Роботизация фермерских хозяйств по обработке растений

Роботы постепенно занимают все больше места в нашей жизни. Это касается не только высокотехнологичных отраслей, но и вредных для человеческого здоровья производств, в частности химического производства. Однако в настоящее время все большую популярность приобретают роботы, помогающие человеку справляться с повседневными делами и заботами. Именно поэтому мы решили создать проект такого робота с элементами оптимизации его траектории, а также точности выполнения программы.

Цель работы разработка проекта робота с элементами оптимизации его траектории и точности выполнения программы.

При проектировании робота определенную трудность вызывает точность позиционирования манипуляторов. Для того чтобы позиционирование осуществлялось точно, необходимо, чтобы координаты q , i = 1 .. n были достаточно близки соответствующим значениям q Это означает, что в тех случаях, когда позиционирующая рука манипуляционной сис-i , ref                                                                -                                                                                                  „ темы является большой и медленной, а манипулятор – малым и быстрым, инерционная позиционирующая часть ограничивает полосу пропускания всей системы. Кроме того, такой метод управления требует значительных величин моментов в степенях подвижности. Ниже предлагается подход, позволяющий обеспечить точную отработку p при меньшей точности движения позиционирующей руки p .

При проектирование робота определенную трудность вызывает точность позиционирования манипулятора. Уравнение движения n-звенного манипулятора может быть представлено в форме

M ( q ) q = n ( q, q ) + r,                                  (1)

где M(q)- матрица инерции; n(q, t[) - вектор, включающий в себя кориолисовы центробежные члены, а также силы трения и тяжести; – вектор входных моментов. Взаимосвязь скорости и изменение положения в пространстве задания и скорости движения в угловой системе координат представляется соотношением p = J(q)q ,                                        (2)

где J ( q ) - матрица Якоби, J_tj = pp_t / qq_x .

С использованием рассчитанной по динамической модели линеаризующей развязывающей обратной связи системы (1) можно привести к n несвязанным двойным интегралом. В угловых координатах манипулятора его состояние определяется вектором z = [ z f , z f ] T , где z_x=q и z₂ = q .

Используя закон правления вида т = M (q)u - n (q, q), можно привести результирующую модель замкнутой системы к форме zi = z2, z2 = u,(4 b)

где u – вектор управления системой, представляющий собой n несвязанных между собой двойных интегралов. Состояние системы в пространстве задания определяется вектором T ~           ~

TT

^~      ^~ z 1 , z 2

~

z

, где z i = p и z2 = p. Закон управления вида т = M(q) J 1 (q)[u - J(q)q] - n(q, q),                             (5)

для уравнения (5)с учетом p = J(q) q^J(q)q                                    (6)

приводит также к несвязанным двойным интеграторам.

Рис. 1. Схема манипулятора робота-садовника

Кроме того, контроль точности позиционирования можно осуществить использованием свойств векторов и нахождением радиус-векторов. Исходные величины после поворота на некоторый угол в первом шарнире могут быть найдены по формуле Родриго:

—►            —►                              *■ —►                                                               ^       ►         *■ i/ ) =is •cos(Z>1+(kxis)-sin ^+ (1-008^)•(kxis)• k,                   (7)

где i , k - единичные векторы (орты) декартовой системы координат; s - число осей единичного вектора, s = 2; 3 [2].

Произведение трех векторов последнего слагаемого вышеприведенного уравнения равно 0, так как векторы коллинеарны между собой и ортогональны вектору k , следовательно, получим:

i — ⁽¹⁾ = i_s • cos ^ + ( к х i_s ) • sin ф ,.                              (8)

Обращаясь вновь к (7), производим те же самые действия после поворота во втором шарнире:

Is2) = L-cos^2+(F2x js )-sin^2, где j – единичный вектор декартовой системы координат, s = 2; 3.

Подставив в формулу (9) выражение (8), получим:

—►          —►                      —►                       —    —►                    —► j (2) j cos 2 i cos 1   (k   i ) sin 1 j sin 2

j cos i j cos sin i sin sin ,

где s = 2; 3. Третий поворот осуществим вокруг вектора j ⁽²⁾ .

После определения векторов, задающих положения векторов и звеньев, легко находятся радиусы-векторы точек механизма:

——

Pb = k k; ;

——

——

_С     l ₁   k   l ₂   j ₂ ;

P M= l,-k+l 2J2 +l 3-

При управлении движением рассматриваемого класса манипуляционных систем по заданной траектории представлена конструкция робота, который включает в себя гусеничную платформу с установленными на ней манипуляторами, газонокосилкой, ультразвуковыми датчиками.

Рис. 2. Конструкция робота:

1 – корпус; 2 – направляющее колесо; 3 – трак гусеницы; 4 – камера; 5 – манипулятор;

6 – ролик натяжителя гусеницы; 7 – опорный ролик сегментной косилки; 8 – емкость для воды;

9 – сегментная косилка;10 – заливное отверстие бака;11 – поливочный шланг;

12 – манипулятор полива;13 – ультразвуковой передатчик;14 – катушка с поливочным шлангом;

15 – схват манипулятора

Для того чтобы научить робота видеть пространство, использовался прием эхолокации, применяемый в автомобильном парктронике. На каждой из четырех сторон робота было размещено по одному датчику, позволяющему сканировать окружающее пространство в режиме реального времени. При возникновении препятствия робот при помощи процессора выбирал заранее запрограммированный алгоритм движения, после чего следовал ему.

по стрелке А по стрелке Б

Рис. 3

Кроме того, эти же самые датчики можно установить на манипулятор для более полного получения «изображения» действительного нахождения объекта и увеличения точности позиционирования манипулятора робота при выполнении какого-либо алгоритма движения. Еще одним немаловажным аргументом в пользу ультразвукового ориентирования является возможность разместить по краям участка ультразвуковые приемники, которые будут помогать роботу ориентироваться в пространстве и более точно определять свое положение.