Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы мехатроники. Учебник для СПО
.pdf
131
Информацию и фотографии робота BigDog можно найти на
сайтах http://androbots.ru и http://inntec.ru.
4.5. Робот IkeaBot
Роботы способны собрать мебель по частям благодаря новой
автономной автоматизированной системе IkeaBot.
Уже были роботы, которые могли это делать, но теперь команда MIT сделала еще один шаг вперед, так как их робот IkeaBot
способен собрать мебель по отдельным частям. На Международной конференции IEEE 2013 года по вопросам робототехники
и автоматизации (ICRA) исследователи отметили: «Мы полагаем,
что это устройство представляет собой первую автономную автоматизированную систему, способную собрать некоторую часть
мебели».
Процесс работы двух роботов, которые собирают независимо друг от друга мебель IKEA, осуществляется полностью автоматизировано, без вмешательства человека, и они решают самостоятельно, когда нужно сотрудничать, а когда уступить,
чтобы достигнуть единой цели. Еще одной особенностью является то, что роботы не были запрограммированы с инструкциями,
как собрать тот или иной объект, фактически им даже не показали
структурных схем. Вместо этого они используют «геометрическую рассуждающую систему» и «символьного планировщика»
для определения, каким образом отдельные части должны присоединяться друг к другу, с учетом того, что все отверстия для
винтов и запчасти должны быть использованы. Это работает,
даже когда окончательная форма неизвестна и роботы только
знают, что одна деталь присоединяется к другой.
Безусловно, программное обеспечение IkeaBot достаточно
сложное, но главное — это инновационный механизм захвата,
позволяющий роботам делать определенные операции. Этот механизм назвали Torq. Он использует два вращающихся в противоположном направлении колеса, к которым присоединяются
круглые резинки. Такая технология позволяет захватывать
предметы практически любой формы и потом поворачивать их.
132
Подобная система захвата реализована в Canadarm (роботизированной руке, работающей на МКС).
Информацию и фотографии робота IkeaBot можно найти на
сайте http://inntec.ru.
4.6. Рука робота-сапера
Этот проект обещает стать прорывом в области разминирования бомб. Инженеры из лаборатории Министерства энергетики
США Sandia National Laboratories разработали механическую
руку, способную выполнять достаточно деликатные операции.
Она достаточно быстро и ловко работает с инструментами, такими как кусачки или отвертка. Проект финансируется DARPA и
в первую очередь направлен на замену человека при проведении
опасных работ, например обезвреживание бомб.
Учитывая предназначение руки, разработчики сделали ее
модульной. Она состоит из искусственной ладони, к которой
крепятся четыре пальца на магнитных зажимах и при повреждении заменяются за считанные секунды. Вместо них возможна
установка дополнительных модулей, например фонарика или
фотоаппарата. И пальцы, и рука выполнены из металла и не боятся незначительных повреждений.
Управление осуществляется перчаткой со встроенными
датчиками движения. В прототипе используется соединение через провод USB. В дальнейшем планируется использование
беспроводного интерфейса.
Для производства руки инженеры стараются использовать
наиболее распространенные детали. Механические элементы
(шестерни, приводы) подбираются с оптимальным соотношением «цена — качество». Электронные компоненты в основном
используются от смартфонов и распространенных моделей компьютеров. Все это делается с целью уменьшения стоимости механизма, который стоит всего $10 000 при средней стоимости
аналогов $250 000. «Нам нужны мощность и гибкость механической руки, чтобы спасать жизни, и ее цена должна способствовать широкому распространению в войсках», — заявил Фи-
133
липп Хеерман, один из руководителей Sandia National
Laboratories.
Прототип успешно прошел все испытания, но работы по
усовершенствованию продолжаются. Сейчас внедряются две
камеры в ладонь, что позволит получить стереоизображение с
места работ и облегчит дистанционное управление.
Информацию и фотографии руки робота-сапера можно
найти на сайте http://inntec.ru.
