Техническая (инструментальная) реализация

Разработка управляемого робота «ХТР-М»

Введение

Каждый год на рынке робототехники «прокручивается» 5 - 6 миллиардов долларов, и эта цифра безостановочно растет. Видимо, век накопления знаний и теоретической науки сменяется новой эпохой – автоматизированных механизмов, не требующих человеческих ресурсов. На сегодняшний день в мире функционируют огромное количество разнообразных роботов. Они выполняют действия начиная от самых простейших – вычислительных, до самых сложных – автоматизированное строение.

В настоящее время существует множество определений понятия робот, остановимся на некоторых из них.

Термин "робот" был впервые введён К. Чапеком в пьесе "R. U. R." (1920), где Роботами называли механических людей.

Википедия же пишет: Ро́бот — автоматическое устройство, созданное по принципу живого организма. Действуя по заранее заложенной программе и получая информацию о внешнем мире от датчиков, робот самостоятельно осуществляет производственные и иные операции, обычно выполняемые человеком (либо животными). При этом робот может как и иметь связь с оператором (получать от него команды), так и действовать автономно.

В итоге Робот – это электромеханическое, пневматическое, гидравлическое устройство, программа, либо их комбинация, работающая без участия человека и выполняющие действия, обычно осуществляемые человеком. Другими словами робот – это автоматическое устройство, имитирующее движения и действия человека.

Любой робот построен по компьютерной технологии. Сознание робота - это вычислительная машина, с которой информация может быть считана и перенесена на отдельный носитель. Робот не лечится, а ремонтируется путем ввода соответствующих диагностических программ или заменой его частей механизма. У робота отсутствует ассоциативное мышление. У него отсутствует любопытство – есть лишь программа по накоплению информации, которая ему необходима. Робот все понимает умом, душевные качества ему не присущи – все-таки он не имеет души, хотя и это стоит поставить под вопрос, ведь прогресс не стоит на месте.

Вспомните Робот-пылесос — пылесос, оснащённый искусственным интеллектом и предназначенный для автоматической уборки помещений. Относится к классу бытовых роботов и интеллектуальной бытовой технике для умного дома.

Робот-пылесос может производить уборку по определённому расписанию, либо по команде пользователя. Во время уборки робот самостоятельно движется по заданной поверхности, убирая с неё мусор. Встретив на пути препятствие, робот принимает решение о способе его преодоления на основе специальных алгоритмов. После окончания уборки большинство роботов самостоятельно возвращаются к зарядному устройству.

Постановка задачи

Была поставлена задача разработки робота способного выполнять функции независимой передвижной станции, которая будет иметь систему безопасности от столкновений и собственные световые огни. Подобные модели роботов могут быть использованы в таких сферах, как: военные и спасательные работы, помощь людям с ограниченными возможностями, доставка грузов в удалённые и труднодоступные районы и других.

Основной особенностью нашего робота будет являться способность беспроводной зарядки аккумуляторов.

В следствии, разрабатывается робот «ХТР-М» - автоматизированный механизм на базе аппаратной платформы Arduino UNO, управляемый по средствам беспроводной связи Bluetooth 2.0., установленный на каркасе модели автомобиля на 4 колесах, приводимые в действие двумя двигателями постоянного тока.

Техническая (инструментальная) реализация

Для обеспечения мобильности и выполнения функций передвижной станции была подобрана динамическая платформа на 4 колёсах, имеющая 2 электромотора, для создания максимальной динамики модели.

Выбор контроллера пал на Arduino UNO – это инструмент для проектирования электронных устройств, более плотно взаимодействующих с окружающей физической средой, чем стандартные персональные компьютеры, которые фактически не выходят за рамки виртуальности. Это платформа, предназначенная для «physical computing» с открытым программным кодом.

Контроллер построен на ATmega328. Платформа имеет 14 цифровых вход/выходов, 6 аналоговых входов, кварцевый генератор 16 МГц, разъем USB, силовой разъем, разъем ICSP и кнопку перезагрузки. Программируется он на языке программирования C/C++.

Для реализации задачи удалённой работы было решено установить беспроводную связь с роботом, действующую в радиусе не менее 8 метров. Для этого был выбран модуль беспроводной связи Bluetooth 2.0., таким образом обеспечивается передача и получение информации от робота в радиусе 10 метров. Более того, установка Bluetooth 2.0 дала возможность управлять роботом не только с мобильного устройства, но с любого другого устройства, имеющего Bluetooth 2.0 и командную консоль.

Так как робот управляется по средством Bluetooth 2.0 высока вероятность исчезновения робота из поля зрения человека, который им управляет, в связи с чем робот снабжён ультразвуковым датчиком расстояния, обеспечивающим его безопасность и предотвращающий столкновения.

Неотъемлемым пунктом является установка световых огней на каркас робота. Они дают возможность управлять роботом в полной темноте, освещая помещение, в котором он находится. Были выбраны 2 LED светодиода, которые установлены в передней части робота и подключены к центральному контроллеру, для реализации возможности управления светодиодами с пульта управления.

Робот управляется при помощи программного обеспечения с мобильных устройств на ОС Android 2.3 и выше (рис 1).

рис. 1 Интерфейс управления роботом «ХТР-М»

С пульта управления посылаются команды в виде единичных символов. Системный комплекс управления модулями робота был реализован на языке программирования C/C++.

Были подключены библиотека управления беспроводной связью, через дискретные порты, и библиотека управления двигателями постоянного тока AFMotor.

После завершения технической и программной реализации робота, был проведен ряд испытаний позволивших увидеть уровень взаимодействия каждого из модулей.

Удостоверившись в полной работоспособности осталось перевести питание робота с USB на независимое энерго-питание. Для этого подошли две аккумуляторные батареи напряжением 9 вольт. Одна питает центральный аппаратный контроллер, а вторая питает двигатели, через драйвер двигателя. Конечно с ходом усовершенствования робота придется задуматься о более мощном и емкостном источнике энерго-питания, в связи с увеличением количества устройств и потребляемых энергоресурсов.

Следующими этапами постройки робота планируются: установка более мощного энергетического источника, установка записывающей камеры или веб-камеры, для вещания изображения в режиме онлайн. Если удастся установить камеру онлайн вещания, то Bluetooth связь будет заменена на Wi-Fi, для более мощной передачи сигнала на управляющее устройство. В завершении будет проведена работа над разработкой беспроводной зарядочной станции робота.