Politechnika Wrocławska
Podstawy automatyki i robotyki
19.03.2009
Sprawozdanie z laboratorium w sali 06 Ocena:
Opiekun grupy
Stanowisko nr 1: Robot mobilny Robuter II firmy Robosoft.
Robuter jest robotem mobilnym, elektrycznym, transportowym o ładowności do 120 kg i
prędkości od 5 cm/s do 1 m/s. Robot waży ok. 150 kg wraz z akumulatorami (4x12V 60Ah), a jego
wymiary to odpowiednio: 1025 mm długości, 680 mm szerokości i 440 mm wysokości. Robuter
jest napędzany przez 2 silniki o mocy 300W (48 V, 3000 obr/min) każdy, są to silniki komutatorowe
prądu stałego z reduktorem o przełożeniu 1:23 i enkoderami optycznymi. Robot sterowany jest
metodą różnicową, poprzez użycie różnych prędkości dwóch niezależnych kół napędowych.
Enkodery optyczne pozwalają na dokładność pozycjonowania rzędu <1 mm, określenie
odometryczne do 10-1 stopnia.
Enkoder działa na zasadzie tarczy z otworami umieszczonymi na obwodzie przez które
przesyłane są wiązki podczerwieni odbierane przez przetwornik obrotowo-impulsowy, który
przelicza ilość odebranych sygnałów na prędkość robota. Określenie odometryczne jest uzyskiwane
za pomocą sonarów ultradz
więkowych:
Rysunek 1: Mapa stworzona przez sensory Robutera II
System sterujÄ…cy robota jest wykonany w oparciu o procesor Motorola 68020 pracujÄ…cy z
zegarem 16 MHz. Wyposażony jest w 4 szesnastobitowe liczniki współdziałające z optycznymi
enkoderami optycznymi. System robota wyposażony jest również w 4 dwunastobitowe
przetworniki AC oraz po 8 wejść i wyjść cyfrowych. Robuter posiada dodatkowo system 8 sonarów
ultradz
więkowych zbudowanych w oparciu o procesor Motorola 68000. Robot jest zarządzany
przez system operacyjny ALBATROS.
Robot odbiera komendy i wysyła odpowiedzi za pomocą interfejsu RS232 w postaci
tekstowej, co przypomina pracę z systemem operacyjnym MS-DOS tyle, że przez terminal.
1. Tyne koła napędowe
2. Kółka samonastawne
3. Panel sterowania
4 Główny wyłącznik obwodu
5. Trzpień do zamykania tylnej pokrywy
6. Sensor ultradz
więkowy
7. Złącze płyty montażowej
8. Płyta montażowa
9. Panel tablicy rozdzielczej
10. Wyłącznik bezpieczeństwa
11. Modem radiowy
Rysunek 2: Widok zewnętrzny Robutera II
1. Modem radiowy
2. Płyta montażowa
3. Sensory ultradz
więkowe
4. Panel sterowania
5. Akumulatory
6. Rama
7. Dwa koła przednie  samonastawne
8. Dwa koła tylne  napędowe
9. Dwa silniki elektryczne + hamulce
10. Kodery optyczne
11. Komputer pokładowy
Rysunek 3: Główne podzespoły Robutera II
Stanowisko nr 2: Dalmierz laserowy Sick LMS 200
Dalmierz laserowy LMS 200 firmy SICK jest urządzeniem pierwszej klasy bezpieczeństwa
umożliwiającym dokonywanie pomiarów w pomieszczeniach zamkniętych. Laser mierzy odległość
wysyłając i odbierając sygnały świetlne odbite od przeszkód, przeliczając czas od wysłania sygnału
do jego odbioru na odległość (system TOF  time of flight). Dostarcza ciąg odczytów postaci:
śą Ri , ´Ä…iźą Ri
´Ä…
, gdzie jest wskazanaÛ przez laser odlegÅ‚oÅ›ciÄ… od przeszkody, a kÄ…tem
skanowania. Sensor wykrywa przeszkody w odległości nie przekraczającej 80 m. Statystyczny błąd
Ri"Ä…800cm RiÄ…800cm
pomiaru wynosi ok. 15mm dla i ok. 4 cm dla . LMS umożliwia
wykrywanie przeszkód w sektorze 180o z rozdzielczością kątową 0.5o lub 1o dzięki silnikowi
krokowemu przemieszczajÄ…cemu nadajnik i odbiornik co 1o zaczynajÄ…c od 0 lub od 0,5. Czas
dokonania skanu wynosi 26ms (dla 0.5o) i 13ms dla rozdzielczości 1o.