4.7. Датчики осязания для роботов
Уникальные датчики осязания придуманы исследователями,
чтобы можно было их внедрять в различную технику, используемую во время поиска людей в обхваченных огнем зданиях, а
также в бытовой технике и медицине. Их принцип действия
аналогичен работе усов животных и насекомых. Создать данную
инновационную технологию удалось благодаря исследованию
обыкновенных крыс и этрусских землероек.
В современной робототехнике постоянно идут разработки
сенсорных систем осязания. Однако до этого момента они основывались на том, как действует пальцы. Для создания искусственного осязания они являются не совсем оптимальным вариантом, так как пальцы роботов постоянно изнашиваются. А ведь в
природе существует лучший и гибкий орган чувств, который
имеется практически у всех животных, — это усы.
Инженеры создали систему осязания на основе электронных
усов и установили их на специальных роботов, которые способны
передвигаться, анализируя данные, поступающие через усы.
Руководитель данного проекта Тони Прескотт, являющийся
профессором Шеффилдского университета (Великобритания),
рассказывает, что первым делом нужно было понять, каким образом животные используют усы. Около 30 % времени в течение
проекта проводились исследования, заключающиеся в съемке
крыс специальными высокоскоростными камерами и наблюдении за их нейронной активностью.
После этого группа ученых пыталась отобразить вибриссы
искусственно. Принцип их действия заключается в регистрации
134
вибрации у их основания, вызванной касанием к поверхности.
Искусственная система усов-датчиков содержала миниатюрные
двигатели, которые вращали и перемещали каждый ус аналогично млекопитающим. Специальная программа собирала и обрабатывала данные, на основании которых вычислялся тип поверхности, с которой соприкасались датчики. Даже можно было
определить, двигается ли объект, с которым контактировали
вибриссы, или стоит на месте.
Использование данной инновационной технологии в робототехнике намного повышает эффективность и безошибочность.
Данные датчики более надежны и долговечны. В искусственной
системе осязания на основе пальцев датчики непосредственно
контактировали с поверхностью, поэтому изнашивались. Электронные усы способны работать длительное время даже после
повреждения, так как датчики установлены в основании и не
контактируют с наружными объектами.
Цена изготовления подобных элементов на данный момент
еще слишком высока, однако авторы предполагают, что в ближайшее время она снизится и технология станет более доступной.
Такие системы могут быть использованы в бытовой технике,
например в роботах-пылесосах, чтобы процесс очистки был
максимально эффективен независимо от типа поверхности и
наличия посторонних предметов. В хирургии такие датчики
способны определять разные невидимые ткани и кости во время
операции. Также роботы, оснащенные системой осязания на основе усов, станут применяться на производстве для осуществления контроля качества продукции.
Информацию и фотографии электронных усов на роботах
можно найти на сайте http://inntec.ru.
4.8. Самоходный автомобиль Google
Корпорация Google проводит исследования по созданию
самоходных беспилотных транспортных средств. Первый подобный прототип автомобиля (Toyota Prius) в течение длительного времени тестируется под влиянием самых разных дорожных
135
и погодных факторов. Уже на данный момент робот-автомобиль
проехал около 500 тысяч километров.
Созданный компанией Google самоходный автомобиль
способен ездить без вмешательства человека, управляясь специальной системой на основе микропроцессора, датчиков и органов
контроля. В ходе эксперимента выявлено, что транспортное
средство легко преодолевает длительную езду при любых погодных условиях: преодолев практически 500 тысяч километров,
автомобиль не попал ни в одну аварию. Как сообщили создатели
этого уникального робота-автомобиля, они довольны имеющимся результатом, однако в планах еще много различных тестов,
которые включают езду по заснеженным дорогам и трассам с
плохой разметкой и слабой идентификацией дорожных знаков.
Компания Google может похвастаться большим количеством
беспилотных автомобилей, которые разработаны в целях повышения безопасности людей во время перемещения в пространстве, и число роботов-автомобилей постоянно растет. Уникальность этой технологии заключается в универсальности, так как
автопилотом можно снабдить практически любой автомобиль.
На данный момент в исследованиях участвуют такие машины,
как Toyota Prius, Audi TT и недавно добавленный Lexus RX450h.
Информацию и фотографии самоходного автомобиля Google
можно найти на сайте http://inntec.ru.
