Предлагаю вашему внимаю небольшой ознакомительный технический обзор робота Robotino® производства фирмы Festo Didactic. Обзор состоит из общей технической информации и деталей, которые получены в ходе проведений экспериментов и исследований с данным роботом.


Мобильный робот Robotino представляет собой автономную подвижную платформу c тремя роликонесущими колесами типа “omnidirectional” (действующий по всем направлениям, всенаправленный). Движение робота осуществляется за счет трех двигателей постоянного тока, оси которых расположены под углом 120 градусов друг к другу. Благодаря такой конструкции данный робот способен перемещаться во всех направлениях на плоскости движения, с возможностью поворота вокруг своей оси, проходящий через его геометрический центр на 360 градусов.

Технология привода

Интересной конструктивной особенностью является технология привода, а именно геометрия, которая представляет из себя следующую конструкцию:

Где цифрами обозначено: 1 – двигатель, 2 – тахометр, 3 – ролик, 4 – редуктор, 5 – ременная передача.
Скорость вращения вала каждого из двигателей передаётся на ось соответствующего колёса с помощью редуктора с передаточным отношением 16:1. Кроме того, измерение угловых скоростей вращения валов двигателей, осуществляется с помощью инкрементных тахометров, а линейные скорости движения робота по трём направлениям: вперёд, в сторону и поворот вокруг своей оси пересчитываются соответствующим образом по измерениям угловых скоростей двигателей.

Управление

Управление роботом можно осуществлять дистанционно по каналу беспроводной связи WLAN, а также с помощью заранее подготовленных программ, записанных в память робота. Работа в автономном режиме обеспечивается аккумуляторными батареями. Robotino работает под управлением встроенной операционной системы (ОС) Linux. Имеется набор функций (команд), позволяющих задавать и измерять угловые скорости вращения валов двигателей, а также линейные скорости движения робота.
Робот поставляется в комплекте с RobotinoView — программным обеспечением с графическим интерфейсом, которое показывает состояние управляющих сигналов, датчиков, входов и выходов. Программа для робота может быть написана на основе выбора необходимых функциональных блоков из имеющегося списка, их комбинирования и настройки в графическом режиме, задания математических параметров управления с помощью функций и коэффициентов (визуальное программирование). Программирование RobotinoView возможно с помощью языков высокого уровня C++ APL для Windows и C++ APL для Linux. Возможно автономное программирование робота при подключении к нему монитора и клавиатуры.


Аппаратная часть

Аппаратная часть Robotino состоит из следующих подсистем:

1. Система питания — аккумуляторные батареи, зарядное устройство, позволяющая роботу работать в автономной режиме несколько часов.
2. Двигательная система – три двигателя постоянного тока, редуктор, роликонесущие колёса, позволяющая роботу двигаться в различных направлениях, ременная передача. При этом следует отметить, что для стабилизации скоростей вращения вала каждого из трёх двигателей робота используются встроенные пропорционально — интегрально – дифференциальные (ПИД) регуляторы с предустановленными коэффициентами.
   
3. Измерительная система (тахометры) для измерения скоростей вращения двигателей.
4. Беспроводная система связи с внешним управляющим компьютером (Wi-Fi точка доступа).
5. Встроенный управляющий компьютер, осуществляющий взаимодействие всех систем робота состоит из двух компонентов: процессор PC 104, совместимый с MOPSlcdVE, 300 МГц и компактной flash-карта (1024 MB).
6. Монтажная плата ввода / вывода устанавливает коммуникационную связь между компьютером и датчиками, двигателем и интерфейсом ввода/вывода с Robotino.

Программное обеспечение робота можно разделить на 2 типа: внутреннее и внешнее.
К внутреннему программному обеспечению относятся:

1. Операционная система (ОС) Linux, осуществляющая взаимодействие аппаратного и программного обеспечения, обработку внутренних команд и обмен данными с внешним управляющим компьютером.
2. Программы, хранящиеся в памяти робота для автономного управления.

К внешнему программному обеспечению относятся:

1. Программы, использующие классы C++, С# с набором методов для связи и обмена данными с Robotino.
2. Среда визуального проектирования Matlab/Simulink с загруженной библиотекой для управления роботом.
3. Среда визуального проектирования RobotinoView.
4. Виртуальный симулятор RobotinoSim обеспечивающий возможность работать не с реальным Robotino, а с его виртуальной копией.
   

Примечание: все команды управления, которые поступают из программного обеспечения и подаются на робота, выполняются последовательно, робот не может выполнять несколько команд одновременно. Поэтому после передачи соответствующей команды на выполнение роботу, программа управления приостанавливается, пока он не начнёт выполнение этой команды и не вернёт управление программе. Соответственно между моментом подачи команды, моментом её выполнения и следующей командой происходят некоторая задержка, связанная со временем передачи команды роботу по каналу беспроводной связи, а так же временем обработки команды ОС Robotino и началом её выполнения. Эмпирическим путем было установлено, что время выполнения каждой команды является непостоянной величиной, что может быть связано с задержкой выполнения очереди команд ОС робота или нестабильностью канала связи Wi-Fi. Так время подачи команды на один из 3-х двигателей составляет в среднем 0.009 с. Время снятия измерений с одного тахометра 0.002 с.

Вместо заключения, робот в действии

Спасибо за внимание.