CC BY
31
2. Техническая информация. Команда Thrun. URL: http://www-robotics.usc.edu/~maja/teaching/cs584/papers/thrun-stanley05.pdf (дата обращения 6.08.2012).
3. Техническая информация. Команда Stanford Racing Team. URL: http://robots.stanford.edu/papers/junior08.pdf (дата обращения 6.08.2012).
4. Техническая информация. Команда Stanford Racing Team. URL: http://archive.darpa.mil/grandchallenge05/TechPapers/TeamTerraMax.pdf (дата обращения 6.08.2012).
D.A. Varabin
ROBOTICS SOFTWARE AND HARDWARE COMPLEX WITH AUTOMATIC MOTION MODE.
A version of robotics software and hardware complex moving in both manual and automatic modes is proposed. The construction conception of robotics complex, the generalized structural design of proposed solution and its advantages are introduced.
Key words: robotic platform, software and hardware complex, automobile-robot.
Получено 17.10.12
УДК 004.896
Д.А. Варабин, инж.-исследователь, (49232)9-03-16, denvar@bk.ru (Россия, Ковров, ОАО «ВНИИ «Сигнал»).
СИСТЕМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОГО УГЛА ПОВОРОТА ПОДВИЖНОГО ОБЪЕКТА
Рассмотрен вариант построения программной и аппаратной частей системы определения относительного угла поворота мобильного робота. Рассмотрены методики и алгоритмы калибровки датчика угловой скорости.
Ключевые слова: мобильный робот, алгоритм калибровки, датчик угловой скорости.
Система определения относительного угла поворота подвижного объекта была применена в системе ориентации робота в пространстве на российских робототехнических соревнованиях «Робофест-2011» и «Робо-фест-2012». Одним из требований данных соревнований являлось использование в конструкции робота определенного, заранее оговоренного набора оборудования. Для решения данной задачи были использованы следующие устройства: аналоговый датчик угловой скорости CRS03 [1], плата обработки данных NI Single Board [2], миниатюрное поворотное устройство (авиамодельная рулевая машинка).
Поворотное устройство представляет собой авиамодельную рулевую машинку, представляющую собой электропривод с обратной связью. Это позволяет ей поворачивать выходной вал на точный заданный угол. Рулевая машинка состоит из редуктора, электродвигателя, датчика обратной связи и платы управления, размещенных в едином корпусе.
Все вычисления производились на плате сбора и обработки информации NI Single Board. В ее состав входят программируемая интегральная логическая схема (ПЛИС) и процессор реального времени, что позволяет распределить вычисления и использовать распараллеливание процессов. Программное обеспечение написано на графическом языке программирования Lab View. Оно состоит из двух частей - центральной панели, на которой расположен виртуальный интерфейс программы, и блок схемы -«программный код» Lab View, который компилируется в G код.
Датчик угловой скорости представляет собой микромеханический гироскоп с аналоговым выходным сигналом, пропорциональным угловой скорости датчика вдоль оси чувствительности.
Основные недостатки использования данного аналогового датчика угловой скорости:
1) зашумленность аналогового сигнала с датчика;
2) при неподвижном положении датчика его выходное напряжение, соответствующее значению нулевой угловой скорости («ноль» датчика), равно 2,5 В. Однако в зависимости от условий окружающей среды (непостоянство температуры, давления и др.), напряжение может изменяться в некотором диапазоне. При проведении испытаний максимальная разница значений напряжения "нуля" датчика составляла 0,15 В. При вычислении относительного угла поворота ошибка значения «нуля» датчика дает значительную ошибку значения угла, нарастающую со временем.
3) при вращении датчика с одинаковыми угловыми скоростями, но в разных направлениях, значения выходного напряжения датчика отличались по амплитуде, что означает разные масштабные коэффициенты для знака угловой скорости. При проведении испытаний выявлено, что на значения этих коэффициентов также влияют условия окружающей среды.
Суть предлагаемого решения заключается в создании специальных методик расчета угла, фильтрации данных и калибровки значений датчика.
Аналоговый сигнал датчика угловой скорости CRS03 подключен к входу АЦП платы обработки данных NI Single Board. Она имеет источник вторичного электропитания 5В, что позволяет питать датчик напрямую от платы. Такое решение позволяет сократить уровень шумов в выходном сигнале датчика и повысить помехозащищенность системы
Первая часть калибровки - калибровка «нуля» датчика. Она включает в себя последовательное вычисление поправки к значению угловой
скорости во время неподвижного положения робота. Обобщенная блок-схема калибровки «нуля» датчика представлена на рис. 1.
