Distance measurement unit of search robot control system

Gubanova Aleksandra Anatol'evna Lecturer at Don State Technical University. 344000, Russia, Rostovskaya oblast', g. Rostov-Na-Donu, Gagarina, 1 anatoliya81@mail.ru Other publications by this author     Guzarevich Aleksandra Sergeevna . 344000, Russia, Rostovskaya oblast', g. Rostov-na-Donu, Gagarina, 1 anatoliya81@mail.ru Other publications by this author

Taridonov Nikita Evgen'evich . 344000, Russia, Rostovskaya oblast', g. Rostov-na-Donu, Gagarina, 1 anatoliya81@mail.ru Other publications by this author

В процессе движения робота датчик и измерительная система непрерывно осуществляют измере­ние расстояния до впереди стоящего препятствия. При достижении минимально допустимого порогового значения (300 мм) от робота до препятствия робот останавливается и производит замер расстояния слева и справа. Если расстояние слева оказывается больше, чем справа, робот движется в направлении наи­большего запаса движения (налево). При отсутствии беспрепятственных направлений движения осуще­ствляется остановка робота и движение робота в обратную сторону. Измерение расстояния слева и спра­ва от робота сопровождается вращением по кругу единичного датчика.

Планируется, что БИР будет выполнен в виде платы расширения и будет обеспечивать:

- Отправка ультразвукового сигнала под заданным углом;

- Прием отраженного ультразвукового сигнала и измерение расстояния до преграды.

Структурная схема (рисунок 1) даёт наиболее наглядное представление о последовательности взаимодействия функциональных частей поискового робота.

Рисунок 1 – Структурная схема блока измерения расстояния

В состав БИР входят следующие модули:

1. Микропроцессорный модуль (микроконтроллер серии MCS-51);

2. Блок согласования с шиной RPI. Предназначен для корректного функционирования системы ориентации с остальными модулями робота;

3. Ультразвуковой излучатель (УЗИ), предназначенный, для возбуждения УЗ колебаний в направлении предполагаемого препятствия;

4. Ультразвуковой приёмник (УЗП), осуществляющий, приём отраженных от препятствия колебаний;

5. Блок организации прерываний. Позволяет увеличить количество объектов способных прервать работу микропроцессора.

Микропроцессор является основным управляющим модулем системы ориентации (СО), Он функционирует согласно программе управления РП, заложенной в ПЗУ. Модули УЗИ и УЗП играют не последнюю роль в работе не только СО, но и всего робота в целом. От них зависит точность определения расстояния.

По команде управляющей программы микропроцессор активирует ультразвуковой излучатель (УЗИ) и запускает внутренний счетчик. Отраженный сигнал фиксируется ультразвуковым приемником и вызывает прерывание у микропроцессора. Счетчик останавливается, и по его значению вычисляется расстояние до преграды от которой произошло отражение ультразвука. Это значение передается в систему управления движением робота (БУД), которая производит корректировку направления и/или скорости движения, если это необходимо. При срабатывании того или иного датчика можно оценивать ситуацию сложившуюся вокруг робота.

Описание принципиальной электрической схемы. На принципиальной электрической схеме БИР (рисунок 2) основным элементом является микроконтроллер DD3, который выполняет программу, находящуюся в ПЗУ. В процессе выполнения программы микроконтроллер выдает на порт P2.7 высокий уровень сигнала (логическая единица), которая открывает ключ DD4.1. Это означает, что включён ультразвуковой излучатель и генератор начинает формировать колебания. При этом, в самом МК включается таймер, который будет измерять время от посылки сигнала до приема его отраженного значения. Он пропускает колебания сформированные генератором, который собран на элементах DD2.1, DD2.2, C5 и R3.Через динамик, эти колебания передаются во внешнюю среду в виде ультразвуковых волн.

ХЪ{}{

Рисунок 2- Схема электрическая принципиальная БИР

Микрофон, приняв колебания от отражённых объектов, передает их на операционный усилитель DD6. Проходя через полосовой фильтр, собранный на элементах L1, L2, C6 и C7, пропускается лишь та часть усиленного сигнала, которая совпадает с резонансной частотой ПФ. Фильтр настроен на пропускание колебаний частотой 42–45 кГц. Теперь на входе компаратора DD5 однополярный (сигнал прошёл через диод VD1 в прямом направлении), отфильтрованный на нужную частоту сигнал, который теперь сравнивается с минимальным порогом срабатывания ультразвукового приёмника. Этот порог задаётся подбором резистора R4.

Сигнал включения УЗП попадает с выхода P2.7 (логическая единица) попадает на вход DD4.2, который при отсутствии сравнения на компараторе DD6 (логический ноль) выдаёт «0», при инвертировании которого на вход INT1 (P3.3) микроконтроллера подается неактивный единичный сигнал. Однако, когда компаратор после сравнения подает на вход DD4.2 логическую единицу, на вход INT1 приходит «0» и т.о. формируется срез сигнала (переход из единичного состояния в нулевое). При срабатывании прерывания, в микроконтроллере вызывается процедура обработки этого прерывания, выключается таймер и, на основании его значения, вычисляется расстояние до препятствия.

В ходе работы был разработан блок измерения расстояний системы управления поисковым роботом. В проекте представлены структурная, функциональная и принципиальная схемы. Данная разработка позволит с большей точностью и скоростью обследовать помещения в поисках опасных предметов или пострадавших людей, что позволит уменьшить вероятность их гибели. Кроме того, возможны другие сферы применения системы мобильных роботов: картографирование, охрана помещений, выполнение вспомогательных работ в здании (уборка, перемещение грузов) и т.п.