4.9. Беспилотный летательный аппарат AR.Drone
Компания Parrot разработала несколько обновлений летательного аппарата AR.Drone, придающих больше самостоятельности и включающих установку дрона eBee UAV компании
SenseFly. Инженеры Parrot работали над двумя аппаратными
усовершенствованиями — аккумулятором на 1 500 мА·ч, увеличивающим время полета на 50 %, и GPS-приемником.
К сожалению, последний установлен таким образом, что
полная автономия все же не обеспечивается. Во время запуска
модуль записывает детали полета AR.Drone, а также помогает
беспилотному самолету парить в воздухе.
136
Если же пользователи хотят получить непосредственную
автономию, Parrot выпускает программное обеспечение более
продвинутой модификации (Director Mode), что прибавляет
устройству небольшую особенность. Кнопки, расположенные в
нижней части экрана на изображении, позволяют направлять
беспилотник в различных направлениях, поворачивать его влево,
вправо или назад, вращать вокруг своей оси. Идея состоит в том,
чтобы сделать снимающиеся на камеру объекты более
качественными.
Кроме того, отметим еще одно устройство, это дрон eBee от
компании SenseFly. Он полностью автономный и использует
16-мегапиксельную камеру Canon PowerShot для рассматривания
мест и дорог на карте и создания трехмерных панорам.
Таким образом, беспилотный самолет может легко запуститься, переместиться и приземлиться самостоятельно, а также
произвести обработку изображений.
Информацию и фотографии летательного аппарата AR.Drone
можно найти на сайте http://inntec.ru.
На форуме «Армия-2017» состоялась демонстрация интересных беспилотных проектов: вертолетов, способных не только
вести разведку и наблюдение с передачей информации, но и
нести стрелковое оружие.
Первый проект, разработанный в компании «Радар-ММС» это многофункциональный беспилотник вертолетного типа
БПВ-500. Общая масса вертолета составляет 500 кг, при этом он
имеет полезную нагрузку в 150-180 кг и может нести на борту
различную радиоэлектронику, локатор, оптику и другие технические средства в зависимости от задач. Но кроме этого беспилотник имеет и крупнокалиберный пулемет с боезапасом.
Вертолет работает в двух режимах: автоматическом и полуавтоматическом на высоте до 3,5 км. Дальность полета составляет 320 километров, а продолжительность восемь часов.
Второй проект, представленный КБ 602 «Искатель» Московского авиационного института , представляет собой дистанционно управляемый вертолет «Ворон 777-1», который оснащен
стрелковым оружием и системой РЭБ. Таким образом Ворон
может быть не только разведчиком, но и прицельным стрелком.
137
Вертолет также управляется в двух режимах: автоматически по
заданным координатам и дистанционно оператором.
По сравнению с первым вертолетом Ворон гораздо меньше — его масса составляет около 38 кг, полезная нагрузка до 50
кг. При этом дальность полета до 200 километров, продолжительность 6 часов, высота — 5,5 км. Этот беспилотный вертолет
прошел все необходимые испытания и уже готовится к поставкам
на вооружение в 2018-2019 годах.
Своих боевых роботов на «Армию-2017» привезли и конструкторы из Ижевска. Ассортимент оружейников включает как
робототехнические комплексы, так и беспилотники.
Концерн «Калашников», входящий в Госкорпорацию Ростех,
проводит этап заводских летных испытаний оперативно-тактического комплекса беспилотной воздушной разведки и
наблюдения ZALA 421-16Е5. Данный комплекс является самым
совершенным и наибольшим по размерам и взлетной массе беспилотником самолетного типа ZALA AERO GROUP с двигателем
внутреннего сгорания (ДВС).
Оснащение двигателем внутреннего сгорания привело к
увеличению продолжительности полета беспилотника, которая
составляет от 12 до 15 часов. Также применение ДВС обусловило
увеличение массы аппарата до 30 кг, что позволило применять
различные полезные нагрузки массой до 5 кг. Полезная нагрузка
представлена совмещенными тепловизором и видеокамерой с
возможностью соответствующего увеличения изображения.
