CC BY
74
2. Графская С. Вечно на цыпочках не простоишь...или как создать и сохранить имидж помощника руководителя // Секретарское дело. Издательство: Деловые коммуникации (Москва), 2009. № 9. С. 29-32.
3. Евдущенко Е. В. Теоретические основы и установление общих закономерностей проектирования / Е. В. Евдущенко, А. Ю. Федорова // Проблемы современной науки и образования. Иваново: Олимп, 2016. № 30 (72). С. 33-35.
4. IL Modellismo. Técnica del Modello Sartorial e Industríale: Donna. Uomo. Bambino/a // di Istituto di Moda Burgo, 2004 г. 300 с.
THE DEVELOPMENT OF AN AUTOMATED SYSTEM FOR TRANSPORTING
LIGHT LOADS Cherepanov P.1, Romanov P.2 РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ПЕРЕВОЗКИ
ЛЕГКИХ ГРУЗОВ Черепанов П. Ю.1, Романов П. А.2
'Черепанов Павел Юрьевич / Cherepanov Pavel — аспирант;
2Романов Пётр Алексеевич / Romanov Petr - аспирант, кафедра электрооборудования автомобилей и тракторов, автотракторный факультет, Национальный исследовательский университет Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск
Аннотация: в данной работе показаны реализованные программно-аппаратные решения системы управления автоматизированной системы для перевозки легких грузов. Рассмотрен принцип работы таких систем. Даны характеристики основных компонентов, которые используются в данном устройстве, а также обусловлен их выбор. Представлен список оборудования, который входит в состав роботизированной транспортной системы. Даны основные характеристики аккумуляторных батарей, используемых в данной модели. Описаны языки программирования, которые использовались для создания программного обеспечения данного транспортного средства. Приведены некоторые схемы, по которым собиралось устройство. Представлены характеристики мотор-редукторов, используемых в данной разработке. Сформированы основные цели по дальнейшей модернизации данного транспортного средства.
Abstract: this paper shows the implemented software and hardware solutions for management system of an automated system for transporting light loads. The principle of operation of such systems also described in this article. This paper shows the characteristics of the main components used in this device. There is a list of equipment which is part of a robotic transport system in this article. There are the main characteristics of the batteries used in this model. There are the programming languages used to create software of this vehicle. There are some schemes used to create this device. There are main characteristics of the geared motors used in this design. The basic goalfor the further modernization of this vehicle also described in the article.
Ключевые слова: робототехника, роботизированные транспортные средства, мобильные роботы, промышленные роботы, роботы-помощники, космос.
Keywords: robotics, robotic vehicles, mobile robots, industrial robots, robot helpers, space.
Основные цели
Цель статьи - максимально упростить процесс наладки автоматизированной системы для доставки легких грузов под индивидуальную задачу за счет использования в данной работе платы для быстрого прототипирования Arduino2560 с возможностью дальнейшей модернизации.
Актуальность темы
Автоматизированное транспортное средство способно существенно упростить рабочий процесс на производстве. Для электрокаров с автопилотом нет необходимости в водителе, что позволяет значительно сэкономить средства. Автоматизированная тележка способна доставлять груз из пункта A в пункт B без водителя. Достаточно одного диспетчера для того, чтобы контролировать работу нескольких тележек. Также полностью исключено получение различных травм при транспортировке грузов. А на вредном производстве автоматизированная тележка просто незаменима. Как правило, такие системы необходимо настраивать индивидуально под каждую задачу, а это долгий и трудоемкий процесс [1].
Принцип работы роботизированных транспортных систем.
На рисунке № 1 представлена схема работы автоматизированной системы доставки легких грузов. Как правило, все роботизированные транспортные системы имеют единый командный центр, следящий по беспроводному каналу связи за автономной работой всех тележек на участке. Сама же тележка имеет блок управления (Программируемый логический контроллер - ПЛК), лазерный сканер для построения карты местности, датчики движения вдоль магнитной ленты. Тележка получает данные с датчиков и лазерного сканера, передаёт эти данные в единый командный центр, он принимает и обрабатывает эту информацию, отправляет тележку на автоматическую систему загрузки груза. После того как груз помещается на тележку, головному компьютеру приходит сигнал, после чего он отправляет данный груз потребителю по магнитной ленте. Единый командный центр одновременно может контролировать работу нескольких тележек [2].
Оборудование системы.
• несущая платформа, снабженная колесами, и предназначенная для установки на нее бортового оборудования. На транспортной платформе установлены тяговые электроприводы постоянного тока, предназначенные для обеспечения движения транспортного средства, а также датчики, необходимые для контроля элементов его движения;
• модуль питания, предназначенный для обеспечения автономной работы несущей платформы и всех бортовых систем;
• микропроцессорный модуль системы управления и навигации, принимающий сигналы управления от бортового компьютера и формирующий сигналы управления электромеханической системой наведения и тяговыми электроприводами транспортного средства;
• электромеханическая система наведения, обеспечивающая поворот установленной на нее видеокамеры по горизонтали и вертикали. Управляется от микропроцессорного модуля системы управления и навигации;
• система сбора и передачи телеметрических данных транспортного средства, предназначенная для приема и обработки сигналов с блока датчиков транспортного средства. Система передает данные на микропроцессорный модуль системы управления и навигации, который, в свою очередь, передает их на бортовой компьютер;
• бортовой компьютер, предназначенный для приема видеосигнала с видеокамеры и системы телеметрии, а также для передачи сигналов управления на систему управления и навигации и систему видеонаблюдения. Он оснащен специализированной программой, предназначенной для управления всеми функциями транспортного средства;
• устройство для зарядки аккумуляторных батарей от электрической сети переменного тока 220В/50Гц.
