1. Введение

Робототехника - динамично развивающаяся отрасль, как с точки зрения прикладного использования, так и в научных исследованиях. Во всём мире постоянно ведутся исследования новых типов мобильных роботов для различных задач человеческой деятельности (автоматизация управления движением транспортных средств, борьба с терроризмом и разминирование подозрительных предметов, пожаротушение, телехирургия и др.).

Появившийся в последние годы конструктор LEGO Mindstorms NXT, позволяет создавать действующие модели роботов с различной функциональностью, провести тестирование задуманного проекта, а также используется для целей обучения. Разработанный совместно с сотрудниками Массачусетского Технологического Института, он включает много конструктивных деталей, 3 сервопривода, набор датчиков и микрокомпьютер NXT Brick. Комплект является базовым при проведении многих робототехнических мероприятий в мире, в том числе соревнований WRO (World Robotic Olympiad). С комплектом поставляется среда визуального программирования NXT-G, созданная компанией National Instruments на основе продукта LabView.

2. Актуальность проблемы

В последние годы получил развитие особый класс робототехнических систем, называемых "мобильными роботами", отличительной особенностью которых является способность автономно перемещаться по обширным участкам пересечённой местности.

С развитием направления мобильных роботов существует необходимость разработки эффективных алгоритмов их управления, обеспечивающих решение таких операций, как: уточнение карты местности, планирование траекторий для обхода препятствий, проникновение в труднодоступные зоны, точное движение по сложным криволинейным траекториям с обеспечением заданной ориентации элементов робота в пространстве и т. д.

3. Цели, задачи и этапы Проекта

Целью Проекта является разработка и исследование алгоритмов управления движением мобильного робота на местности с препятствиями.

Задачами Проекта являются:

1. Изучение кинематических параметров движения мобильного робота с целью формирования опорной траектории движения

2. Формирование программной траектории движения робота по опорным точкам с огибанием микро-препятствий и минимальным отклонением от опорной траектории

3. Формирование управляющего регулятора (программы управления) для движения по программной траектории

4. Формирование алгоритмов управления автономным движением на основе информации с разнородных датчиков

Этапами Проекта являются:

Этап 1: Создание модели мобильного робота

Этап 2: Изучение основных функциональных характеристик мобильного робота

Этап 3: Формирование управляющего регулятора (программы управления) для движения по программной траектории

Этап 4: Формирование алгоритмов управления автономным движением на основе информации с разнородных датчиков

4. Изучение функционирования мобильного робота

Целью раздела является изучение функционирования действующей модели мобильного робота (МР) и его кинематических характеристик движения, а именно:

• Освоение практических навыков программирования на языке высокого уровня NXT-G

• Формирование алгоритмов управления МР для изучения простейших видов движения

• Изучение характеристик и функциональных особенностей датчиков МР

1. Сборка базовой модели мобильного Lego-робота

В качестве базовой модели для изучения и проведения исследований собрана следующая базовая модель Lego-робота (Рис. 1)

Lego-робот имеет микропроцессорный программируемый контроллер NXT v2.0. Ходовая часть включает два ведущих колеса, одно поворотное (Рис. 2) и два 9V сервомотора.

2. Изучение датчиков

Задачей этого раздела является знакомство с сенсорами комплекта NXT, освоение способов их подключения, диагностики, основных характеристик, освоение практических навыков программирования робота с использованием сенсоров:

• датчик касания NXT

• ультразвуковой датчик расстояния

• цветовой сенсор NXT

• встроенный датчик вращения (тахометр)

• компас-датчик NXT

• датчик измерения угла NXT

• датчик-гироскоп NXT