Tehnici de Acordare a Structurilor de Conducere

Obiectivul acestui proiect este să faciliteze întelegerea practică a problematicii generale a conducerii roboţilor mobili autonomi, prin realizarea unui dispozitiv experimental care permite studiul principalelor aspecte ale navigaţiei roboţilor mobili

Se analizează în detaliu protocolul de communicaţie cu roboţii produşi de MobileRobots (Pioneer3-DX şi PeopleBot) şi sunt prezentate principalele funcţii ale aplicaţiilor software scrise pentru extragerea informaţiei de stare din rapoartele emise de roboţi şi pentru generarea comenzilor elementare.

Este de asemenea prezentată structura detaliată a dispozitivului experimental.

Introducere în robotică

Robotica este ştiinţa care se ocupă cu tehnologia, design-ul şi fabricarea roboţilor. Robotica necesită cunoştinţe de electronică, mecanică si programare Un robot mobil este un robot care se poate deplasa în lumea reală şi poate fi complet autonom.

Cele mai importante trăsături:

-reprogramarea;

-abilitatea de a naviga;

-autonomia.

Locomoţia reprezintă acţiunea de deplasare între două (sau mai multe) puncte din spaţiu. Locomoţia depinde de interacţiunea fizică dintre vehicul şi mediul înconjurător. Locomoţia are legătură cu interacţiunea forţelor generate de elementele de execuţie în mecanisme. Multe noţiuni legate de locomoţie sunt inspirate din natură. Majoritatea tipurilor de locomoţie naturale sunt greu de realizat tehnic.

Sistemul senzorial

Senzorii sunt dispozitive care pot măsura diferite proprietăţi ale mediului precum: temperatura, distanţa, rezistenţa fizică, greutatea, mărimea, etc. Informaţia primită de la aceştia poate fi de cele mai multe ori contradictorie şi imprecisă.

Clasificarea senzorilor

Senzori interni (intero-receptori) - servesc la obţinerea unor informaţii legate de funcţionarea robotului, cum ar fi poziţia relativă a elementelor, cuplelor cinematice, vitezele şi acceleraţiile liniare şi unghiulare, deformaţiile elementelor lanţului cinematic.

Senzori externi (extero-receptori), utilizaţi pentru culegerea unor informaţii asupra mediului înconjurător şi asupra interacţiunii robot/mediu; servesc la identificarea prezenţei şi stabilirea tipului, poziţiei, orientării, culorii sau a altor proprietăţi ale obiectelor din mediu, la identificarea unor obstacole, la determinarea forţelor de interacţiune robot/mediu.

Senzori pasivi – măsoară energia care intră în senzori; senzori de temperatură, microfoane, camere CCD (Charged- Coupled Device) şi CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor).

Senzori activi – emit energie către mediul înconjurător, apoi măsoară reacţia mediului. Au performanţe mai bune dar suferă din cauza interferenţelor.

Senzorii fără contact pot servi la recunoaşterea obiectelor, a poziţiei şi orientării lor şi la controlul calităţii. Senzorii de proximitate sunt senzori de zonă foarte apropiată; ei furnizează informaţii despre existenţa obiectelor şi sunt montaţi pe efectorul final sau în apropierea acestuia. Senzorii optici sunt senzori de zonă apropiată, iar cei de investigare de zonă îndepărtată. Montarea acestora se poate face şi în afara robotului, în spaţiul său de lucru. Alegerea şi aprecierea unui anumit tip de senzor are la bază o serie întreagă de parametri dintre cei mai diferiţi, cum ar fi: dimensiunile, greutatea, costul, gradul de protecţie electrică, domeniul de măsurare, consumul de energie, natura semnalelor de ieşire şi complexitatea lanţului de prelucrare a acestora, sensibilitatea, rezoluţia, precizia, fidelitatea, repetabilitatea.

Senzorii de poziţie/deplasare fac parte din categoria senzorilor interni. Toţi roboţii mobili, indiferent de generaţie, sunt dotaţi cu senzori de poziţie/deplasare, aceştia reprezentând elementul esenţial în vederea rezolvării celor două probleme cinematice (directă şi inversă). Roboţii mobili pot fi dotaţi, în anumite cazuri, cu senzori de poziţie/deplasare, montaţi la nivelul roţilor motoare sau a mecanismului de direcţie. În cazul unui automobil performant, în rulmenţii (lagărele) care susţin roţile, sunt integraţi senzori incrementali, care permit măsurarea deplasărilor.

Alt senzor măsoară unghiul volanului. Informaţiile sunt utilizate de computerul de bord pentru cele mai diferite probleme de control: urmărirea presiunii în pneuri; ABS, ESP etc.

În foarte multe cazuri roboţii nu sunt înzestraţi şi cu senzori distincţi pentru măsurarea vitezelor şi acceleraţiilor, vitezele şi acceleraţiile curente, utilizate de sistemul de comandă, fiind obţinute prin derivarea

informaţiilor recepţionate de la senzorii de poziţie/ deplasare.

Senzorii de poziţie/deplasare fac parte din categoria senzorilor interni. Toţi roboţii mobili, indiferent de generaţie, sunt dotaţi cu senzori de poziţie/deplasare, aceştia reprezentând elementul esenţial în vederea rezolvării celor două probleme cinematice (directă şi inversă). Roboţii mobili pot fi dotaţi, în anumite cazuri, cu senzori de poziţie/deplasare, montaţi la nivelul roţilor motoare sau a mecanismului de direcţie. În cazul unui automobil performant, în rulmenţii (lagărele) care susţin roţile, sunt integraţi senzori incrementali, care permit măsurarea deplasărilor. Alt senzor măsoară unghiul volanului. Informaţiile sunt utilizate de computerul de bord pentru cele mai diferite probleme de control: urmărirea presiunii în pneuri; ABS, ESP etc. În foarte multe cazuri roboţii nu sunt înzestraţi şi cu senzori distincţi pentru măsurarea vitezelor şi acceleraţiilor, vitezele şi acceleraţiile curente, utilizate de sistemul de comandă, fiind obţinute prin derivarea informaţiilor recepţionate de la senzorii de poziţie/ deplasare.

Clasificarea acestor senzori se poate face după mai multe criterii, astfel:

După modul de exprimare a mărimii deplasării:

senzori de poziţie (absoluţi) care furnizează valoarea absolută a deplasării, ce corespunde poziţiei curente a elementului mobil al cuplei cinematice considerată faţă de originea unui sistem de coordonate ataşat cuplei;

senzori de deplasare (relativi) care dau mărimea relativă a deplasării, rezultată ca o diferenţă a valorilor corespunzătoare coordonatelor finale şi iniţiale ale elementului mobil.

După natura semnalului furnizat de senzor:

senzori numerici incrementali care transformă deplasarea reală, care este o mărime continuă, într-o succesiune de impulsuri;

senzori numerici absoluţi la care deplasarea reală este exprimată cu ajutorul unui grup de semnale binare ce corespund unui număr codificat în binar;

senzori analogici la care deplasarea reală este transformată într-o mărime continuă, modulată în amplitudine sau în fază.

După natura mărimii de intrare:

senzori liniari pentru măsurarea deplasărilor rectilinii;

senzori rotativi care măsoară deplasările unghiulare.