Разработка подсистемы коррекции ошибок положення объекта - Дипломная работа

Объект исследования - инерциальная навигация мобильных роботов.За последние десятилетия мировая робототехника и технологии, связанные с ними, развиваются стремительными темпами, приобретая все большую возможность использования роботов в различных областях человеческой деятельности. В первую очередь, это связано с постоянным совершенствованием характеристик двигателей для роботов, источников энергии, вычислительных средств бортовых систем и, главным образом, развития средств сенсорного оснащения. Это позволяет не только улучшить управление движением робота (например, повысить точность), но и создавать системы повышенного уровня адаптивного управления, что открывает новые возможности для использования роботов. Поэтому современные автомобили оснащаются широким перечнем электронных технологий, призванных помогать водителю, которые известны как технологии автономного вождения и служат для того, чтобы свести к минимуму влияние человеческого фактора ошибок, которые могут привести к дорожно-транспортному происшествию. Навигация в робототехнике имеет ряд существенных особенностей, не позволяющих использовать навигационное оборудование для иных объектов (автомобилей, кораблей, самолетов и пр.) с достаточной эффективностью.Мобильные робототехнические системы применяются сегодня в самых разных отраслях корпоративные заказчики интересуются многофункциональными промышленными роботами, массовый покупатель активно приобретает интеллектуальные пылесосы и роботы-собачки, службы безопасности и спасения рассчитывают на автономные устройства, способные без устали выполнять задачи слежения и поиска. Для успешной навигации в пространстве бортовая система робота должна уметь строить маршрут, управлять параметрами движения (задавать угол поворота колес и скорость их вращения), правильно интерпретировать сведения об окружающем мире, получаемые от датчиков, и постоянно отслеживать собственные координаты. Для реализации поставленной задачи необходимо: а) провести анализ различных видов навигации; б) составить карту местности; в) произвести коррекцию траектории движения робота; г) спланировать оптимальный маршрут движения, ведущего к цели; д) реализовать управление локальными перемещениями по выработанному маршруту; е) реализовать обход дополнительно выявляемых в ходе движения препятствий и опасных мест.Робототехника - область науки и техники, ориентированная на создание роботов и робототехнических систем, предназначенных для автоматизации сложных технологических процессов и операций, в том числе, выполняемых в неопределенных условиях, для замены человека при выполнении тяжелых, утомительных и опасных работ. МР имеет ряд сенсоров для восприятия окружающей его среды, ряд исполнительных устройств (эффекторов) для воздействия на среду и систему управления, которая позволяет роботу совершать целенаправленные и полезные действия рисунок 1.1. МРИЧС использует дистанционные датчики, датчики температуры, датчики химических веществ, датчики радиации и др. для восприятия окружающей его среды, а также двигательные устройства в качестве эффекторов для воздействия на среду рисунок 1.2. Если система управления определяет действие, которое изменяет среду, сенсоры подтверждают данное изменение, отправляя информацию о новом состоянии окружающей среды в систему управления [4]. В настоящее время в большинстве случаев управление роботом осуществляет человек-оператор на уровне движений, при этом от человека требуется непрерывное наблюдение за роботом и оперативное управление его действиями.Одна из команд подготовила 58-страничное техническое описание своего робота SANDSTOR рисунок 1.5. Но поскольку истинный маршрут станет известен только за два часа до старта, ребята провели тысячи часов, собирая и комбинирую карты, модели и аэрофотографии всей потенциальной области гонки рисунок 1.6. В день гонки данные о фактической трассе были переданы по высокоскоростной линии связи центру управления «Красной команды», где армия компьютеров рассчитала оптимальный маршрут, опираясь на предварительные оценки сложности рельефа. Перед началом гонки «Красная команда» рассчитывает наилучший маршрут и передает роботу подробные указание (в форме географических координат каждого метра пути). Лазер дальней зоны 50 раз в секунду регистрирует профиль местности, и на основе ряда последовательных профилей компьютер строит трехмерную модель рельефа рисунок 1.7.Робототехники выделяют три навигационные системы: а) глобальная - определение абсолютных координат устройства при движении по длинным маршрутам; б) локальная - определение координат устройства по отношению к некоторой (обычно стартовой) точке. На роботах устанавливались несложные устройства приема электромагнитного излучения кабеля, позволявшие определять направление перемещения. Правда, линии часто стирались, нередко загораживались другими аппаратами и людьми, а на перекрестках, где сходилось несколько маршрутных линий, роботы обычно терялись и останавливались, не в силах понять, куда же двигаться дальше.

СОДЕРЖАНИЕ

Перечень условных обозначений, символов, единиц, сокращений и терминов

Введение

1. Анализ предметной области

1.1 Анализ технического задания

1.2 Анализ проектирования системы инерциальной навигации

1.3 Гонка «Крепкий орешек»

1.4 Автомобиль - робот SANDSTORM

2. Выбор и обоснование направления разработки

2.1 Обзор аналогичных конструкций

2.2 Принцип построения навигационных систем

3. Разработка подсистемы коррекции ошибок положения объекта

3.1 Выбор и описание гироскопического интегратора

3.2 Анализ ошибок датчиковой системы

3.3 Расчет статических и динамических параметров гироскопа

3.3.1 Расчет демпферов

3.3.2 Расчет датчиков перемещения

3.3.3 Расчет опорной подвижной системы

4. Охрана труда

4.1 Анализ условий труда на рабочем месте

4.2 Промышленная безопасность

4.3 Производственная санитария в помещении

4.4 Пожарная безопасность производственного помещения

Выводы

Перечень ссылок

Приложение А

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, ЕДИНИЦ СОКРАЩЕНИЙ И ТЕРМИНОВ

GPS - глобальная система позиционирования (Global Positioning System);

ИМР - интеллектуальный мобильный робот;

ИНС - инерциальная навигационная система.

МР - мобильный робот; МРИЧС - мобильный робот для использования в чрезвычайных ситуациях; ПК - персональный компьютер; САПР - система автоматизированого проектирования; СП - сенсорная подсистема; СУ - система управления; ЧПУ - числовое программное управление.