Опционально на беспилотнике могут быть установлены лазерный
дальномер или лазерный целеуказатель.
Конструктивно планер беспилотника выполнен со специальным отсеком для целевой нагрузки, состав которой имеет
достаточно высокий диапазон применения. Так, внутри фюзеляжа могут быть установлены и иные полезные нагрузки,
например, аэрофотоаппарат или средства радиоэлектронной
борьбы.
Запуск нового ZALA 421-16Е5 осуществляется мобильной
пневматической пусковой установкой с электронным управлением с необорудованных площадок, что выгодно отличает ZALA
421-16Е5 от беспилотников, требующих аэродромного базиро-
138
вания. Для безопасной посадки и обеспечения полной сохранности бортового оборудования разработана новая система посадки на надувную подушку.
Контрольные вопросы
1. Перспективы развития мехатронных систем.
2. Примеры мехатронных систем.
3. Робот-космонавт SAR-400.
4. Гуманоидный робот Atlas.
5. Гуманоидный военный робот.
6. Робот BigDog.
7. Робот IkeaBot.
8. Рука робота-сапера.
9. Датчики осязания для роботов.
10. Самоходный автомобиль Google.
11. Беспилотный летательный аппарат AR.Drone.
12. Беспилотный летательный аппарат вертолетного типа
БПВ-500.
13. Дистанционно управляемый вертолет «Ворон 777-1».
14. Беспилотный летательный аппарат самолетного типа
ZALA 421-16Е5.
139
5. ПРИМЕРЫ РАЗРАБОТКИ
МЕХАТРОННЫХ СИСТЕМ
В данной главе рассмотрены примеры ПИД-регулятора
электрического привода манипулятора, построенного на нечеткой логике, МС с параллельно управляемыми осями и системы
управления мобильного робототехнического комплекса
МРК-47БТ военного назначения.
5.1. ПИД-регулятор на нечеткой логике
электрического привода манипулятора
Основой ПИД-регулятора на нечеткой логике электриче-
ского привода манипулятора является система нечеткого вывода.
Модель системы нечеткого вывода построена в программном
комплексе MatLab, так как он имеет в своем составе приложение
Fuzzy Logic Toolbox, необходимое для моделирования работы
системы управления, и позволяет создавать системы нечеткого
логического вывода и нечеткой классификации с возможностью
их интегрирования в графическую среду Simulink. Базовым понятием Fuzzy Logic Toolbox является FIS-структура — система
нечеткого вывода (Fuzzy Inference System). Она содержит все
необходимые данные для реализации функционального отображения «входы — выходы» на основе нечеткого логического
вывода.
Степень принадлежности определяется так называемой
функцией принадлежности, которая бывает разных видов: кусочно-линейная; распределение Гаусса; сигмоидная кривая;
квадратическая и кубическая кривые.
Редактор базы знаний предназначен для формирования и
модификации нечетких правил. Для ввода нового правила в базу
знаний необходимо с помощью мыши выбрать соответствующую
комбинацию лингвистических термов входных и выходных переменных, установить тип логической связки («И» или «ИЛИ»)
между переменными внутри правила, установить наличие или
отсутствие логической операции «НЕ» для каждой лингвистической переменной, ввести значение весового коэффициента
правила.
140
Построение модели системы
автоматического управления
на линейном корректирующем устройстве
На рис. 5.1 показана модель системы автоматического
управления (САУ) электрического привода манипулятора без
корректирующего устройства. Данная модель построена в среде
Simulink.
Рис. 5.1. Структурная схема САУ без корректирующего устройства
в среде Simulink
Результаты моделирования показали, что при подаче ступенчатого входного сигнала выходной сигнал достигает установившегося значения за две секунды.
Далее построим модель САУ на линейном корректирующем
устройстве. Для этого нам необходимо подобрать коэффициенты,
которые будем находить при помощи инструментального пакета
Nonlinear Control Design Blockset (NCD-Blockset) ПИД-регулятора. Данная модель САУ на линейном корректирующем
устройстве показана на рис. 5.2.
Рис. 5.2. Структурная схема САУ с NCD-блоком
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]