Мобільна платформа

Метою проекту є розробка мобільної рухомої платформи, на яку можуть бути встановлені різного роду маніпулятори, бездротове керування якими буде здійснюватися зі смартфона або планшета.

Основні вимоги до платформи:

– габаритні розміри не повинні виходити за коло Ø400мм, що цілком достатньо для розміщення на ній різних маніпуляторів;
– повинна бути забезпечена нерухомість платформи при відсутності керуючих сигналів;
– досить висока стійкість до перекидання платформи при розміщеному на ній маніпуляторі;
– досить висока швидкість переміщення платформи;
– можливість подолання перешкод до 15 мм на шляху руху платформи;
– автономна робота платформи до 1 години з забезпеченням живлення встановленого на ньому маніпулятора;
– можливість керування з будь-якого мобільного пристрою;
– простота подальшої модифікації програмного забезпечення платформи і мобільного пристрою.

При аналізі різних варіантів було встановлено що:

– найбільш раціональним варіантом шасі буде триколісний варіант – два приводних колеса і одне поворотне. При такій компоновці всі три колеса будуть дотикатися поверхні переміщення платформи навіть при значних її нерівностях;
– в якості двигуна краще використовувати двигун постійного струму в парі з черв’ячним редуктором, які забезпечать високий крутний момент та блокування коліс і платформи при зупинці. Для контролю точних переміщень цей вузол повинен бути оснащений енкодером. Використання крокових двигунів в даному випадку є нераціональним, оскільки їх крутний момент при великих швидкостях значно знижується і для утримання коліс в загальмованому стані необхідно через обмотки пропускати струм, що значно знизить час автономної роботи;
– висока стійкість до перекидання може бути забезпечена низьким положенням центра ваги платформи і досить великою вагою самої платформи. Досягти цього можна застосувавши в якості елемента живлення гелеву акумуляторну батарею для мотоциклів і скутерів, розмістивши її на дні платформи. Вона має велику вагу і допускає використання її в будь-якому положенні, оскільки електроліт знаходиться в стані гелю і не буде з нього витікати;
– в якості керуючого пристрою слід використовувати мікроконтролерну плату в зв’язці з Bluetooth модулем, який забезпечить бездротовий зв’язок платформи з телефоном. Дальності в 10м є достатньою, тому використання Wi-Fi модуля не розглядається в зв’язку з значно більшим його енергоспоживанням;
– розробка програмного забезпечення керування платформою і її модифікація під різні маніпулятори, на ній встановлені, повинні бути значно спрощені і не вимагати глибоких знань програмування. Програмування повинно зводитися в основному до програмування мікроконтролера, а не до створення оболонки керування для мобільного пристрою. В цьому випадку при використанні вже готових інструментів для створення графічного вікна керування для мобільних пристроїв, необхідно буде в код програми керування платформою додати тільки керуючий код для встановленого маніпулятора.

Виходячи з вищевикладених вимог і зроблених висновків для реалізації даного проекту було обрано такі комплектуючі:

Набір приводних коліс з двигунами постійного струму, енкодерами і редуктором -(сторінка продукту: https://www.parallax.com/product/28962).
Номінальна напруга живлення – 12 VDC, потужність 96 W. Енкодер, встановлений на осі колеса дає 36 імпульсів на оберт.

Набір приводних коліс з двигунами від Parallax Inc.

Для можливості повороту платформи під час руху було використано поворотне колесо Caster Wheel Kit Rev.B (сторінка продукту: https://www.parallax.com/product/28961).

Поворотне колесо від Parallax Inc.

В якості силових драйверів керування двигунами постійного струму був використаний DHB-10 Dual H-Bridge 10 Amp Motor Controller (сторінка продукту: https://www.parallax.com/product/28231). Напруга живлення 6-24 VDC, два канали керування двома двигуна зі струмом до 10А. Підтримується як широтно-імпульсне керування двигунами так і керування командами.

Контролер керування двигунами від Parallax Inc.

В якості керуючого елемента – мікроконтролерна плата Bluno V2.0 від DFRobot (сторінка продукту: https://www.dfrobot.com/product-1044.html), яка поєднує в собі Arduino Uno та модуль Bluetooth 4.0 (BLE). Живлення 7-12В, мікроконтролер – Atmega328, бутлоадер -Arduino Uno.

Bluno V2.0 від DFRobot.

Bluetooth 4.0 має дуже низьке енергоспоживання, що є актуальним для автономних пристроїв. Але оскільки не всі смартфони підтримують Bluetooth 4.0, було вирішено додатково встановити модуль Bluetooth HC06 Module для роботи з смартфонами і планшетами, які підтримують тільки протоколи Bluetooth 2.0 / 2.1 (сторінка продукту: http://www.wavesen.com/probig.asp?id=24). Надалі можна буде використовувати тільки вбудований BLE.

Модуль Bluetooth HC06 для роботи з Bluetooth 2.0/2.1.

