Цифровая система автоматического управления приводом лапы шагающего робота

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

 «Юго-Западный государственный университет»

Кафедра теоретической механики и мехатроники

КУРСОВАЯ   РАБОТА

по дисциплине                «Компьютерное управление мехатронными системами»

(наименование учебной дисциплины)

на тему «Цифровая система автоматического управления приводом лапы шагающего робота»

Специальность (направление подготовки)     Мехатроника, 220401

(код, наименование)

Автор работы (проекта)                               _________________

(инициалы, фамилия)                             (подпись, дата)

Группа МТ-81_____

Руководитель работы (проекта)                      _________________

(инициалы, фамилия)           (подпись, дата)  

Работа (проект) защищена ________________________   

(дата)

Оценка_____________________

Председатель комиссии                                                                     

(подпись, дата)               (инициалы, фамилия)

Члены комиссии                                                                                 

(подпись, дата)        (инициалы, фамилия)

___________________________________________

(подпись, дата)       (инициалы, фамилия)

Курск, 2012 г.

Содержание

Введение……………………………………………………..…….....3

Техническое задание………………………………………………....4

1.  Анализ существующих конструкций……………………..….6

2.  Описание объекта управления…………………………..........11

3.  Функциональная схема устройства……………………….….12

4.  Структурная схема устройства…………………………….....13

4.1. Выбор электродвигателя…………………………….…...14

4.2. Определение передаточных функций……………….…..15

5.  Моделирование системы автоматического управления средствами MATLAB……………………………………………………..…17

5.1. Исследование непрерывной системы..………………..…17

5.2. Настройка ПИД-регулятора…………………………..….18

5.3.. Определение передаточных функций разомкнутой и               замкнутой системы…………………………………………...…21

5.4. Моделирование цифровой системы…………………..….22

5.5. Исследование цифровой системы на устойчивость….....23

6.       Выбор электронных компонентов…………………………..….25

6.1.          Плата……………..………………………………………..25

6.2.  Силовой модуль…...………………….…………….….….28

6.3. Датчики наклона…………………………………….……..29

6.4. Датчик тока…………………………………………….…...30

6.5. Энкодер …………………………………………………….31

6.6. ЖКИ – дисплей ……………………………………….........32

7.       Принципиальная схема устройства.……………….……..….…34

7.1. Принципиальная схема Freeduino Through-Hole…………34

7.2. Принципиальная схема Motor Shield……………………...35

7.3. Принципиальная схема управляющей платы…………….36

8.       Программное обеспечение управление системой.……………..37

8.1. Алгоритмы управления…………………………………….37

8.2.Пример управления двигателями постоянного тока……..38

Заключение……………………………………………………………....40

Библиографический список……………………………………………..41

Введение

Цель данного проекта – разработать цифровую систему автоматического управления приводом шагающего робота.

При разработке системы автоматического управления следует учесть повышенные требования, предъявляемые к точности системы автоматического управления, связанные с особенностями конструкции.

С развитием научно-технического прогресса, внедрением новых технологий в различных областях производства, в том числе вредного и опасного, возникает необходимость в мобильных устройствах специального назначения, способных работать, например, в зоне высокой радиоактивности (при обслуживании ядерных реакторов), при тушении лесных пожаров или в зонах стихийных бедствий.

Наиболее полно этим требованиям, скорее всего, будут отвечать шагающие роботы

Шагающий способ представляет основной интерес для движения по заранее неподготовленной местности с препятствиями. Традиционные колесные и гусеничные транспортные машины оставляют за собой непрерывную колею, тратя на это значительно большую энергию, чем в случае передвижения шагами, когда взаимодействие с грунтом происходит только в местах упора стопы. Помимо этого шагающий способ передвижения обладает и большей проходимостью на пересеченной местности вплоть до возможности передвигаться прыжками, преодолевать препятствия и т.п. При шагающем способе меньше разрушается грунт.

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

 «Юго-Западный государственный университет»

Кафедра теоретической механики и мехатроники

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

Студент (слушатель)   _ шифр _220401 _ группа _МТ-81_

(фамилия, инициалы)

1.Тема  «Проектирование цифровой системы автоматического управления приводом лапы шагающего робота»

2. Срок представления работы (проекта) к защите «_____» _________ 20 __ г.

3. Исходные данные:

Спроектировать цифровую систему управления приводами платформы солнечной батареи.

Система управления должна обеспечивать:

1) Колебательность САУ – недопустима.

2) Обеспечить скорость линейного перемещения робота в диапазоне от 0 до 2 м/с

3) Температура: -20 - +30°С

4) Влажность: 10-80%

5) Давление: 760 +/- 20 мм рт. ст.

Компоненты:

Размер электронных схем – не более 100 мм в ширину и 200 мм в длину.

Энергопотребление электронных схем – до 1 А информационные схемы, до 2 А – силовые схемы.

Бортовая сеть обеспечивает напряжение от 6 В.

Интерфейсы: USB.

Руководитель работы (проекта) __________________ С.Ф._____

(подпись, дата)   (инициалы, фамилия)

Задание принял к исполнению ________________________________

(подпись, дата)

1.  Анализ существующих конструкций

Анализ техники ходьбы по количестве точек опоры шагающих роботов можно разделить на две,  четыре, шесть. Рассмотрим особенности каждого из них.

Рассмотрим применение шагающего робота с двумя конечностями.

С давних пор идея прямохождения волнует воображение конструкторов и механиков. При проектировании шагающих роботов, передвигающихся на двух конечностях, исследователи вычленяют две основные проблемы. Во-первых, необходимо добиться, чтобы во время движения аппарат мог какое-то время устойчиво находиться в положении, когда его опорой является только одна конечность. При этом опора должна иметь достаточную прочность, чтобы выдержать всю массу агрегата, а приводы - достаточную мощность, чтобы обеспечивать поступательное движение. Второе - это сложные алгоритмы движения, имитирующие движения человеческого тела даже при обыкновенной ходьбе. Взаимосвязь между движениями отдельных частей двуногого робота, обеспечивающая ему устойчивое движение не только по прямой линии, но и в пространстве

Обратив свое внимание на четвероногих животных, можно заметить