Modułowy dydaktyczny robot mobilny MRM.edu
Rys. 1. Dydaktyczny modułowy robot mobilny
Wraz z rozwojem robotyki mobilnej i wciąż rosnącym jej upowszechnieniem konieczna staje się coraz bardziej zaawansowana edukacja studentów w tej dziedzinie. Dostępne na rynku roboty mają zamkniętą architekturę, zwartą budowę i najczęściej nie pozwalają na wprowadzanie modyfikacji ani na rozbudowę.
Głównym założeniem projektu robota dydaktycznego MRM.edu (rys. 1) było stworzenie możliwości nauki zarówno podstaw, jak i bardziej zaawansowanych technik robotyki mobilnej. Konstrukcja robota umożliwia szybki dostęp do podzespołów elektronicznych, bogata dokumentacja ułatwia naukę i obsługę robota, pełni funkcję pomocy dydaktycznej, stanowi bazę rozwojową dla kolejnych projektów.
Robot edukacyjny wyposażony został w sensory odległości, za pomocą których może badać otoczenie: w triangulacyjne sensory optyczne oraz w dalmierz ultradźwiękowy, zamontowany na obrotowej głowicy. Szkielet robota jest konstrukcją sztywną, zbudowany jest z aluminium oraz akrylu. Całość tworzy strukturę warstwową, wewnątrz której umieszczono układy elektroniczne. Szkielet robota został wykonany w Instytucie Automatyki i Robotyki Politechniki Warszawskiej, następnie został przekazany studentom z Koła Naukowego Robotyki CYBORG++ w celu jego dalszej rozbudowy.
Istotą struktury robota edukacyjnego MRM.edu była innowacyjna modułowa budowa podzespołów elektronicznych. Z założenia każda funkcja robota miała być zrealizowana w postaci niezależnego modułu elektronicznego. Zaletą jest możliwość prostej rozbudowy systemu o kolejne moduły. Optymalnym rozwiązaniem było zastosowanie struktury nadrzędny-podrzędny, w tym przypadku jeden moduł nadrzędny zarządza sześcioma lub więcej modułami podrzędnymi. Każdy z modułów ma własny mikrokontroler oraz tworzy sieć wewnętrzną (rys. 2).
Moduły zostały wykonane metodą montażu powierzchniowego SMD na specjalnie przygotowanych płytkach drukowanych – zminiaturyzowanych oraz zoptymalizowanych pod względem łatwości montażu, zarówno elementów na płytce, jak i całych modułów w robocie (rys. 3).
Pierwszym wykonanym rozszerzeniem funkcjonalnym platformy dydaktycznej MRM.edu był system nawigacji odruchowej. Takie nawigowanie zakłada, że nie jest określona żadna mapa otoczenia, a robot nie ma zaplanowanej trasy przejazdu do punktu docelowego. Aplikacja nawigacji określa w każdej chwili, na podstawie danych pomiarowych otoczenia, jaki będzie wykonany kolejny krok, prowadzący robota do określonego celu (rys. 4).
Zadaniem programu sterującego jest spełnienie dwóch warunków: doprowadzenie robota do celu oraz ominięcie przeszkód. Na podstawie aktualnego pomiaru otoczenia system oblicza ruch robota. Decyzja ominięcia podejmowana jest w chwili, gdy przeszkoda znajduje się w pobliżu, jest to odruch spowodowany bodźcem bliskości przeszkody.
Odruchowy system nawigacji pozwala na unikanie kolizji zarówno z przeszkodami statycznymi jak i poruszającymi się. Dzięki temu możliwa jest nawigacja w nieznanym terenie, labiryncie, a nawet w sytuacji, gdy otoczenie ulega zmianom lub przemieszczają się ludzie bądź inne obiekty (rys. 5).
Projekt został wykonany zgodnie z założeniami, w ustalonym terminie. Przeprowadzono wiele testów sprawdzających poprawność pracy robota i system nawigacji odruchowej. Aktualnie robot wykorzystywany jest na zajęciach dydaktycznych specjalności robotyka.
Mateusz Wiśniowski – SKN Cyborg++, Politechnika Warszawska