Проекты участников финального этапа НТТМ-2017

← К списку проектов

Проект
Роботизированный комплекс на гусеничном ходу
НТТМ-2017-2011 | Категория I

Автор:

Потехин Владислав Александровичь

Научный руководитель:
Киселёв Сергей Михайлович
Организация:
ГОУ ДО ТО «Центр дополнительного образования детей»,
Тульская область, Тула
Цель работы
Роботизированный комплекс на гусеничном ходу предназначен для применения в труднодоступных и опасных местах для человека, таких как шахты заполненные метаном, в загрязненных нефтепродуктами емкостях, канализационных трубах и коллекторах, где оно сможет мерить уровень загрязнения, передавать данные на расстоянии оператору. Кроме того, такое автоматическое устройство окажет помощь спасателям в поисково-спасательных, разведывательных операциях выполнять задачи по поиску объектов на местности, а также доставки небольших грузов в указанную точку без участия человека. Для решения данных задач автоматическое устройство выполнено на гусеничном ходу.
Данный роботизированный комплекс будет предназначен для решения многоцелевых задач в труднодоступных и опасные места для человека, такие как шахты, заполненные метаном, в загрязненных нефтепродуктами емкостях, канализационных трубах и коллекторах, в местах обвалов, землетрясений и так далее, где с помощью его можно будет измерить уровень загрязнения, передавать фото и видео данные на расстоянии оператору, а также выполнять операции по захвату и доставки небольших грузов в указанную точку без участия человека.
Обзор предметной области
В деятельности человека при приведении различных производственных работ возникает необходимость применять различную малогабаритную технику. Сегодня развитие науки позволяет создавать различные автоматические и роботизированные системы, приборы и агрегаты, которые могут проникать в труднодоступные и опасные места для человека. Для этого я пересмотрел материалы в интернете, изучил технические характеристики роботов. Мной были просмотрены существующие аналоги в технической литературе Конкретизировать задачу для разработки проекта.
На основании этих данных я разработал вначале техническое задание на малогабаритную роботизированную платформу и варианты действий данной платформы.
Габаритные размеры с сложенным манипулятором 350 х 200 х 500
Габаритные размеры с разложенным манипулятором 350 х 200 х 600
Максимальная грузоподъёмность манипулятора 0,5 кг
Максимальная грузоподъёмность шасси 4 кг
Номинальное напряжение питания модуль движения 7.4 в
Время работы 20 мин
Управление автоматическим устройством осуществлять по радиоканалу 2,4 Ггц, работа на расстоянии до 1000 м.
Данный роботизированный комплекс будет предназначен для решения многоцелевых задач в труднодоступных и опасные места для человека, такие как шахты, заполненные метаном, в загрязненных нефтепродуктами емкостях, канализационных трубах и коллекторах, в местах обвалов, землетрясений и так далее, где с помощью его можно будет измерить уровень загрязнения, передавать фото и видео данные на расстоянии оператору, а также выполнять операции по захвату и доставки небольших грузов в указанную точку без участия человека.
Описание результатов проекта
В результате применения традиционных технических решений в сочетании с созданными новыми элементами конструкции, был получен действующий многофункциональный роботизированный комплекс на гусеничном ходу робот, на котором опробованы на практике возможности малогабаритных манипуляторов, комбинированного движителя, и многофункциональной аппаратуры управления с элементами искусственного интеллекта. Все это даёт возможность создать более прогрессивную конструкцию с новыми возможностями.
Описание применимости
Ходовая часть.
Для повышения качества было решено изменить конструкцию путем изменения геометрии шасси, добавлением автоматического натяжения гусениц добавлением рёбер жёсткости и у крепления несущей конструкции.
Для повышения надежности и улучшения условия движения в сложных условиях мной было сделаны следующие замены и доработки:
-разработаны и установленыиз алюминиевого уголка рёбра жёсткости как продольные, так и поперечные (см. рис 4 и 5)


Рис. 4


-для укрепления передних катков (40мм) в носовой части был вставлен алюминиевый швеллер. В швеллере были сделаны пазы для которых была изготовлена и закреплена стальная ось.
На ось были установлены катки.