Вторая часть калибровки - нахождение масштабных коэффициентов при вычислении угла поворота датчика. Датчик угловой скорости, установленный на поворотной платформе, поворачивается на углы ±180 градусов. При этом сам робот находится в неподвижном состоянии. Вращая датчик на поворотном устройстве (в обе стороны) можно осуществить привязку значения реального угла поворота к рассчитанному, тем самым устраняется ошибка масштабных коэффициентов шкалы датчика. Обобщенная блок-схема данной калибровки изображена на рис. 2.
Принятие переменной X в качестве постоянной поправки к значению угловой скорости
Рис. 1. Обобщенная блок-схема калибровки «нуля» датчика
Рис. 2. Обобщенная блок-схема
нахождения масштабных коэффициентов
Время изменения условий окружающей среды значительно меньше времени заездов на соревнованиях (около 2 минут), поэтому данные калибровки производились непосредственно перед каждым заездом, обеспечивая необходимые точностные характеристики в течение всего времени заезда.
Для обеспечения требуемой точности при ограниченной вычислительной мощности системы для предварительной фильтрации оцифрованного сигнала угловой скорости использовался метод скользящего среднего, а для получения значения угла - численного интегрирования методом трапеций. Вычисление масштабных коэффициентов происходит параллельно с вычислением относительного угла поворота. Обобщенная блок-схема вычисления относительного угла поворота робота изображена на рис. 3.
Рис. 3. Обобщенная блок-схема вычисления относительного угла поворота подвижного объекта
В ходе испытаний робота (заезды продолжительностью 3 мин.) был получен следующий результат - максимальная ошибка определения угла один градус. За это время робот совершал около 20 поворотов (с углами поворота до 180 градусов). Разработанная система определения угла поворота использовалась на роботе Т-800М в соревнованиях мобильных роботов «Робофест 2011» и «Робофест 2012», где этот робот занял первое место.
Список литературы
1. CRS03Angular Rate Sensor. URL: http://kevin.org/frc/gyro/crs03.pdf (дата обращения 10.08.2012).
2. NI Single-Board RIO. URL: http://www.ni.com/singleboard/ (дата обращения 10.08.2012).
D.A. Varabin
SYSTEM FOR DETERMINING THE RELATIVE ROTATION ANGLE OF MOBILE
OBJECT.
A software and hardware construction version of system for determining the relative rotation angle of mobile robot is considered in the article .The calibration methods and algorithms of angular sensor are examined.
Key words: mobile robot, calibration algorithm, angular sensor.
Получено 17.10.12
УДК 621.396.6
А.В. Филиппов, канд. техн. наук, нач. отдела, (4872)47-40-68, strela@tula.net (Россия, Тула, ОАО «НПО «Стрела»)
ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУИРОВАНИЯ РЭА, РАБОТАЮЩЕЙ В УСЛОВИЯХ ШИРОКОПОЛОСНОЙ ВИБРАЦИИ
Изложены конструктивные методы активизации диссипативных (поглощающих) свойств элементов конструкции радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) и снижения тем самым амплитуды виброускорений на монтажных платах при резонансах в условиях воздействия широкополосной вибрации.
Ключевые слова: вибрация, монтажная плата, резонанс, демпфирующий слой, диссипативные свойства
Современные радиотехнические комплексы и навигационное оборудование, размещаемые на подвижных объектах (летательных аппаратах, кораблях, автомобилях и т. п.) подвергаются воздействию сложного комплекса дестабилизирующих факторов. К ним, в частности, относятся и вибрационные нагрузки, возникающие от работы двигателей, движения объектов по неровным дорогам, действия аэродинамических сил. Высокий уровень амплитуды вибраций (20 g и более) на современных подвижных объектах, вызванных непрерывным ростом мощностей двигательных установок и повышением скоростных характеристик, имеет к тому же широкую полосу частот до 500...2000 Гц. [1, 2], что непременно приводит к резонансным явлениям на основных несущих элементах РЭА - монтажных платах. В условиях резонанса резко возрастает уровень перегрузок, действующих на электрорадиоэлементы (ЭРЭ), размещённые на платах [3]. Кроме того, на современном этапе развития техники возросли требования по минимизации габаритно-весовых характеристик РЭА, устанавливаемой на подвижных объектах.
В таких условиях традиционные методы защиты аппаратуры от вибрации, основанные на отстройке собственной частоты системы за диапазон воздействующей вибрации за счёт повышения жёсткости либо малоэффективны, либо требуют значительных затрат материалов и объёмов для
