Команда разработчиков:
Станислав Ашманов, Кирилл Герасимов, Андрей Краснощёков, Владимир Павловский (младший), Алексей Панченко, Александр Птахин, Георгий Пяцкий, Анна Шувалова, Кузьма Якимец.
Руководитель команды – д.ф.-м.н., профессор В.Е. Павловский.
Робот «Омнибот» был разработан командой механико-математического факультета МГУ для соревнования
«Теннис», которое проводится на
Всероссийском Открытом робототехническом турнире на Кубок Политехнического музея в рамках ежегодной Всероссийской программы “Каникулы роботов”.
Подробнее о соревнованиях по теннису на III Открытом робототехническом турнире можно прочитать
здесь.
|
В соревновании роботов «Теннис» поединок проходит между двумя роботами. Игровое поле прямоугольной формы разделено на две половины, между которыми находится нейтральная зона. На каждой половине игрового поля в начале сета устанавливается по три теннисных мяча.
Цель поединка - перекатить мячи, расположенные на игровом поле, на сторону противника и «отбить» мячи, перекаченные противником.
Судьи принимают решение о победе того или иного робота по количеству мячей, оказавшихся на стороне противника по истечении времени сета. Во время поединка роботы не должны пересекать линию, отделяющую поле противника от нейтральной зоны.
|
Омниколёса робота "Омнибот". В роботе использовано 4 роликонесущих колеса типа mecanum.
|
При создании «Омнибота» было решено реализовать перемещение робота в любом направлении без поворота, чтобы успевать за всеми мячами. Для этого было использовано шасси на роликонесущих колёсах (омниколёсах).
Для достижения большей устойчивости разработчики остановились на варианте с четырьмя роликонесущими колёсами типа
mecanum, в которых ролики стоят так, что углы между их осями и вертикальной плоскостью составляют 45 градусов.
Колёса были спроектированы и изготовлены командой разработчиков робота самостоятельно. Вначале был создан электронный чертёж, затем прототип (с помощью 3D-принтера).
С помощью двухкомпонентной резины была изготовлена эластичная форма для литья, и колёсные диски на роботе были отлиты из двухкомпонентного пластика. Ролики выполнены на 3D-принтере.
Управление роботом с mecanum-колесами возможно в согласии со следующей схемой.
Схема управления mecanum-колесами.
Вращая колёса в разные стороны по этой схеме, робот может двигаться по различным траекториям.
Робот "Омнибот".
На фотографии хорошо видна плата встраиваемого компьютера стандарта PC/104.
Все системы робота установлены на трёх платформах, закреплённых друг над другом.
На нижней платформе располагается шасси: четыре мотора, элементы подвески, и "ковш" для оперирования мячами. Вращение передаётся колесу от оси двигателя через специальную муфту, проходящую через опорный блок-параллелепипед, который, в свою очередь, жёстко прикреплён к платформе. Муфта одновременно является подшипником скольжения для крепления осей колес. С нижней стороны платформы закреплена система навигации. Она состоит из двух компьютерных лазерных мышек.
На средней платформе размещены аккумуляторы и блок питания компьютера. Элементам питания выделен отдельный “этаж” для простоты замены их при разрядке.
Наверху располагается web-камера и элементы управления роботом:
компьютер встраиваемого формата PC/104 и специальный контроллер двигателей, разработанный в ИПМ им.М.В.Келдыша РАН. Последний соединяется с моторами через усилители сигнала. Усилители и компьютер снабжены блокираторами переполюсовки (неправильной полярности при подключении питания). Контроллер осуществляет передачу сигналов ШИМ двигателям. Встроенный компьютер обрабатывает видеосигнал и принимает тактические решения.
Стандарт PC/104 – наиболее компактный и популярный был разработан специально для применения в различных бортовых и встраиваемых системах. Процессорные и периферийные платы данного стандарта имеют размер всего 90х96 мм и позволяют создавать системы управления, сбора данных в одном из самых малых форматов имеющихся на рынке.
Встраиваемые компьютеры стандарта PC/104 выпускаются на базе процессоров Intel ATOM, AMD Geode, Vortex86DX, VIA Eden, а также Intel Pentium M, Intel Celeron M и ряда других.
Высокая плотность монтажа элементов на плате является неоспоримым преимуществом стандарта PC/104, а низкое энергопотребление и возможность работы в промышленном диапазоне температур сделали платы этого формата наиболее популярным решением.
|
Робот "Омнибот" на соревнованиях III Всероссийского Открытого робототехнического турнира (9 января 2011).
На фотографии члены команды разработчиков "Омнибота" - Кирилл Герасимов и Анна Шувалова.
Управление роботом построено по следующей схеме. Система технического зрения на базе видеокамеры используется для контроля положения робота относительно основных элементов поля - чёрных полос, разделяющих поле по середине, и цветных полос по краям. Подъезжая к разделительной черной полосе и обнаруживая ее, робот поворачивает перпендикулярно ей. В ряде случаев выполняется маневр отъезда в глубину своего поля. Система технического зрения предназначается также для контроля положения мячей на поле.
Команда разработчиков робота "Омнибот" на соревнованиях в Политехническом музее.
|
Управление роботом основывается на навигационных данных от сенсоров на лазерных мышках и камеры. Лазерные мышки достаточно точны и хорошо улавливают небольшие изменения координат. С помощью одного такого устройства можно контролировать точку на плоскости, а система из двух лазерных сенсоров даёт даже избыточные данные для определения положения и угла поворота всего робота. Командой были разработаны и применены формулы для работы с этой системой навигации.
Омниколёсная система требовательна к сцеплению колёс с поверхностью. При проскальзывании колес траектория движения робота становится неустойчивой, и поэтому её необходимо корректировать. Поправки выполняются программным способом, основываясь на данных, поступающих с лазерных сенсоров, изготовленных из компьютерных мышек.
Для увеличения сцепления с поверхностью в дальнейшем планируется изготовить для «Омнибота» пружинную подвеску. Кроме того, предполагается улучшить работу навигационной системы, системы визуального распознавания мячей и алгоритма их отбивания.