Система автоматической загрузки груза
и
Доставка груза Нужному потребителю вовремя
Рис. 1. Принцип работы роботизированных транспортных систем
В состав удаленного автоматизированного рабочего места оператора транспортного средства входит следующее оборудование:
1. персональный компьютер типа «ноутбук», снабженный встроенным передатчиком радиосигнала;
Несущая платформа оснащена двумя тяговыми мотор-редукторами, характеристики которых представлены в таблице 1. Для того чтобы обеспечить автономную работу комплекса, используются две аккумуляторные батареи [3]. Характеристики аккумуляторных батарей представлены в таблице 1. Силовой преобразователь, предназначенный для управления электродвигателями, расположен в пульте управления транспортного средства, и представляет собой реверсивный понижающий преобразователь постоянного напряжения (ППН). Преобразователь производит понижение напряжение питания, аккумуляторных батарей в регулируемое напряжение питания тяговых электродвигателей.
Таблица 1. Характеристики мотор-редукторов транспортного средства
Параметр Значение
Напряжение электропитания 0 ... 24В
Номинальная мощность электродвигателя 200 Вт
Номинальный ток электродвигателя 3 А
Номинальная скорость вращения электродвигателя 3000 об/мин
Передаточное число редуктора 21
Наличие электромагнитного тормоза Да
Таблица 2. Характеристики аккумуляторных батарей
Параметр Значение
Ёмкость: 33 А-ч
Напряжение 24 В
Габариты: 165х175х125 мм
Вес 12,3 кг
Аппаратная часть.
Система управления роботизированной тележкой (рис. 3) в данной работе основана на вычислительной платформе Arduino Mega2560. Технические характеристики представлены в таблице 3 [4]. Для управления достаточно мощными моторами используются драйверы на чипах BTS7960. Так как в конструкцию электромоторов включены электромагнитные тормоза, которые управляются сигналом 24 В, в систему включили два твердотельных реле. Для приема и передачи данных без проводов используем Bluetooth модуль HC-05 (рис. 4). Схема подключения модуля к плате Arduino2560 представлена на рисунке 5. Информацию с окружающего мира система получает посредством следующих датчиков: ультразвуковых дальномеров (рис. 6.), энкодеров, инфракрасных датчиков цвета [5]. Схема подключения ультразвукового дальномера к плате Arduino2560 представлена на рисунке 7 [6].
Рис. 2. Вычислительная платформа Arduino Таблица 3. Технические характеристики Arduino Mega
Характеристики Значения
Микроконтроллер ATmega2560
Рабочее напряжение 5 В
Входное напряжение (рекомендуемое) 7-12 В
Входное напряжение (предельное) 6-20 В
Цифровые Входы/Выходы 54 (14 из которых могут использоваться как выходы ШИМ)
Аналоговые входы 16
Постоянный ток через вход/выход 40 мА
Постоянный ток для вывода 3.3 В 50 мА
Флеш-память 256 Кб (из которых 8 Кб используются для загрузчика)
ОЗУ 8 Кб
БЕРНОМ 4 Кб
Тактовая частота 16 МГц
Рис. 3. Роботизированное транспортное средство
Рис. 4. Bluetooth модуль HC-05
Рис. 5. Схема подключения Bluetooth модуля HC-05 к плате Arduino
Рис. 6. Ультразвуковой дальномер
Рис. 7. Схема подключения ультразвукового дальномера
Программная часть.
Программа главного микроконтроллера Atmega2560 написана на языке Arduino [7], который в свою очередь представляет из себя С++, расширенный различными библиотеками [8]. Программирование осуществляется с Персонального компьютера (ПК), через одноименную среду программирования. Интерфейс программы управления написан на языке Processing [9], который в свою очередь основан на Java. Выводы
Таким образом, используя в данной работе вычислительную платформу для быстрого прототипирования Arduino2560, можно составлять различные алгоритмы работы автоматизированной тележки, писать по этим алгоритмам программы, и записывать эти программы, без демонтажа основной платы, через USB напрямую с ПК. В дальнейшем планируется включить в комплекс микрокомпьютер Raspberry Pi для обработки алгоритмов компьютерного зрения, а также сканирующий лазерный дальномер для построения карты местности.
Литература
1. Бардаков С. Ф. Проектирование манипуляторов промышленных роботов и роботизированных комплексов: Учебное пособие / Бурдаков С. Ф., Дьяченко В. А., Тимофеев А. Н. М: Высш. шк., 1986. 264.
2. Юревич Е. И. Основы Робототехники 2-е издание, перераб. и доп. СПб.: БХВ-Петербург, 2005. 416 с.
3. Возмилов А. Г., Гумерова Э. А., Андреев А. А., Калмаков В. А. Использование математического моделирования для изучения влияния различных факторов на характеристики аккумулятора.
4. Документация по Arduino. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://arduino.ru/Hardware/ArduinoBoardUno/ (дата обращения: 14.12.2016).
5. Фрайден Д. Современные датчики. Справочник. М.: Техносфера, 2005. 587 с. Серия: Мир электроники.
6. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. М.: Мир, 2001. 301 с.
7. Сайт по программирование в arduino. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.arduino.cc/ (дата обращения: 14.12.2016).
8. Павловская Т. А. C/C++. Программирование на языке высокого уровня. СПб.: Питер, 2009. 461 с.
9. Сайт по программированию в processing. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://processing.org/ (дата обращения: 14.12.2016).
