Анализ техники ходьбы по количеству точек опоры шагающих роботов. Обзор существующих конструкций. Функциональная схема устройства. Выбор электронных компонентов. Трёхмерная модель робота и его модулей. Исследование цифровой системы на устойчивость.
С развитием научно-технического прогресса, внедрением новых технологий в различных областях производства, в том числе вредного и опасного, возникает необходимость в мобильных устройствах специального назначения, способных работать, например, в зоне высокой радиоактивности (при обслуживании ядерных реакторов), при тушении лесных пожаров или в зонах стихийных бедствий. Шагающий способ представляет основной интерес для движения по заранее неподготовленной местности с препятствиями. Помимо этого шагающий способ передвижения обладает и большей проходимостью на пересеченной местности вплоть до возможности передвигаться прыжками, преодолевать препятствия и т.п.Иными словами, шагающий робот как единый автомат может быть представлен композицией некоторого количества элементарных, независимо функционирующих автоматов, а локомоционный процесс результатом совместного действия этих автоматов. Одноименные суставы всех ног управляют одним из параметров походки, например, длиной шага, высотой тела робота относительно опорной поверхности или же скорость передвижения робота. Выходной сигнал сенсорной системы, который используется в цепи обратной связи регулятора, содержит в себе также и информацию о действиях других автоматов, так что отдельный автомат воспринимает действия других автоматов посредством сенсорной системы, а не путем каких-либо каналов связи между регуляторами. Желаемые параметры походки робота задаются более высоким уровнем системы управления и остаются постоянными в процессе ритмичной ходьбы. Условием устойчивого равновесия является требование, чтобы при движении центр тяжести такого робота в любой момент находился в пределах воображаемого треугольника, углами которого являются опорные в настоящий момент конечности.По итогам выполненной работы были получены следующие результаты: 1) Произвели анализ шагающего способа движения;На основе проведенного анализа техники ходьбы, анализа существующих конструкций была выбрана четырехногая компоновка робота, т.к. такая компоновка робота более компактная, чем шесть ног, и намного проще чем с двумя ногами. Схема разработанного робота представлена ниже на Рис. Робот состоит из корпуса 5, на котором закреплены приводы 3, на выходном валу привода расположена втулка 1 , на которой закреплена с натягом лапа 2. На основе проведенного анализа существующих конструкций была выбрана форма ног выполненные в виде С-образных колес, и закреплены со смещением оси вращения - это позволяет увеличить проходимость робота по сравнения с круглым профилем ног, и уменьшить момент сопротивления по сравнению с вытянутым профилем ног. Соответствующие данному режиму работы диаграммы для двух различных значений частоты вращения (10.46 и 6.28 ) показаны на рис.По итогам выполненной работы были получены следующие результаты: 1) Составлена схема устройства шагающего робота;На функциональной схеме приняты следующие обозначения: Pitanie - выключатель питания установки; START - кнопка включения робота При включенном состоянии осуществляется подача питания на приводы и датчики, начинается обработка данных с аналоговых входов микроконтроллера, ЖКИ переходит в режим отображения скорости перемещения робота. 3.1 приведена структурная схема системы автоматического управления одним из приводов. В этих уравнениях и - индуктивность и сопротивление цепи якоря; и , где и - коэффициенты пропорциональности, а - поток возбуждения; - приведенный к оси двигателя суммарный момент инерции, - угловая скорость, М - момент нагрузки, приведенный к валу двигателя Используя встроенные средства среды Simulink, получим график переходного процесса системы, при воздействии на нее единичного ступенчатого сигнала (рис.По итогам выполненной работы были получены следующие результаты: 1) Составлены функциональная и структурная схемы системы управления шагающего роботом; 2) Составлены передаточные функции, описывающие аналоговую систему автоматического управления, проведено моделирование системы автоматического управления в программном пакете Matlab; 3) Составлены передаточные функции, описывающие цифровую систему автоматического управления, проведено моделирование цифровой системы автоматического управления и сравнение с аналоговой системой в программном математическом пакете Matlab; Итогом этого преобразования станет дискретная передаточная функция (рис. Смоделируем дискретную и аналоговую систему автоматического управления в Simulink (рис.Будем использовать датчик наклона D6B-2 Характеристики датчика наклона: Диапазон величины угла срабатывания 45...75° Используем датчик тока ACS714 Sensor Carrier-30 to 30A Рис. 4.7 Датчик тока ACS714 Sensor Carrier-30 to 30A Характеристики датчика наклона: Размер: 20х17мм Будем использовать инкрементальный энкодер E30S4-3000-6-L-5 компании - AUTONICS (рис.По итогам выполненной работы были получены следующие результаты: 1) Произведено моделирование цифровой системыВ данном дипломном проекте был проведен анализ шагающего вида движения, анализ техники ходьбы по количеству точек опоры шагающих роботов.
