рус | eng 
Видео | Разработчикам

 Мобильный робототехнический комплекс - "Робот-разведчик"

Комплекс представляет собой набор программно-аппаратных средств:

  • Мобильный робот Pioneer 2 AT с установленным на него дополнительным оборудованием
  • Станция Слежения и Управления (ССУ)
  • Оборудование для обеспечения беспроводного канала связи между роботом и ССУ
  • Программное обеспечение для борта робота и ССУ

     Возможности робототехнического комплекса:

  • Робот способен осуществлять передвижение и сбор визуальной информации в автоматическом режиме или в режиме управления оператором
  • Передвижение робота под управлением оператора с ССУ позволяет осуществлять исследовательские, бытовые и т. п. действия
  • Наличие сенсорных датчиков позволяет получать необходимые данные для построения плана местности и осуществлять позиционирование робота в пространстве и его управление
  • Установленная на роботе камера позволяет получать более полную информацию об окружающем пространстве
  • Наличие бортового компьютера позволяет эффективно осуществлять процессы сбора, обработки, хранения и передачи (при необходимости в защищенном режиме) информации
  • Встроенные средства связи позволяют передавать собранную информацию на ССУ, осуществлять дистанционное управление роботом, а также использовать робота в качестве передвижной радиоточки
  • При потере связи с ССУ робот в автономном режиме может выполнять текущее задание, набор заданий или выбирать новое на основе внешних факторов

     Основные направления разработок:

  • Обеспечение связи ССУ с роботом в режимах управления и наблюдения
  • Реализация алгоритмов управления движением робота в режиме управления оператором и в автоматическом режиме
  • Построение плана исследуемой местности
  • Построение 3D-сцены окружающего робота пространства

     Аппаратная часть мобильного робототехнического комплекса

    Основу комплекса составляет платформа Pioneer 2 АТ. Архитектуру этого семейства роботов разработал профессор Курт Конолидж (Kurt Konolige) из SRI International и Стэндфордский университет. Производством роботов семейства Pioneer занимается фирма ActivMedia.
    Pioneer 2 AT содержит все необходимое для независимой и адекватной работы в реальной обстановке:
  • Автономные источники питания (аккумуляторы)
  • Двигатели
  • Датчики местоположения и скорости
  • Сонары, для сканирования окружающей обстановки.
    Робот также содержит:
  • Адресуемую шину ввода/вывода на 16 устройств
  • Два последовательных порта RS-232
  • 8 цифровых портов ввода/вывода
  • 5 аналого/цифровых портов
  • PSU контроллеры
    Управление сонарами, двигателями, датчиками и другими устройствами осуществляет 20MHz микроконтроллер Siemens 88C166 с установленной на нем ОС P2OS. Микроконтроллер имеет два последовательных порта RS-232 и расширяемую шину для подключения других приборов и датчиков. Микроконтроллер содержит 32 кбайта флэш ROM и 32 кбайта RAM памяти и может программироваться для работы в автономном режиме. На роботе установлены две группы сонаров восемь спереди и восемь сзади. Позиция каждого сонара в группе фиксирована. Использование всех сонаров обеспечивает угол обзора в 360 градусов. Частота работы сонаров 40 Гц, а диапазон обнаружения объектов от 10 см до 5 метров. Сканирование происходит по часовой стрелке начиная с крайнего левого переднего сонара. Порядок и последовательность сонаров может программироваться. Робот питается от трех 12 вольтовых аккумуляторов. Время непрерывной работы робота от 4 до 8 часов. Для обеспечения безопасности в роботе встроен сторожевой процессор, который остановит робота, если клиент не будет взаимодействовать с сервером более 2-х секунд, движение продолжится при активизации клиента. Также на роботе имеется бортовой компьютер, построенный на базе процессора AMD K6-2.
    • Основные физические характеристики
    Длина 50 см
    Ширина 49 см
    Высота 24 см
    Клиренс 5,5 см
    Вес 14 кг
    Полезная нагрузка 40 кг
    Энергетическая подсистема
    Батареи 3 Х 12В кислотных аккумулятора
    Время работы 4-6 часов
    Время перезарядки 12 часов
    Транспортная подсистема
    Приводные колеса 4 пневматических
    Диаметр колес 22 см
    Ширина колес 7,5 см
    Максимальная линейная скорость 0,7 м/с
    Максимальная скорость поворота 150 град/с
    Сенсорная подсистема
    Передние сонары 8 штук
    (1 с каждой боковой стороны и
    6 спереди с шагом в 20°)
    Задние сонары 8 штук
    (1 с каждой боковой стороны и
    6 спереди с шагом в 20°)
    Датчики положения (перемещения) 47 отсчетов/мм
    (8,520 отсчетов/полный оборот)
    В качестве дополнительного оборудования установлена лазерная измерительная система LMS (производитель SICK AG) основанная на времяпролетном принципе измерения, т.е. построена по принципу лазерного радара. Все измерения производятся в двумерном пространстве (горизонтальной плоскости).
    Максимальная дальность измерений составляет 81,91 м (с точностью до 1 см). Максимальная точность измерений 1 мм (при дальности до 8,191 м).
    Основные преимущества этого принципа измерения:
  • Обнаружение объектов в независимости от их окраски и структуры поверхности
  • Безопасное обнаружение присутствия объекта
  • LMS подключается к роботу через последовательный порт RS-232, при этом скорость передачи данных может составлять 9600, 19200 или 38400 бод.

