Řízení mobilního robotu

Prezentace na téma: "Řízení mobilního robotu"— Transkript prezentace:

1 Řízení mobilního robotu
Jan Babjak Zadání →

2 Zadání diplomové práce:
Rozšiřte stávající senzorický a řídicí subsystém všesměrového robotu. Do řízení robotu zahrňte prvky umělé inteligence založené na neuronové síti. Navržené HW a SW řešení realizujte. Navrhněte vhodné demonstrační úlohy. Popis výchozího stavu →

3 Popis výchozího stavu Tříkolový všesměrový robot
CPU: Siemens SAB80C537 6x Sonarů, kompas, kamera Blokové schéma výchozího stavu →

4 Blokové schéma subsystémů mobilního robotu
(výchozí stav) Princip pohybu všesměrového robotu →

5 Princip pohybu všesměrového robotu
Senzorický subsystém (sonar, kompas) →

6 Senzorický subsystém robotu
„Inteligentní“ sonar SRF08 Elektronický kompas CMPS03 Osminásobný detektor přiblížení →

7 Osminásobný IR detektor přiblížení
3D vizualizace návrhu modulu Hotový modul IR senzorů IR Senzor Popis vlastností detektoru →

8 Osminásobný IR detektor přiblížení
Princip měření: detekce odrazu IR světla Až osm senzorů 3 úrovně vzdáleností Připojení přes I2C ISP rozhraní CPU: ATMega8 Princip rozlišení vzdálenosti →

9 Osminásobný IR detektor přiblížení
Princip rozlišení vzdálenosti překážek a průměrný změřený dosah senzoru Lokomoční subsystém motoru →

10 Lokomoční subsystém robotu
Motor Maxon A-max19 (2.5W, ) Převodovka Maxon GP19B (84:1) IRC snímač Maxon Encoder PR13 Všesměrové kolo Modul regulátoru motoru →

11 Modul P-regulátoru motoru
Kvadraturní dekodér signálu kanálu IRC Interní 32bitový obousměrný čítač absolutní polohy 16ti bitové měření rychlosti otáčení motoru Až 16ti bitová PWM pro řízení DC motoru Komunikace přes I2C ISP rozhraní CPU: Atmel ATMega8 (AVR) Blokové schéma regulátoru →

12 Blokové schéma modulu regulátoru
Princip regulace →

13 Princip regulace motoru
Kvalita regulace I →

14 Kvalita regulace P-regulátoru
n [ot.min-1] k = 1 T [ms] Kvalita regulace II →

15 Kvalita regulace P-regulátoru
n [ot.min-1] k = 1/20 T [ms] Řídicí subsystém robotu →

16 Řídicí subsystém robotu
CPU: Silicon Laboratories C8051F120 Popis CPU →

17 Řídicí subsystém robotu
CPU: C8051F120 RAM: 8kB, Flash 128kB Maximální rychlost až cca 100MIPS (PLL) I/O rozhraní: 8 portů po 8 mi bitech Vývojová deska s JTAG rozhraní Množství integrovaných modulů (PWM, I2C, 2xUART, 8xA/D převodník) Blokové schéma →

18 Blokové schéma subsystémů mobilního robotu (stav po úpravách)
Systémová integrace →

19 Systémová integrace Nutnost vzájemného propojení všech subsystémů robotu Nutnost zajistit potřebná napájecí napětí pro jednotlivé subsystémy robotu. Úkoly řídicího systému →

20 Úkoly řídicího systému
SLAVE mode – v tomto režimu slouží interní CPU jen jako „sběrač“ dat, které na požádání předá nadřazenému systému a zároveň přijímá povely pro lokomoční subsystém robotu MASTER mode – režim, který pro provoz robotu nepotřebuje nadřazený systém. Interní CPU zajišťuje autonomní chování robotu Úkoly řídicího systému →

21 Princip řízení neuronovou sítí
Fáze vývoje neuronové sítě →

22 Princip řízení neuronovou sítí
Fáze vývoje neuronové sítě - zrod sítě (inicializace náhodnými veličinami) - učení sítě (upřesňování parametrů) - provoz sítě (použití sítě na neznámém prostředí) Dálkové ovládání →

23 Dálkové řízení Realizovaný robot →

24 Realizovaný robot Dotazy →

25 DOTAZY: Popis grafu regulace

26 DOTAZY: Životnost vs. čítač
Maxon Datasheet: 231 / (9000 x 16 x 4 x 60) = cca 62,1h

27 DOTAZY: Maximální frekvence IRC
Obsluha přerušení – 136cyklů (8.5μs) → maximální teoretická frekvence 117kHz → potřebná frekvence 9.6kHz (9000 ot.min-1/60 sec.min-1)*16 p.ot-1*4 → dostatečná rezerva

28 DOTAZY: Stanovení parametru regulátoru
Zieglerova-Nicholsova metoda Typ regulátoru        P              PI 0,9              3,5 Tu PD 1,2              0,25 Tu PID 1,25              2 Tu 0,05 Tu k1 - koeficient přenosu proporcionální soustavy Tu - doba průtahu (Tu = Td – dopravní zpoždění) Tn - doba náběhu (Tn = T1 – časová konstanta regulované soustavy) Tp = Tu - Td – doba přechodu

29 DOTAZY: Použití jiných typů regulátorů?
Byl zvolen regulátor P (jednoduchost) Další typy (P, I, PD, PI, PID, PIDi) Možno použít → složitější → kvalitnější regulace Závěr →

30 Závěr Výsledkem mé práce je významné rozšíření senzorického subsystému robotu. Dále jsem rozšířil robot o nezávislý regulátor každého motoru, což umožní snížit nároky na výpočetní výkon řídicího procesoru. Výše uvedené úpravy umožní zvýšit kvalitu řízení jak prostřednictvím obsluhy u počítače, tak i prostřednictvím autonomního řízení neuronovou sítí. Konec → Děkuji za pozornost.