Введение
В настоящее время в мире интенсивно расширяются области исследований и использования мобильных роботов - мехатроных систем, базирующихся на последних достижениях механики, микропроцессорной техники, контрольно- измерительных систем, информатики и теории управления.
Для успешного выполнения обширного круга задач роботы должны обладать как мобильностью, так и способностью планировать и автоматически выполнять полученное задание. Их особенность - возможность достижения заданной цели в неопределенной внешней среде, избегая столкновений со стационарными препятствиями и подвижными объектами.
Мобильные роботы снабжены различными локационными датчиками, определяющие скорость движения и наличие препятствий на его пути, а также позволяющими роботам реагировать на посторонние предметы, случайно оказавшиеся в зоне действия.
Учебная система Robotino позволяет познакомиться с многогранной областью мобильной робототехники. Особенный интерес учебная система Robotino вызывает потому, что покрывает весь диапазон современной техники.
Robotino позволяет приобрести необходимые навыки и умения через практические эксперименты.
Robotino View это интерактивная визуальная программно учебная среда для робота, которая соединяется с помощью Wireless LAN прямо с системой управления робота. Поэтому, чтобы управлять Robotino, необходим только персональный компьютер, который может установить связь с WLAN (рис.1).
После установления связи, Robotino будет являться точкой доступа для компьютера. Каждый Robotino должен иметь одинаковый IP-адрес, так как каждый формирует свою собственную сеть.
В ходе выполнения работы важными составляющими являются 9 инфракрасных датчиков, расположенных по бокам бампера и датчик защиты от столкновений.
Инфракрасный датчик расстояния состоит из эмиттера, который излучает луч инфракрасного света, соответствующего приёмника и электронного вычислительного (оценочного) блока (рис.2).
Расстояние до объекта сенсоры определяют при помощи триангуляции (рис.3).
Излучатель испускает инфракрасный луч. Если этот луч не попадает на предмет, он не отражается и поэтому приёмник не принимает луч света. Однако, если свет отражается от предмета, луч света обнаруживается в пределах некоторой области приёмника. Так как передатчик излучения и фотоприёмник расположены на малом расстоянии друг от друга в пределах датчика, испускаемые и принимаемые лучи света формируют треугольник.
В зависимости от расстояния луч света попадает на различные участки приёмника. Приёмник состоит из светочувствительного детектора (PSD), который определяет различные точки падения луча. Блок обработки сигналов преобразует их в аналоговую величину напряжения.
PSD представляет собой фотодиод пластинчатой формы. Он состоит из металлического и светочувствительного слоёв. На краях этих слоёв расположены металлические электроды. Если луч света попадает в точку на этом светочувствительном слое, это разъединяет носители заряда, которые порождают электрический ток по направлению к двум электродам. Неосвещённая часть слоя действует как сопротивление. Зависимость между токами не зависит от количества падающего света; поэтому измерение расстояния не зависит от коэффициента отражения и материала объекта (рис.4) [3].
Для избавления от возможных помех, сенсоры излучают инфракрасный сигнал с модулированной частотой. Это позволяет практически полностью застраховаться от помех от окружающего света. Кроме того, датчики показывают почти полное безразличие к цвету объекта обнаружения (датчик способен обнаруживать чёрные стены при солнечном свете[2].
В большинстве случаев излучатель, приёмник и блок обработки сигналов объединены в одно устройство.
Примеры типичных областей применения инфракрасных датчиков: системы управления расстоянием при парковке на автомобилях, открывание дверей или в системах аварийной сигнализации.
Датчик защиты от столкновений Robotino состоит из так называемой чувствительной кромки. Эта чувствительная кромка состоит из полимерного профиля переменной формы с интегрированной коммутационной полостью. Две раздельных проводящих области расположены в пределах полости, которые накоротко смыкаются при воздействие давления на чувствительную кромку, таким образом, генерируя сигнал для блока оценки. Чувствительная кромка на Robotino работает в соответствие с принципом тока в рабочей точке так, что разрыв кабеля может быть обнаружен и Robotino остановится.
Буфер, доступный в программе Robotino View в Robotino находится в папке аппаратных средств и не нуждается в параметризации. Он вырабатывает один сигнал после соприкосновения и используется главным образом для остановки Robotino в случае столкновения. Для этой цели он подсоединён к выходу папки Sequence Control (Контроль последовательности). Тогда в случае столкновения программная последовательность прерывается.
Чувствительные грани в основном используются в безопасной технологии, чтобы обезопасить людей или исключить ущерб наносимый машинам или материалам в результате раздавливания или разреза (рис. 5).
Интерактивная визуальная программно учебная среда для робота Robotino View с помощью блок-схем функции “дистанция», позволяет управлять данными датчиками, дает возможность определять расстояние от препятствия и останавливаться при столкновении (рис. 6) [1].
В итоге робот совершает перемещение по поверхности, определяя объекты на своем пути и останавливаясь на заданном расстоянии от него. В случае сбоя работы или программы робота, сработает датчик защиты и позволит безопасно завершить его дальнейшее перемещение при не значительном столкновении, которое не приведет к поломке робота.
Список литературы:
1. Bliesener, Weber, Karras, Kling, Zitzmann.
Festo. Robotino® .- Denkendorf, 2007
2. Датчик измерения расстояния
[Электронный ресурс]. - Режим доступа:
http://robocraft.ru/ (дата обращения
22.02.2013)
3. Триангуляционный метод измерения
[Электронный ресурс]. - Режим доступа:
http://www.sensorica.ru (дата обращения
22.02.2013).