Рис. 5

- ось в носовой части для лучшего динамического натяга гусеницы, была нагружена двумя пружинами.

Рис. 6
Корпус роботизированного комплекса был выполнен из листового композиционного материала, что позволило получить большую прочность и жесткость конструкции, а следовательно получить возможность вместо башни установить манипулятор. Аккумуляторы и электроника были размещены в передней части корпуса.
В результате этих доработок ходовая часть стала несколько тяжелее, но повысилась жесткость и улучшилась маневренность.
Манипулятор
Для решения задач по обеспечению основной функции роботизированного комплекса был спроектирован и изготовлен универсальный манипулятор, оснащенный двух палым захватом.
Для выполнении задачи по обеспечению возможности кругового захвата предметов вокруг корпуса разработано следующее устройство: основание манипулятора представляет собой ось 1 установленной на корпусе комплекса двух опорных подшипников. На данной оси закреплен швеллер, вращение которого осуществляется серво машинкой поворот в вертикальной плоскости осуществляется с помощью сервомашинки 2 которая находится на оси 2 (см. рисунок 4)


Рис. 7
Манипулятор управляется на радио частоте 2.4 ГГц, и обладает большой степенью свободы и запасом прочности.
Для удержания более тяжелого груза в пальцах 5 в задней части манипулятора были установлены противовесы .
Камера
Для обеспечения оператора информативной картинкой робот решено было оснастить двумя беспроводными видео камерами, которые позволяют осуществлять визуальный контроль за перемещением робота и манипулятора.
Первая камера установленная непосредственно у захвата позволяет оператору хорошо ориентироваться в обстановке и манипулировать действиями робота и захвата с высокой точностью.
Вторая беспроводная камера, установленная на носовой части корпуса позволяет оператору хорошо ориентироваться в пространства и с высокой точностью управлять самим шасси.
Для исключения появления помех, влияющие на качество управление движением робота передача сигнала с камер к оператору осуществляется по отдельной радио частоте.
Система управлением роботом
Управление роботом осуществляется с помощью микроконтроллера, команды которому подаются дистанционно с помощи пульта управления. Структурная схема системы управления представлена на рис. 8 .



Рис. 8
Для управления шасси робота применяется радиоаппаратура дистанционного управления НК-Т6А V2 (шестиканальная) аппаратуры управления с частотой 2.4 ГГц. Для управления манипулятором была разработана новая система управления на базе платформы arduino и передатчика NRF24L01.

Для работы шасси в автоматическом режиме была разработана схема управления на микроконтроллере её принципиальную схемы можно увидеть на рисунке

Рис.9
После создания и тестирования в симуляторе схемы начался процесс изготовления печатный платы (рис. 9).
Рис.10

Было решено изготавливать двустороннею плату для большей компактности
После изготовления и пайки РЕК началось написание прошивки для микроконтроллера
Для ориентации в пространстве в автоматическом режиме были применены ряд датчиков: ультразвуковые, инфракрасные и механические.

Уязвимость гусеничного шасси было решено компенсировать системой самодиагностики. Для частичной и полной автоматизации процессов бы выбран микроконтроллер семейства PIC32 так как он имеет хорошее соотношение качества и размера.
Заводская плата была переделана путём установки более мощных транзисторов и изменения способ фильтрация сигнала.

В связи с применением аппаратуры приёма-передачи радио команд с ограниченным числом каналов управления возникла необходимость переключения одного из каналов управления на различные функции, не требующие одновременного функционирования. Для решения этой задачи был спроектировано и изготовлено специальное устройство – радиокомандный селектор функции.
Дальнейшее развитие проекта
Модернизация комплекса для полностью автономной работы в ёмкостях и других вредных о опасных местах без участия человека

Информация предоставлена участником конкурса. Организаторы конкурса не несут ответственности за содержание информации о проекте.

← К списку проектов




Список всех проектов финального этапа с датами защиты

 

© Всероссийский конкурс научно-технического творчества молодежи НТТМ