Статья посвящена актуальной теме исследований, связанной с проектированием и разработкой робототехнических устройств и систем их навигации. В рамках работы студенческого научного кружка её авторами было разработано бортоповоротное шасси экспериментальной модели мобильного робота-уборщика. Подробно описана конструкция и представлена кинематическая схема шасси. В качестве электропривода выбран двигатель постоянного тока из-за простоты регулирования его оборотов. Для управления оборотами двигателя постоянного тока применена широтно-импульсная модуляция. На практике ШИМ регулятор был реализован с помощью микроконтроллера Arduino Uno. В программной среде Arduino IDE была разработана программа автоматического управления скоростью вращения двигателя по желаемому графику. В результате анализа и теоретических исследований в качестве навигационной системы робота были выбраны два метода: метод отражённой волны и инерциальный метод. Представлены преимущества и недостатки каждого из них. Разработана установка волнового зондирования с добавлением инерциальной составляющей в модель. Описаны преимущества такой совмещенной системы навигации. Также отмечены главные недостатки, решить которые помогла разработка принципиально новой интегрированной системы инерциально-зондовой навигации, в которой был применен более мощный микроконтроллер Arduino Mega. Сделаны заключения о значимости исследований и о возможных продолжениях реализации проекта по созданию экспериментальной модели мобильного робота.
The article is devoted to the actual topic of research related to the design and development of robotic devices and their navigation systems. Within the framework of the work of the student scientific circle, its authors developed a side-turning chassis of the experimental model of a mobile robot cleaner. The construction is described in detail and the kinematic scheme of the chassis is presented. As the electric drive the DC motor is chosen because of the simplicity of its speed control. To control the speed of the DC motor, pulse-width modulation is applied. In practice, the PWM regulator was implemented using the Arduino Uno microcontroller. In the software environment of the Arduino IDE, a program was developed to automatically control the engine’s rotation speed according to the desired schedule. As a result of the analysis and theoretical studies, two methods were chosen as the navigation system of the robot: the reflected wave method and the inertial method. The advantages and disadvantages of each of them are presented. A wave-sounding installation with the addition of an inertial component to the model was developed. Advantages of such a combined navigation system are described. Also noted are the main drawbacks, solved by the development of a fundamentally new integrated inertial-navigation navigation system, in which a more powerful microcontroller Arduino Mega was used. Conclusions are made about the importance of research and about the possible continuation of the project to create an experimental mobile robot model.
1. Егоров О.Д., Подураев Ю.В., Буйнов М.А. Робототехнические мехатронные системы. – М.: Станкин, 2015. – 326 с.
2. Ильясова Ф.С., Александров А.П. Робототехника: развитие, современное положение и перспективы // Информационно-компьютерные технологии в экономике, образовании и социальной сфере. – 2016. – № 1. – С. 85–95.
3. Юревич Е.И. Основы робототехники. – 2-е изд., перераб. и доп. – СПб.: БХВ-Петербург, 2005. – 401 с.
4. Горшунов А.А. Методы навигации с применением волнового зондирования // Материалы X Международной студенческой электронной научной конференции «Студенческий научный форум». URL: www.scienceforum.ru/2018/3000/3753 (дата обращения: 13.07.2018).
5. Кузьменко С.В. Разновидности инерциальной навигация и её дальнейшее развитие // Материалы X Международной студенческой электронной научной конференции «Студенческий научный форум». URL: www.scienceforum.ru/2018/3000/3750 (дата обращения: 13.07.2018).
6. Сергеев Е.И. Применение компьютерного зрения при ориентировании в пространстве // Материалы X Международной студенческой электронной научной конференции «Студенческий научный форум». URL: www.scienceforum.ru/2018/3000/3754 (дата обращения: 13.07.2018).
7. Джоган В.А. Электродвигатель постоянного тока // Энергия будущего: материалы научно-практической конференции студентов электроэнергетического факультета. – 2018. – С. 33–37.
8. Боряк С.В., Куприянов И.В. Регулирование скорости вращения двигателя постоянного тока с применением ПИД-регулятора на основе микроконтроллера Arduino Uno // Вестник науки и образования. – 2016. – № 4 (16). – С. 21–23.
9. Гриценко А.В., Дорошенко Н.С. Исследование и классификация методов распознавания изображения в системах компьютерного зрения // Вестник Ставропольского государственного университета. – 2011. – № 4. – С. 84–89.
10. Селетков И.П., Машкин С.В. Построение 3d-модели среды по видео изображению с некалиброванной камеры в режиме реального времени // Вестник Пермского университета. Серия: Информационные системы и технологии. – 2011. – № 12. – С. 80–85.
11. Семенов А.Е., Крюков Е.В., Рыкованов Д.П., Семенов Д.А. Практическое применение технологий компьютерного зрения в решении задач распознавания, восстановления 3d, сшивки карт, точного целеуказания, счисления пути и навигации // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2010. – № 3 (104). – С. 92–102.
12. Мелешко В.В., Нестеренко О.И. Бесплатформенные инерциальные навигационные системы: учебное пособие. – Кировоград, 2011. – 171 с.
13. Соловьев В.И., Шабалов П.Г. Инерциальные навигационные системы: учебное пособие. – Самара: Изд-во СГАУ, 2011. – 71 с.
14. Шевцова Е.В. Погрешности инерциальных навигационных систем: учебное пособие. – М.: Изд-во МГТУ им Н.Э. Баумана, 2012. – 24 с.
15. Ломанов А.Н., Ревунов В.В. Сравнительный обзор аэронавигационных методов автоматического счисления пути // Вестник Рыбинской государственной авиационной технологической академии им. П.А. Соловьева. – 2016. – № 1 (36). – С. 108–115.