МОБИЛЬДІ РОБОТТЫ БАСҚАРУДЫҢ МИКРОПРОЦЕССОРЛЫҚ ЖҮЙЕСІНІҢ ҚҰРЫЛЫМЫН НЕГІЗДЕУ ЖӘНЕ ЗЕРТТЕУ

SUBSTANTIATION AND RESEARCH OF THE STRUCTURE OF THE MICROPROCESSOR CONTROL SYSTEM OF A MOBILE ROBOT

Erbolat Mirzaaliev

master's student, Faculty of automation and control, Kazakh National University of Research named after Satbaev,

Kazakhstan, Almaty

АННОТАЦИЯ

Бұл жұмыста  жолында кездесетін барлық кедергілерді айналып өтіп, өздігімен жүретін робот көліктің моделі жасалынды. Бұл әрине қазыргі таңда тек Arduino платформасында виртуалды түрінде жасалынды. Келесі мәселелер қарастырылады: роботтың автономды навигациясы үшін жауапты жоғары деңгейлі алгоритмдерді жобалау; тұрақты ток қозғалтқыштары, ультрадыбыстық диапазон өлшегіштер үшін жеке бағдарламалық микропроцессорлық модульдерді (драйверлерді) әзірлеу. әзірленген алгоритмдерді Си тіліне көшіру; Сонымен қатар бұл роботтың ерекшелігі оның Ультрадыбыстық қашықтық датчигі-HC-SR04 модулі объектіге дейінгі қашықтықты анықтау үшін акустикалық сәулеленуді қолданады. Өлшеу диапазоны: 2 см-ден 400 см-ге дейін.

ABSTRACT

In this work, a model of a self-propelled robot car was created, bypassing all obstacles encountered on its way. This, of course, is currently only done in virtual form on the Arduino platform. The following issues will be considered: development of high-level algorithms responsible for autonomous navigation of the robot; development of individual software microprocessor modules (drivers) for DC motors, ultrasonic rangefinders. translation of the developed algorithms into Si; In addition, a special feature of this robot is its ultrasonic distance sensor-the HC-SR04 module uses acoustic radiation to determine the distance to the object. Measuring range: from 2 cm to 400 CM.

Тірек сөздер: Мобильді робот, алгоритм, серво жетек, motor-shield, ультрадыбыстық датчик, Arduino.

Keywords: Mobile robot, algorithm, servo drive, motor-shield, ultrasonic sensor, Arduino.

Мобильді робототехникадағы автономды навигацияның міндеті өте жоғары өзекті және сонымен бірге күрделі, әсіресе детерминистік емес немесе жоқ толық детерминистік орта. Іс жүзінде автономды навигация жүйелері адамның белгілі бір аумаққа кіруі шектеулі немесе бұл мүлдем мүмкін емес: үңгірлер, шахталар, жұқтырған аумақтар және т. б. мұндай жағдайларда жартылай автоматты немесе толық автоматты мобильді басқару қолданылады. Мұндай жағдайларда мобильді Роботтар ретінде жер үсті роботтары қолданылады платформалар (дөңгелекті, ирек тәрізді) немесе пилотсыз ұшу аппараттары (ұшақ типті).

Жобалаудың ыңғайлылығы үшін тапсырма үш логикалық деңгейге бөлінеді: Алгоритмдеу, имплементация және аппараттық құрал. Бірінші деңгей мыналарды қамтиды бағдарламалық тренажерде автономды навигация алгоритмдерін жасау және тестілеу Arduino платформасында [1, 38 бет]. Іске қосу деңгейінде сенсорлар мен жетектерге арналған жеке бағдарламалық жасақтама драйверлері де, бірінші деңгейде жасалған Алгоритмдер де жасалды. Үшінші деңгей роботтың физикалық іске асырылуына жауап береді: құрылымды құрастыру, барлық модульдердің аппараттық жұптау тақтасын жобалау және Роботты нақты жағдайда сынау. Әрбір бағдарламалық модуль (драйвер) жеке тапсырма түрінде орындалады және операциялық жүйенің көмегімен жалпы бағдарламаға біріктіріледі. Бұл жұмыста тұрақты емес ортада мобильді роботты оқыту қарастырылады. Интеллектуалды робот ретінде Arduino мобильді роботы алынды.

Бағдарламалық драйвер жетекші қозғалтқыштарды басқарады. Драйвердің міндеті-берілген жылдамдық пен айналу бағытына байланысты қозғалтқыштарға қажетті әсерді қамтамасыз ету. Басқару Arduino Motor Shield дайын модулінің негізінде жүзеге асырылады . Драйверді дамыту міндеті келесі Ішкі бағдарламаларды қамтиды:

• Аппараттық драйверді қосу принципін түсіну (Motor Shield).
• ШИМ сигналын оқу платформасында орнату.
• Қозғалтқышты басқару драйверін жазу [2, 21 бет].

