Дипломная работа: Разработка способов определения положения робота в окружающем пространстве

Дипломная работа: Разработка способов определения положения робота в окружающем пространстве

Скачать бесплатную работу можно по короткой ссылке. Ознакомится с содержимым можно ниже.

1. Исследовательская часть 5
1.1. Обзор существующих решений 5
1.2. Методы измерения расстояния с использованием лазеров 7
1.3. Описание решения 9
2. Проектно-конструкторская часть 14
2.1. Технические характеристики разработанного лазерного сканирующего дальномера 14
2.2. Структурная схема сканирующего лазерного дальномера 16
2.3. Разработка электронных схем 18
2.3.1. Разработка фотоприёмного устройства 18
2.3.2. Разработка лазерного излучателя 25
2.3.3. Разработка генератора стартового импульса 29
2.3.4. Разработка вычислительного блока 30
2.3.5. Разработка блока питания 35
2.4. Разработка механики сканирующего лазерного дальномера 39
2.4.1. Технические характеристики двигателя 39
2.4.2. Электронная схема управления 41
2.4.3. Концевой датчик 42
2.4.4. Управление механикой сканера 43
3. Производственно-технологическая часть 47
3.1. Монтаж электронных элементов на платы 47
3.2. Изготовление корпусных деталей на 3D принтере 48
3.3. Алгоритм измерения расстояния 49
3.4. Алгоритм сканирования и построения изображения 51
3.5. Проведение экспериментов 55
3.5.1. Исследование точности на разных дистанциях 55
3.5.2. Определение перемещения на основе анализа изображения полученного при сканировании 58
4. Организационно-управленческая часть 66
4.1. Стоимость 66
4.2. Затраты на электроэнергию 75
5. Охрана труда и защита окружающей среды 76
5.1. Характеристика параметров по обеспечению безопасности труда 76
5.1.1. Характеристика нормативных параметров микроклимата рабочего помещения 76
5.1.2. Характеристика параметров электробезопасности 79
5.1.3. Характеристика параметров электромагнитной безопасности 81
5.1.4. Обеспечение пожаровзрывобезопасности 82
5.1.5. Характеристика параметров акустической безопасности 83
5.1.6. Оценка соответствия освещённости рабочего места сборочного участка нормативным требованиям 84
5.1.7. Обеспечение защиты монтажника от загрязнений во премя пайки 86
5.2. Защита окружающей среды 89
5.2.1. Определение количества выделяющихся веществ 90
5.2.2. Класс опасности вредных веществ 92
Список литературы 95

Важной задачей в современной робототехнике является разработка способов определения положения робота в окружающем пространстве. Не зная положения робота в пространстве, не зная как выглядит окружающее пространство невозможно решить даже простейшую задачу движения из точки А в точку Б. Наиболее часто используемые способы определения положения – интегрирование перемещений робота (с помощью одометрии) или применение маяков, установленных в определенных местах. Использование маяков не универсально и требует предварительного оборудования рабочих помещений, при этом маяки постоянно должны быть в зоне видимости роботом. Интегрирование показаний одометров не обеспечивает точности позиционирования из-за накопления ошибки по всем отслеживаемым координатам.
При этом необходимо не только определение собственного положения, но и запоминание и сохранение изображения окружающего пространства для областей, информации о которых нет в памяти робота. Так же необходимо предотвращение столкновений робота с окружающими предметами, для этого эффективно использовать дальномеры.
Наиболее передовые алгоритмы используют изображение с веб-камер и дальномеров для определения положения робота. Эти методы являются более точными и универсальными. Разработками подобных алгоритмов занимаются ведущие мировые университеты. В иностранной литературе алгоритмы определения положения робота на карте одновременно с построением карты называют аббревиатурой SLAM (Simultaneous Location and Mapping). Большинство реализованных алгоритмов основаны на применении фильтров частиц. Для определения положения они используют «особые точки» в имеющихся данных, которых обычно не так уж много, особенно в привычных прямоугольных помещениях, где ими являются только углы. Поэтому при длительной работе возникают ошибки – полученный образ пространства искажается, хотя возможность навигации по карте сохраняется. Значит, необходим алгоритм вычисления положения робота, адекватно работающий при малом числе особых точек и не искажающий пространство при длительной работе.
Сложность технического процесса определения текущего местоположения и построения карты обусловлена низкой точностью приборов, участвующих в процессе вычисления текущего местоположения. Метод одновременной навигации и построения карты (SLAM) — это концепция, которая связывает два независимых процесса в непрерывный цикл последовательных вычислений. При этом результаты одного процесса участвуют в вычислениях другого процесса.
Однако даже при наличии качественного лазерного дальномера задача составления карты нетривиальна: для этого необходимо с высокой точностью определить текущее положение робота, а для того, чтобы определить положение по показаниям дальномера, нужно составить карту. Прямолинейные подходы к решению задачи, в которых сначала производится локализация по существующей частично составленной карте, а затем на основе наиболее вероятного текущего положения достраивается недостающая ее часть, имеют тенденцию к составлению карт с ошибками. Более того, эти ошибки накапливаются с течением времени. Движение робота по замкнутому кругу при таком подходе может привести к серьезным проблемам с выравниванием в месте замыкания цикла.
Одним из первых алгоритмов, способных решать данную задачу в один проход и без дополнительных эвристик для разрешения циклов, был FastSLAM (Montemerlo, Thrun, Koller, & Wegbreit, 2002). Этот алгоритм основывался на идее Мерфи (Murphy, 1999). Он использовал фильтр частиц Рао-Блэквелла для построения гипотез о текущем положении робота и фильтр Калмана для отслеживания положений наперед заданных меток. Данный метод решал проблему составления карты ценою введения меток. Проблема же их распознавания была достаточно сложна, хотя существовали наработки и по этой тематике (Montemerlo & Thrun, Simultaneous localization and mapping with unknown data association using FastSLAM., 2002).

В данной части выпускной квалификационной работы были изложены требования к рабочему месту инженера – конструктора и микроклимату в помещении. Созданные условия должны обеспечивать комфортную работу. На основании изученной литературы по данной проблеме, проведен расчет вытяжного зонта по нормам, подобраны параметры микроклимата помещения, отвечающие нормативным требованиям, а также проведен расчет необходимого воздухообмена в рабочем помещении. Соблюдение условий, определяющих оптимальную организацию рабочего места инженера – конструктора, позволит сохранить хорошую работоспособность в течение всего рабочего дня.

В связи с тем, что разработка комплектующих лазерного сканирующего дальномера не наносит вред окружающей среде, нет необходимости применять какие-либо меры по ее защите.

 

Поиск в базе готовых дипломных работ.