Řízení mobilního robotu
description
Transcript of Řízení mobilního robotu
Řízení mobilního robotu
Jan Babjak
Zadání →
Zadání diplomové práce:
Rozšiřte stávající senzorický a řídicí subsystém všesměrového robotu.
Do řízení robotu zahrňte prvky umělé inteligence založené na neuronové síti.
Navržené HW a SW řešení realizujte. Navrhněte vhodné demonstrační úlohy.
Popis výchozího stavu →
Popis výchozího stavu Tříkolový všesměrový robot CPU: Siemens SAB80C537 6x Sonarů, kompas, kamera
Blokové schéma výchozího stavu →
Blokové schéma subsystémů mobilního robotu
(výchozí stav)Princip pohybu všesměrového robotu →
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
-1,5 -1 -0,5 0 0,5 1 1,5
Kolo AKolo BKolo CVektor rychlosti
Princip pohybu všesměrového robotu
Senzorický subsystém (sonar, kompas) →
Senzorický subsystém robotu
„Inteligentní“ sonar SRF08 Elektronický kompas CMPS03
Osminásobný detektor přiblížení →
Osminásobný IR detektor přiblížení
Hotový modul IR senzorů
3D vizualizace návrhu modulu
IR SenzorPopis vlastností detektoru →
Osminásobný IR detektor přiblížení
Princip měření: detekce odrazu IR světla Až osm senzorů 3 úrovně vzdáleností Připojení přes I2C ISP rozhraní CPU: ATMega8
Princip rozlišení vzdálenosti →
Osminásobný IR detektor přiblíženíPrincip rozlišení vzdálenosti překážek a průměrný změřený dosah senzoru
Lokomoční subsystém motoru →
Lokomoční subsystém robotu
Motor Maxon A-max19 (2.5W, ) Převodovka Maxon GP19B (84:1) IRC snímač Maxon Encoder PR13 Všesměrové kolo
Modul regulátoru motoru →
Modul P-regulátoru motoru Kvadraturní dekodér signálu kanálu IRC Interní 32bitový obousměrný čítač absolutní polohy 16ti bitové měření rychlosti otáčení motoru Až 16ti bitová PWM pro řízení DC motoru Komunikace přes I2C ISP rozhraní CPU: Atmel ATMega8 (AVR)
Blokové schéma regulátoru →
Blokové schéma modulu regulátoru
Princip regulace →
Princip regulace motoru
Kvalita regulace I →
Kvalita regulace P-regulátorun [ot.min-1]
T [ms]
k = 1
Kvalita regulace II →
Kvalita regulace P-regulátorun [ot.min-1]
T [ms]
k = 1/20
Řídicí subsystém robotu →
Řídicí subsystém robotu
CPU: Silicon Laboratories C8051F120
Popis CPU →
Řídicí subsystém robotu
CPU: C8051F120 RAM: 8kB, Flash 128kB Maximální rychlost až cca 100MIPS (PLL) I/O rozhraní: 8 portů po 8 mi bitech Vývojová deska s JTAG rozhraní Množství integrovaných modulů (PWM,
I2C, 2xUART, 8xA/D převodník)
Blokové schéma →
Blokové schéma subsystémů mobilního robotu(stav po úpravách)
Systémová integrace →
Systémová integrace Nutnost vzájemného
propojení všech subsystémů robotu
Nutnost zajistit potřebná napájecí napětí pro jednotlivé subsystémy robotu.
Úkoly řídicího systému →
Úkoly řídicího systému
SLAVE mode – v tomto režimu slouží interní CPU jen jako „sběrač“ dat, které na požádání předá nadřazenému systému a zároveň přijímá povely pro lokomoční subsystém robotu
MASTER mode – režim, který pro provoz robotu nepotřebuje nadřazený systém. Interní CPU zajišťuje autonomní chování robotu
Úkoly řídicího systému →
Princip řízení neuronovou sítí
Fáze vývoje neuronové sítě →
Princip řízení neuronovou sítí
Fáze vývoje neuronové sítě - zrod sítě (inicializace náhodnými veličinami) - učení sítě (upřesňování parametrů) - provoz sítě (použití sítě na neznámém prostředí)
Dálkové ovládání →
Dálkové řízení
Realizovaný robot →
Realizovaný robot
Dotazy →
DOTAZY: Popis grafu regulace
DOTAZY: Životnost vs. čítačMaxon Datasheet:
231 / (9000 x 16 x 4 x 60) = cca 62,1h
DOTAZY: Maximální frekvence IRC
Obsluha přerušení – 136cyklů (8.5μs) → maximální teoretická frekvence 117kHz → potřebná frekvence 9.6kHz (9000 ot.min-1/60 sec.min-1)*16 p.ot-1*4
→ dostatečná rezerva
DOTAZY: Stanovení parametru regulátoru Zieglerova-Nicholsova metoda
Typ regulátor
u
P
PI0,9
3,5 Tu
PD1,2
0,25 Tu
PID1,25
2 Tu 0,05 Tu
k1 - koeficient přenosu proporcionální soustavy Tu - doba průtahu (Tu = Td – dopravní zpoždění) Tn - doba náběhu (Tn = T1 – časová konstanta regulované soustavy) Tp = Tu - Td – doba přechodu
DOTAZY: Použití jiných typů regulátorů?
Byl zvolen regulátor P (jednoduchost) Další typy (P, I, PD, PI, PID, PIDi) Možno použít → složitější → kvalitnější regulace
Závěr →
Závěr Výsledkem mé práce je významné rozšíření
senzorického subsystému robotu. Dále jsem rozšířil robot o nezávislý regulátor
každého motoru, což umožní snížit nároky na výpočetní výkon řídicího procesoru.
Výše uvedené úpravy umožní zvýšit kvalitu řízení jak prostřednictvím obsluhy u počítače, tak i prostřednictvím autonomního řízení neuronovou sítí.
Konec → Děkuji za pozornost.