Құрылғыға ШИМ сигналы беріледі, содан кейін ол тұрақты кернеу деңгейіне айналады, оның мәні бастапқы сигналдың белсенді бөлігінің ұзақтығына байланысты болады. Кернеу мәніне байланысты қозғалтқыш тезірек немесе баяу айналады. Осылайша, жылдамдықты реттеу бастапқы ШИМ сигналын реттеу арқылы жүзеге асырылады. Қозғалыс бағыты қозғалыс бағытын бақылауға жауап беретін сандық шығуда көрсетіледі (алға – 1, артқа – 0). Қозғалтқыштар екі L293D микросхемасы арқылы басқарылады. Әрбір чип кіріктірілген төрт арналы драйвер болып табылады жұмыс кезінде микросұлбаны асқын кернеуден қорғау үшін кері диодтар индуктивті жүктеме үшін

Сурет 1. M-Shield электрлік схемасы

Қашықтық өлшеуіш модулі қосылатын сыртқы құрылғымен – HC-SR04 ультрадыбыстық қашықтық сенсорымен тұрақты байланысты жүзеге асырады.

Датчик қысқа ультрадыбыстық импульс жасайды (уақыт 0 кезінде), ол объектіден шағылысады және қабылдағышқа қайтарылады. Қашықтық шағылысқан импульс пен ауадағы дыбыс жылдамдығына дейінгі уақытқа байланысты есептеледі. Осылайша, қабылдағыш шағылысқан импульсті алады және сенсордың шығысындағы (Echo) электр сигналының ұзақтығымен кодталған қашықтықты есептейді [3, 99 бет]. Келесі импульс алдыңғы импульстен шағылысқан импульс жойылғаннан кейін ғана шығарылуы мүмкін. Бұл уақыт цикл кезеңі деп аталады (cycle period). Импульстар арасындағы ұсынылған кезең кемінде 50 мс болуы керек. Егер сигнал терминалына (Trig) ұзақтығы 10 мкс импульс берілсе, онда ультрадыбыстық модуль 40 кГц жиілігі бар ультрадыбыстық сигналдың сегіз бумасын шығарады және олардың импульсін анықтайды [4, 415 бет]. Нысанға дейінгі өлшенген қашықтық шағылысқан импульстің еніне пропорционал (Echo) және оны формула бойынша есептеуге болады: Импульстің ені (мкс) / 58 = қашықтық (см).

Сурет 2. Ультрадыбыстық қашықтық сенсорының жұмыс істеу принципі

Ультрадыбыстық сенсорды пайдалануға қатысты шектеулер қашықтықтары:

1. Жартылай шағылыстар немесе олар жалған жаңғырық деп аталады, өлшеу нәтижелерін бұрмалауы мүмкін (себеп болуы мүмкін сәулелену бағытына қатысты қисық немесе көлбеу беттік сигнал).

2. Дыбыс жұтатын, оқшаулағыш материалдардан жасалған заттардың өлшемдері  немесе мата (жүн) бетінің болуы әкелуі мүмкін  сіңіру (әлсірету) салдарынан қате өлшемдер  сигнал.

3. Нысан неғұрлым кіші болса, оның шағылысатын беті соғұрлым аз болады. Бұл әлсіз шағылысқан сигналға әкеледі.

4. Жоғары ылғалдылықта (жаңбыр, қар) сигнал да ішінара болуы мүмкін тамшылардан (снежинкалардан) шағылысуы мүмкін, бұл жалған жаңғырық сигналына әкеледі.

Жолында кездесетін барлық кедергілерді айналып өтіп, өздігімен жүретін робот көліктің моделін жасадым. Бұл әрине қазыргі таңда тек Arduino платформасында виртуалды түрінде жасалынды. Сонымен қатар бұл роботтың ерекшелігі оның Ультрадыбыстық қашықтық датчигі-HC-SR04 модулі объектіге дейінгі қашықтықты анықтау үшін акустикалық сәулеленуді қолданады. Жобаның  осы кезеңінде келесі нәтижелерге қол жеткізілді:

1. Тұрақты ток қозғалтқыштарының, ультрадыбыстық диапазондардың бағдарламалық драйверлері жасалды.
2. Барлық бағдарламалық драйверлер arduino нақты уақыт операциялық жүйесінде жұмыс істейді.
3. Технологияның негізгі кезеңдерін сақтай отырып драйверлер орнатылды.

Жобаның соңғы қадамы-әзірленген роботты нақты жағдайда тестілеу, Arduino платформасында бүкіл математикалық модельді енгізу.

Әдебиеттер тізімі:

1. Петин В.А. Проекты с использованием контроллера Arduino, 38 бет.
2. Блум Дж. Изучаем Arduino: инструменты и методы технического волшебства. 2-е изд.: пер. с англ, 21 бет.
3. Практическая энциклопедия Arduino, 99 бет.
4. Бабич А.В., Баранов А.Г., Калабин И.В. и др. Промышленная робототехника: Под редакцией Шифрина Я.А. – М.: Машиностроение, 1982, 415 бет.