У разі достатності Bluetooth 2.0 / 2.1 замість Bluno V2.0 може бути використана Arduino Uno (сторінка продукту: https://store.arduino.cc/arduino-uno-rev3) або її аналог.
Для живлення всієї електричної частини був використаний стартерний акумулятор Outdo YTX7L-BS (GEL) з номінальними напругою 12V і ємністю 7Ah, пусковий струм якого 85А, вага 2,25 кг.

Акумулятор Outdo MF Surerior GEL.

Для робочої поверхні платформи було вирішено використовувати фанеру товщиною 8 мм як матеріал, який легко обробляється, має достатню твердість і дозволить легко закріпити на ньому необхідний маніпулятор.

Ескіз поверхні платформи.

Для реалізації програмної частини проекту використано безкоштовний ресурс RemoteXY – система розробки і використання мобільних графічних інтерфейсів для керування контролерами зі смартфона або планшета.

Безкоштовний ресурс http://remotexy.com/en/.

До складу цієї системи входять: редактор мобільних графічних інтерфейсів для контролерів (розміщений на сайті http://remotexy.com/en/) і мобільний додаток RemoteXY, що дозволяє при підключенні до контролера відображати графічні інтерфейси (може бути завантажений з App Store або Google Play за посиланням http://remotexy.com/en/download/).

Конфігурація графічного інтерфейсу зберігається в контролері і при підключенні конфігурація графічного інтерфейсу завантажується в мобільний додаток з контролера. З одного мобільного додатку є можливість керування різними пристроями, кількість яких не обмежена.

Підтримуються наступні способи зв’язку між контролером і мобільним пристроєм: Bluetooth; WiFi в режимі клієнта і точки доступу; Ethernet за IP адресою або URL; Інтернет з будь-якого місця через хмарний сервер.
Мобільні операційні системи, що підтримуються: Android та iOS.

Сервіс RemoteXY дозволяє розробити будь-який графічний інтерфейс керування, використовуючи елементи керування, індикації та оформлення в будь-якій їх комбінації. Розміщуючи елементи на екрані за допомогою онлайн-редактора можна розробити інтерфейс для будь-якої задачі.
Розробивши графічний інтерфейс, ви отримуєте вихідний код програми для мікроконтролера, що реалізує ваш інтерфейс. Вихідний код містить структуру для взаємодії вашої програми з елементами керування та індикації. Таким чином ви легко створюєте систему керування для вирішення поставлених задач.

На сторінці ресурсу http://remotexy.com/en/ створюємо графічний інтерфейс керування, для цього спочатку в підменю Configuration вибираємо необхідний нам вид бездротового зв’язку, контролер, Bluetooth модуль, середовище розробки програми. Далі за допомогою миші відкривши підменю Controls витягуємо на екран віртуального смартфона необхідні елементи керування:
Switch – вимикач, який будемо використовувати для вмикання та вимикання керування рухом платформи;
Slider – слайдер, що дозволяє регулювати максимальну швидкість руху платформи;
Button – кнопка, яку будемо використовувати для подачі попереджувального звукового сигналу;
Joystick – джойстик, який є пропорційним елементом керування і дозволяє передавати на мікроконтролер плавну зміну своїх координат за двома осями: Х та Y. Джойстик керується пальцем шляхом переміщення його повзунка в межах зони і дозволяє плавно змінювати значення від -100 до 100 по кожній з осей. Джойстик додатково оснащуємо кнопкою центрування і керування за допомогою акселерометра (G-сенсора).

Створення графічного інтерфейсу керування.

Після створення графічного інтерфейсу отримуємо посилання на завантаження вихідного коду і бібліотеки RemoteXY library для мікроконтролера і додатку для смартфона (планшета):

У вихідний код, після його завантаження, додаємо частини коду для керування платформою, зв’язавши ім’я змінних з іменами змінних елементів графічного інтерфейсу. Далі розміщуємо компоненти на платформі і проводами з’єднуємо їх між собою. На платформі встановлюємо вимикач, який вимикає живлення електроніки від акумулятора.

 

Зовнішній вигляд мобільної платформи.

Після цього через USB порт за допомогою середовища Arduino IDE завантажуємо програму в мікроконтролер і вмикаємо живлення від акумулятора. При зєднанні Bluetooth модуля платформи і смартфона інтерфейс керування через Bluetooth буде завантажений на мобільний пристрій, з якого буде відбуватися керування платформою. Щоб керувати платформою з будь-якого мобільного пристрою необхідно встановити на нього безкоштовний додаток RemoteXY (http://remotexy.com/en/download/), включити Bluetooth і створити пару з Bluetooth модулем HC06. Після запуску RemoteXY вибираємо підключений модуль і на екрані мобільного пристрою відобразиться графічний інтерфейс керування.

Завантажити програму керування платформою:
(архів зі скетчем для завантаження в мікроконтролер через Arduino IDE)

Поділитись:

Comments are closed.