Шестнадцатая научная конференция «Шаг в будущее, Москва»

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПРОГРАММИРУЕМОГО САМОХОДНОГО МЕХАТРОННОГО АППАРАТА

Автор: Ривкин Андрей Маркович, Лицей №1581, 11 класс

 Руководитель: Власов Андрей Игоревич

Доцент кафедры Иу4 МГТУ им Баумана, к.т.н.

Актуальность работы

• Работа на других планетах и исследование труднодоступных мест

• Автоматизация рутинных работ• Автоматизация опасных для человека работ• Создание устройств, облегчающих работу

человеку• Качество и быстрота выполнения задачи

Картинка с областями применения

Цель проекта:

• Исследование архитектуры и принципов построения мехатронных аппаратов

• Исследование датчиков Robo-PICA• Исследование методов программирования

микроконтроллера PIC• Исследование методов навигации робота в

пространстве• Исследование возможности и ограничений

использования для навигации метода цветовой разметки

Создание самоходного мехатронного аппарата Robo-PICA

Решаемые задачи:

Архитектура и компоненты СМА

• Механическая часть• Рама• Батарейный отсек• Гусеницы• Датчики (гибкое расположение)

• Электрическая часть• Электрическая схемы

выполнена на одной печатной плате

• Микроконтроллер PIC16F877A• Исполнительные устройства• Датчики (стандартный разъем)

Датчики и исполнительные устройства

• Базовый комплект датчиков• ZX-03 ZX-03 - инфракрасный - инфракрасный

отражатель, позволяющий отражатель, позволяющий определить цвет объектаопределить цвет объекта

• ZX-08ZX-08 - - инфракрасный датчик инфракрасный датчик бесконтактного обнаружения бесконтактного обнаружения объектовобъектов

• ZX-05ZX-05 – инфракрасный – инфракрасный приемник, для приемаприемник, для приема сигналов игналов с пульта дистанционного с пульта дистанционного управления управления ER – ER – 44

• Дополнительные датчикиДополнительные датчики• Исполнительные устройстваИсполнительные устройства

• МоторыМоторы• ДинамикДинамик• ЭкранЭкран• ЛампочкиЛампочки

• Программа – связь датчиков Программа – связь датчиков и исполнительных устройстви исполнительных устройств

Пример: Инфракрасный отражатель ZX - 03

• Испускает инфракрасный сигнал и затем ловит отражение этого инфракрасного сигнала от поверхности

• Отраженный сигнал попадает на базу транзистора и открывает его

• Работает только в непосредственной близости к объекту (3-8мм)

• Расположен под рамой• Позволяет определить цвет

поверхности

Программирование микроконтроллера

Программа чтения с датчиков и отображения на дисплейПрограмма управления двигателямиПрограмма вывода данных на компьютер

Способы навигации – преимущества и недостатки

• Водитель-тренер• Дорого• Неточно

• GPS-навигация• Дорого• Не действует в закрытых помещениях

• Программа• Не точно

• Рельсы• Прокладка рельс• Не удобно при малых расстояниях

• Разметка (Ч/Б)• Недорого• Просто менять• Непредсказуемость поведения при

пересечении маршрутов

• Цветовая разметка

-

Методика исследования

• Выбор цветов разметки• Анализ влияния внешних факторов:

• Освещенность• Загрязненность• Тип поверхности

• Создание образцов• Создание программы измерения

уровня отражения• Измерения• Сведение данных в таблицу• Построение графика• Анализ полученных данных• Выводы

Выбор цветов разметки

• Вначале 9 основных цветов при одинаковых условиях

• Отличаются: Черный, Белый и Коричневый

• Создали Серый и Темнозеленый

• Можно использовать 5 хорошо определяемых цветов

60

270

975 977 977 978 980 981 983

0

200

400

600

800

1000

1200

Черный

Коричневый

Зелен

ый

Фиол

етов

ый

Жел

тый

Красны

й

Рыжий

Синий

Белый

60145

270

530

977

0

200

400

600

800

1000

1200

Черный Серый Коричневый Темнозеленый

Белый

Анализ влияния типа освещения на показания датчика

• Показания не зависят от освещения• Можно использовать в темноте

60 61 61

270 266 270

983 982 981

0

200

400

600

800

1000

1200

Естественноеосвещение

Темноепомещение

Яркий свет

Анализ влияния загрязнений

• Загрязнения сильно искажают показания датчика• Нельзя использовать на улице

60104

270340

983

790

0

200

400

600

800

1000

1200

Простой Загрязненный

Анализ влияния типа поверхности

• 4 различные поверхности с разной плотностью и текстурой• Показания не зависят от типа поверхности

60 61 58 62

270 272 267 269

983 977 984 980

0

200

400

600

800

1000

1200

Бумага дерево кафель пластик

Результаты работы

• Был создан СМА• Исследована архитектура, датчики и программирование

СМА• Мехатронные устройства на базе PIC микроконтроллера

просты в изготовлении, недороги, могут быть использованы в промышленных целях

• Метод цветовой разметки может использоваться для навигации в

• Закрытых помещениях• В неосвещенных местах (туннели, шахты)

• Выбраны цвета наиболее удобные для использование при разметке

Демонстрация

Вопросы