Sprawozdanie z laboratorium Automatyki i Robotyki

Robuter

Robot jeżdżący produkowany przez francuską firmę Robosoft SA. System sterujący robotem wykonany jest w oparciu o procesor Motorola 68020 pracujący z zegarem 16MHz. Wyposażony jest w enkodery służące do kontroli pozycji, 8 wejść i wyjść cyfrowych, 8 sonarów. Posiada system operacyjny Albatros, który przypomina popularny system DOS, stanowiący integralny element elektronicznej części oraz który zapewnia łatwość rozbudowy robota o nowe elementy. Sterowanie pojazdem odbywa się z pozycji komputera za pomocą interfejsu RS232. Komendy są wysyłane do niego drogą radiową w formie tekstowej.

Dane techniczne:

Wymiary: 1025 mm (długość), 680 mm(szerokość), 440 (wysokość)

Ciężar: 150kg

Ładowność: 120kg

Prędkość: od 5 cm/s do 1m/s

Akumulatory: 4 x 12V 60Ah (bezobsługowe)

Silniki: 2 x 300 Wat, 48V, 3000 obr/min

Sterowanie: sterowanie różnicowe, dwa niezależne koła napędowe

Dokładność

pozycjonowania: enkodery optyczne <1mm

Robuter jest robotem elektrycznym, w którym napięcie działa na dwa

niezależnie napędzane koła. Najszybszy ruch robota jest możliwy gdy oba koła kręcą się z taką samą prędkością w tą samą stronę. Jeśli chcemy aby robot skręcał wystarczy ustawić różną moc na kołach, lub w przypadku gdy chcemy aby promień obrotu był najmniejszy ustawiamy obracanie kół w przeciwnym kierunku.

Do orientacji w terenie Robuter używa sonarów ultradźwiękowych, którymi operuje procesor Motorola 86000. Najpierw transducer emituje wiązkę

fal akustycznych (podłużnych), które przenoszą się w otoczeniu do momentu,

gdy trafia na przeszkodę i, po odbiciu, wracają do sonaru, gdzie są

rejestrowane niczym w mikrofonie. Układ liczy czas od wysłania do odbioru

fali na podstawie rozchodzenia się dźwięku w powietrzu. Sonary te posiadają

pewna wadę - w odległości do kilkunastu centymetrów przed sonarem

znajduje się tzw. "strefa martwa" - sygnał wraca do sonaru zbyt wcześnie by

sonar ten mógł przełączyć się z działania na zasadzie głośnika na procedury

mikrofonu. Maksymalny zasięg sonarów w Robuterze wynosi około 12 metrów.

Dodatkowym minusem jest możliwość wystąpienia błędu kumulacyjnego. Robot przejeżdżając po nierównym terenie, wzniesieniach pokazuje, że przejechał drogę większą niż w rzeczywistości pokonał. Dodatkowo mogą wystąpić poślizgi kół, więc robot zamiast poruszać się do przodu i mierzyć odległość, będzie stał w miejscu, a odległość mierzył na podstawie obrotu kół.

Oto przykładowy zapis przestrzeni jaką zarejestrował Robuter na naszych zajęciach

LMS 200

Skaner (dalmierz) firmy Sick jest urządzeniem, wysyłającym wiązkę światła, która po pewnym bardzo krótkim czasie wraca i jest rejestrowana. W związku z ogromną prędkością liniową światła, urządzenia bramkujące muszą być bardzo szybkie. Czas w jakim urządzenie mierzy osoby w jego „bliskim” otoczeniu jest nie mierzalny stoperem przez człowieka, ale już czas jaki potrzebowałby laser aby dotrzeć do Księżyca moglibyśmy zbadać zwykłym sekundnikiem. System na bieżąco rejestruje, co jest koło niego (zakres 180^o, dokładność 0,5^o, 1cm). Przykładem z zajęć, było otworzenie drzwi z sali, dalmierz na bieżąco rejestrował na ekranie komputera nowe „przeszkody”. Roboty takie jak skaner dostarczają informacji dotyczących obrazu i kształtu otoczenia. Ustawiając skaner w równych miejscach możemy wytworzyć swego rodzaju "mapę" otoczenia, którą później można wykorzystać do pozycjonowania robota - działanie to jest w pewnym sensie zbliżone do działania człowieka. Skaner jest urządzeniem szybkim i dostarczającym wielu istotnych informacji - na podstawie pojedynczych pikseli (sygnałów docierających z powrotem do skanera) można tworzyć linie, odcinki, kształty.

Urządzenia typu skaner mogą być wykorzystywane głównie w celu poprawy

bezpieczeństwa instytucji i mienia, w robotach mobilnych i fabrykach (m.in. tam, gdzie ludzie nie mają dostępu).

Oto przykładowa „mapa” otoczenia zarejestrowana przez skaner na naszych zajęciach przy otworzonych drzwiach.

„Dragon”

Robot zaprojektowany i wykonany przez zespół z Instytutu Cybernetyki Technicznej Politechniki Wrocławskiej (obecnie Instytut Informatyki Automatyki i Robotyki). Opiekunem naukowym projektu został dr. Andrzej Wołczowski, natomiast szefem projektu Zbigniew Brzozowski. W robotach tego typu stosuje się przenoszenie środka ciężkości na jedną nogę, co pozwala na zmianę położenia drugiej nogi i w rezultacie przemieszczenia całego robota.

Dzięki rozmieszczeniu masy na segmenty przedni oraz tylni, konstrukcja jest stabilna, gdyż wyznaczają one punkt ciężkości na środku nogi robota, a dzięki temu utrzymanie równowagi na jednej nodze jest bardzo łatwe.

„Dragon” składa się z modułu korpusu z mechanizmami wykonawczymi i elektroniką, ruchomych konstrukcji z masami wyważającymi tzw. "głowa" i "ogon" (segmenty przedni oraz tylni), nóg o 2-óch stopniach swobody, w układzie pantografu.

W robocie tym wykorzystano napęd tzw. serwomechanizmów modelarskich. Główną przyczyna takiego wyboru jest konstrukcja napędu. Robot przesuwając „głowę” i „ogon” w tą samą stronę odciąża przeciwległą nogę, co pozwala mu na przemieszczenie drugiej osi, jednak wadą takiego napędu jest długi czas pomiędzy sekwencjami, i wynosi on 20ms.

„Dragon” posiada dwa mikrokomputery, 8 bitowe RISC'owe mikrokontrolery z rdzeniem AVR-Atmega128, jednak ograniczają się one do wysterowania i kontroli położenia mechanizmów wykonawczych, odczytu danych z czujników, obsługi modemu komunikacyjnego i wymiany danych z komputerem nadrzędnym,kontrolowaniu stanu wewnętrznego robota i sygnalizowaniu o błędach. Ponieważ komputer PC posiada dużo większą moc obliczeniową sterowanie i wyznaczanie położenia przegubów zostało zaimplementowane właśnie w komputerze PC. Komputer i mikrokontroler na robocie tworzą tzw. układ rozproszony, w którym komunikują się za pośrednictwem łącza szeregowego wg standardu RS232C transmitowanego za pomocą fal radiowych o częstotliwości 434MHz. Wymiana danych odbywa się w uporządkowanych ramkach o stałej długości 18 bajtów z prędkością 19.2kb/s.

Oto jak „Dragon” się prezentował na naszych zajęciach stając na jednej nodze.

---