Jeśli przyjmiemy że dalmierz laserowy znajduje się w początku układu współrzędnych, to
współrzędne punktów należących do krawędzi przeszkody możemy obliczyć na podstawie
równania :
xi= RiÅ"cos ´Ä…
yi=RiÅ"sin ´Ä…
Ri jest wskazaną przez laser odległością od przeszkody, a jest kątem skanowania.
´Ä…
Rysunek 4: Mapa stworzona przez dalmierz laserowy LMS 200
Stanowisko nr 3: Robot kroczÄ…cy Dragon
Rysunek 5: Robot kroczÄ…cy Dragon
Robot składa się z następujących bloków:
" modułu korpusu z mechanizmami wykonawczymi i elektroniką
" ruchomych konstrukcji z masami wyważającymi tzw. "głowa" i "ogon"
" nóg o 2-ch stopniach swobody, w układzie pantografu
Napęd robota stanowi 8 serwomechanizmów modelarskich(4xHS325HD, 4xHS645MG).
Stanowi on moduł ze zintegrowanym elektronicznym kontrolerem sterująco-pozycjonującym,
silnikiem, zespołem przekładni oraz czujnikiem położenia. Położenie kątowe napędu jest
proporcjonalne do czasu wypełnienia impulsu sterującego.
Robot utrzymuje równowagę dzięki przemieszczaniu swojego środka ciężkości w obręb
nogi pozostającej na ziemi dzięki przesuwaniu  głowy i  ogona na boki w stronę tej nogi.
System sterowania składa się z dwóch mikrokomputerów: 8 bitowy RISC'owego
mikrokontrolera z rdzeniem AVR-Atmega128 oraz komputera klasy PC. Część algorytmów
sterowania i wyznaczania położenia przegubów jest zaimplementowana na komputerze PC,
dysponuje on znaczną mocą obliczeniową, która pozwala na szybkie przeliczenie nastaw
mechanizmów wykonawczych i przetwarzanie danych z czujników w czasie zbliżonym do
rzeczywistego. W takim przypadku rola komputera pokładowego w robocie zostaje ograniczona 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
Ze względu na zastosowany napęd, którego nie możemy precyzyjnie pozycjonować. Sterowanie ma
charakter dyskretny. Sekwencje chodu robota składają się z wyznaczonych pozycji mechanizmów,
w poszczególnych fazach ruchu i zostały wpisane do nieulotnej pamięci EEPROM sterownika. W
czasie wykonywania algorytmu chodu sterownik odczytuje położenie poszczególnych przegubów
dla danej fazy ruchu z pamięci, i odpowiednio kształtuje sygnały sterujące mechanizmami. W tym
samym czasie dokonuje pomiaru energii pozostałej w akumulatorach i orientacji robota względem
pionu. W przypadku wystąpienia znacznych odchyłek od wartości normalnych układ podejmuje
decyzję o zatrzymaniu maszyny i powiadamia komputer nadrzędny o błędach. Rozproszone
fragmenty systemu zostały połączone 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. Stała długość
ramki niezależna od ilości wymienianych danych umożliwia łatwą korekcję błędów i
synchronizację po chwilowej utracie kontaktu ze stacją bazową. Synchronizacja zostaje osiągnięta
w drugiej ramce po utracie komunikacji.
Bibliografia:
" http://www.air.pb.edu.pl/labrobotyki/Budowa%20mozliwosci%20i%20programowanie
%20ruchu%20robota%20mobilnego%20ROBUTER%20II.pdf
" http://www.robotyka.com/publikacje/5.pdf
" http://www.tleilax.pieklo.org/roboty/dragon/dragon.html