robotics-spring-2005/projects/1aslam_blas_repo. pdf (дата обращения: 12.02.2015)

3. Simultaneous Localisation and Mapping (SLAM): Part I The Essential Algorithms. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.cs. berkeley.edu/~pabbeel/cs287-fa09/readings/Durrant-Whyte_ Bailey_SLAM-tutorial-I. pdf (дата обращения: 15.02.2015)

4. Fernandez-Madrigal. Simultaneous Localization and Mapping for Mobile Robots: Introduction and Methods. 2012.497 с.

5. Chang W. Principles of lasers and optics. 2005.352 с.

6. Федоров Б.Ф. Лазеры Основы устройства и применение. Москва. 2001.311 с.

7. Вудс Р. Цифровая обработка изображений. Техносфера. 2012.438 с.

8. Эддинс С. Цифровая обработка изображений в среде MATLAB. Техносфера. 2012.362 с.

9. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. Мир, 1993.413 с.

10. Тришенков М.А. Фотоприемные устройства и ПЗС. Обнаружение слабых оптических сигналов. Москва. 1992.400 с.

11. Иванов М.Т. Радиотехнические цепи и сигналы. СПБГУ ИТМО2014.374 с.

12. ADA4817-1_4817-2. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/datasheets/ ADA4817-1_4817-2. pdf (дата обращения: 17.03.2015)

13. Большаков И.А. Выделение потока сигналов из шума. Советское радио. 1982.341 с.

14. ADCMP600_601_602. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/datasheets/ ADCMP600_601_602. pdf (дата обращения: 18.03.2015)

15. SPL PL90_3. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://z.compel.ru/item-pdf/6ab8225b60861e32903adc9f7e5ef707 /pn/osram~spl-pl90_3. pdf (дата обращения: 21.03.2015)

16. MIC4451/4452.12A-Peak Low-Side MOSFET Driver Bipolar/CMOS/DMOS. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.micrel.com/_PDF/mic4451. pdf (дата обращения: 21.03.2015)

17. 6N137. High Speed Optocoupler. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.vishay.com/docs/84131/6n137. pdf (дата обращения: 21.03.2015)

18. TDC GP-22. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.acam. de/fileadmin/Download/pdf/others/DB_GP22_ru. pdf (дата обращения: 02.04.2015)

19. TEL-2. DC/DC CONVERTER. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.tracopower.com/fileadmin/medien/dokumente/pdf/ datasheets/tel2. pdf (дата обращения: 09.04.2015)

20. L79l05ABURT. Negative voltage regulators. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://z.compel.ru/item-pdf/9f3f14c9df99084d8a4db9fb3b 1fd21f/ps/st~l79l05ab. pdf (дата обращения: 09.04.2015)

21. Петрунин И.Е. Справочник по пайке. Москва. 1984.400 с.

22. Нинг-Ченг Ли . Технология пайки оплавлением, поиск и устранение дефектов. Поверхностный монтаж, BGA, CSP и flip chip технологии. Технологии. 2006.497 с.

23. Гришенцев А.Ю. Теория и практика технического и технологического эксперимента. СПБГУ ИТМО. 2010.332 с.

24. Мамбетшаев С.В. Методические указания по выполнению организационно-экономической части дипломного проекта, Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010.20 с.

25. САНПИН 2.2.4.548-96 "Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений".

26. ГОСТ 12.1.012 - 90 "Электробезопасность. Общие требования".

27. ГОСТ 12.2.007.0-75 "Система стандартов безопасности труда. Изделия электротехнические. Общие требования безопасности".

28. ГОСТ 12.1.003-83 "Допустимые уровни шумов в производственных помещениях".

29. Тищенко Н.Ф. Охрана атмосферного воздуха. Расчет содержания вредных веществ и их распределение в воздухе. Москва, Химия, 1991.370 с.

30. Технологии охраны здоровья [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://protivogaz.com/pages/fp-300.html (дата обращения: 12.05.15)