Введение
С развитием научно-технического прогресса, внедрением новых технологий в различных областях производства, в том числе вредного и опасного, возникает необходимость в мобильных устройствах специального назначения, способных работать, например, в зоне высокой радиоактивности (при обслуживании ядерных реакторов), при тушении лесных пожаров или в зонах стихийных бедствий.
Наиболее полно этим требованиям, скорее всего, будут отвечать шагающие роботы
Шагающий способ представляет основной интерес для движения по заранее неподготовленной местности с препятствиями. Помимо этого шагающий способ передвижения обладает и большей проходимостью на пересеченной местности вплоть до возможности передвигаться прыжками, преодолевать препятствия и т.п. При шагающем способе меньше разрушается грунт. [2]
Целью данного проекта является разработка шагающего робота. Как природная, так и техногенная среда содержит множество препятствий которые трудно или невозможно преодолевать с помощью традиционных типов движения. Наибольшую сложность представляют препятствия в виде ступенек. Преодолеть такие препятствие становиться возможным благодаря конструкции шагающего робта.
Вывод
По итогам выполненной работы были получены следующие результаты: 1) Произвели анализ шагающего способа движения;
2) Произведен анализ техники ходьбы по количеству точек опоры шагающих роботов;
3) Произведен обзор существующих конструкций.По итогам выполненной работы были получены следующие результаты: 1) Составлена схема устройства шагающего робота;
2) Произведен расчет основных узлов модуля шагающего робота;
3) Произведен расчет посатки с натягом;
4) Произв6еден расчет и выбор подшибника;
5) Произведен геометрический расчет реечной передачи.По итогам выполненной работы были получены следующие результаты: 1) Составлены функциональная и структурная схемы системы управления шагающего роботом;
2) Составлены передаточные функции, описывающие аналоговую систему автоматического управления, проведено моделирование системы автоматического управления в программном пакете Matlab;
3) Составлены передаточные функции, описывающие цифровую систему автоматического управления, проведено моделирование цифровой системы автоматического управления и сравнение с аналоговой системой в программном математическом пакете Matlab;
Глава 4. Цифровая САУ
4.1 Моделирование цифровой системы
Для исследования ЦСАУ необходимо провести z-преобразование передаточной функции непрерывной системы. Для этого воспользуемся средствами математического пакета VISSIM (рис. 4.1).
Рис. 4.1 Переход в Z-пространство средствами VISSIM
Итогом этого преобразования станет дискретная передаточная функция (рис. 4.2.)
Смоделируем дискретную и аналоговую систему автоматического управления в Simulink (рис. 4.3).
Рис. 4.3 Структурная схема цифровой и замкнутой системы
Рис. 4.4 Сравнение передаточных функций замкнутой системы по S- и Z-преобразованиям
4.2 Исследование цифровой системы на устойчивость
Как известно, непрерывная система устойчива, если все корни ее характеристического уравнения лежат в левой полуплоскости.
При исследовании дискретных систем вместо р используется новая переменная z = . Конформное преобразование z = отображает левую полуплоскость плоскости р в область, ограниченную окружностью единичного радиуса на плоскости z, при этом мнимая ось отражается в саму эту окружность [1]. Следовательно, для того чтобы системы была устойчива необходимо и достаточно, чтобы корни характеристического уравнения лежали внутри единичной окружности.
Рис. 4.5 Проверка устойчивости ЦСАУ
Как видно из рис. 4.5, все корни характеристического уравнения лежат внутри единичной окружности, следовательно, проектируемая цифровая система устойчива.
4.3 Выбор электронных компонентов
Рассматривая функциональную схему устройства (рис. 51), можно сделать вывод о количестве необходимых компонентов для реализации цифровой САУ.
Представим список необходимых компонентов: 1) Плата Управления;
2) Силовой модуль;
3) датчики (3 типа);
4) ЖКИ - дисплей;
5) Радио модуль.
4.3.1 Плата
Для проектируемой ЦСАУ рационально использовать плату Freeduino Through-Hole на базе микропроцессора ATMEGA1280 datfsheet т.к. она подходит к нашему т.з., простата в использовании, не большая цена.
Цифровые порты ввода/вывода: 14 портов (из них 6 с ШИМ-сигналом)
Аналоговые порты ввода: 6 портов
ППЗУ 16 K из них 2 К используются загрузчиком
ОЗУ (SRAM): 1 Кбайт
ПЗУ (EEPROM): 512 байт
Тактовая частота: 16 МГЦ
Интерфейс с ПК: USB
Питание от USB, либо от внешнего источника, выбор с помощью перемычки
Рис. 4.5. Freeduino Through-Hole.
4.3.2 Силовой модуль
Будем использовать Motor drive - силовой модуль управления двигателями.По итогам выполненной работы были получены следующие результаты: 1) Произведено моделирование цифровой системы
2) Произведен подбор электронных компонентов для реализации системы управления шагающего робота;
3) Составлена принципиальная схема системы управления шагающего робота.
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