    Для обеспечения беспроводной связи с роботом используется оборудование фирмы ORiNOCO:

  • ORiNOCO PC Card Silver (PCMCIA радио адаптер)
  • Точка доступа для подключения радиосети к сети Ethernet ORiNOCO AP-1000
  • Антенны для увеличения дальности и качества приема
    ORiNOCO PC Card подключается к встроенной в робота ЭВМ посредством адаптера PC104 - PCMCIA. ORiNOCO AP-1000 подключается к сети, в которой находится Станция Слежения и Управления (ССУ), чем достигается, при условии использования нескольких точек доступа разнесенных в пространстве, больший охват территории (практически неограниченный при применении соответствующих технологий связи) при управлении с одной стационарной ССУ.

    • На роботе утановлены две цифровые камеры, которые могут обеспечивать режим стереопары. При необходимрсти возможно увеличение числа камер на борту робота. Передача информации с камер на ССУ осуществляется по беспроводной технологии.

     Аппаратная часть станции слежения и управления

    Станция слежения и управления (ССУ) представляет собой интерфейс для работы человека (оператора) с роботом. Оператор, роботая на ССУ, может управлять роботом и получать от него информацию.
    ССУ - это персональный компьютер ( Pentium IV ), который включает в себя дополнительное оборудование:

  • Сетевой адаптер (Ethernet), подключенный к сети вместе с точкой беспроводного доступа ORiNOCO AP-1000
  • Плата видеозахвата с подключенным к ней приемником видеосигнала от камеры

    •  Специализированное программное обеспечение

    Разработчики ООО "МИФИ-Система" создали и продолжают совершенствовать специализированное ПО, структура которого изображена на представленном рисунке.

    Потоки управления и данных представлены сплошными линиями, чисто управляющий поток представлен - пунктирной.
    Мобильный робот управляется микроконтроллером, который работает под управлением специальной операционной системы P2OS, данный контроллер взаимодействует со встроенной в робот ЭВМ, которая работает под ОС Linux. Контроллер управляется специальной программой - сервером робота, который обеспечивает взаимодействие робота с программным обеспечением станции слежения и управления посредством протокола RCP (Robot Control Protocol).
    Программное обеспечение ССУ обеспечивает управление роботом в интерактивном режиме,и производит визуализацию статусной информации робота (скорость движения, его координаты и т.д.), показания сонаров и лазерного дальномера.
    Внешний модуль - Видео для ССУ обеспечивает визуализацию данных, получаемых от камеры робота. Данное программное обеспечение работает практически с любыми источниками данных.
    Следующая часть ПО - приложение, которое строит двумерную карту местности по показаниям дальномера и инерционных датчиков положения.
    Имитационная модель робота P2 Imitation представляет собой часть ПО, предназначенную для моделирования, как среды функционирования робота, так и моделирования функционирования самого робота, т.е. имитацию работы всех бортовых устройств робота (сонары, дальномер, камера, моторы). Визуальное представление модельной среды функционирования робота осуществляется по средствам стандартной библиотеки программирования компьютерной графики OpenGL.
    Также существует внешний модуль, входящий в состав ПО робота, который по совокупности данных от дальномера и камеры восстанавливает трехмерную сцену среды передвижения робота. Построение трехмерной сцены основано на использование средств графической библиотеки OpenGL.

    Главная |Наша история | Разработки | Наши роботы | Выпускники | Талисман
    Факультетская научно-учебная лаборатория "Робототехника", 115409, Москва, Каширское ш, дом 31, КиБ;
    Телефон: +7(495)788-56-99, доб. 9286; Email: evchepin@mephi.ru