С. А. Лапшинов¹, В. А. Шахнов², А. В. Юдин³

1, 3 Центр технического образования, ГБПОУ «Воробьевы горы» (Москва, Россия)

2, 3 кафедра ИУ4 «Проектирование и технология производства электронной аппаратуры», МГТУ им. Н.Э. Баумана (Москва, Россия)

Постановка проблемы. Международные робототехнические соревнования «Eurobot» ставят перед участниками и их мобильными роботами актуальные технические задачи. Каждый год эти задачи обновляются, и участники стремятся найти их оптимальное решение. Для победы в соревнованиях особенно важны высокая скорость перемещения робота и его точное позиционирование на тестовом полигоне. В результате тестов установлено, что использование платформы с тремя омни-колесами сокращает общее время на перемещения робота во время матча, уменьшает необходимое число поворотов для выполнения типовых маневров (увеличивает точность перемещения), увеличивает повторяемость передвижений робота.

Цель. Рассмотреть направления интеллектуализации управления движением мобильных роботов на примере модулей омни-колес.

Результаты. Предложено проектное решение, использующее компоненты интеллектуализации перемещения в любом направлении при получении от оператора-человека или вышестоящего автоматического управляющего устройства команд, состоящих из угла направления движения и необходимого расстояния движения. Представлен вариант использования омни-колес для передвижения мобильного робота по плоской поверхности. Рассмотрены особенности устройства и применения привода с тремя омни-колесами в сравнении с дифференциальным приводом. Описаны кинематика, базовые принципы формирования управления движением, аппаратно-программный комплекс по его реализации. Выявлены два альтернативных способа организации управления приводом в условиях дефицита аппаратных ресурсов низкого уровня на основе 8-битного микроконтроллера, проанализированы их достоинства и недостатки. Отмечены особенности отработки маршрута передвижения мобильного робота на примере соревновательной практики. Практическая значимость. Представленные технологическое обеспечение и материалы позволяют реализовать конкурентные преимущества разработки при минимизации затрат на комплектующие.

Лапшинов С.А., Шахнов В.А., Юдин А.В. Направления интеллектуализации управления движением мобильного робота // Нейрокомпьютеры: разработка, применение. 2021. Т. 23. № 1. С. 50–62. DOI: 10.18127/j19998554202101-06.

1. Международные молодежные соревнования мобильных роботов Eurobot [Электронный ресурс] / URL: http://www.eurobot.org (дата обращения: 01.09.2020).
2. Kuturov A., Yudin A., Pashinskiy I., Chistyakov M. Team development of an autonomous mobile robot: approaches and results // Communications in Computer and Information Science. 2011. V. 161. P. 187–201.
3. Salmina M., Kuznetsov V., Poduraev Y., Yudin A., Vlasov A., Sukhotskiy V., Tsibulin Y. Continuous engineering education based on mechatronics and digital fabrication // 6th International Conference on Robotics in Education. 2015. P. 56–57.
4. Demidov A., Yudin A., Krasnobryzhiy B., Chistyakov M., Borovik R., Kuturov A. Autonomous mobile robot development in a team, summarizing our approaches // Communications in Computer and Information Science. 2011. V. 156. P. 168–179.
5. Yudin A., Sukhotskiy D., Salmina M. Practical mechatronics: training for mobile robot competition // 6th International Conference on Robotics in Education. 2015. P. 94–99.
6. Чистяков М.Г., Юдин А.В. Расчет траектории движения мобильного робота в частной задаче перемещения объектов // Сб. науч. трудов 13-й молодежной науч.-технич. конф. «Наукоемкие технологии и интеллектуальные системы 2011». 27–28 апреля 2011 г. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. С. 311–314.
7. Лапшинов С.А. Актуальность технологических возможностей лаборатории цифрового производства при разработке мобильного робота // Сб. науч. трудов 19-й молодежной междунар. науч.-технич. конф. «Наукоемкие технологии и интеллектуальные системы 2017». 19 апреля 2017 г. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. С. 255–263.
8. Лапшинов С.А., Юдин А.В. Практика проектирования мобильных роботов в спортивной робототехнике: моделирование и стратегия // Сб. докладов 13-й Всеросс. конф. молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России». 2020.
9. Борисов А.В., Килин А.А., Мамаев И.С. Тележка с омниколесами на плоскости и сфере // Нелинейная динамика. 2011. Т. 7. № 4 (Мобильные роботы). С. 785–801.
10. Герасимов К.В., Зобова А.А. Динамика экипажа на омни-колесах с массивными роликами с учетом смены ролика в контакте с опорной плоскостью // Труды МАИ. 2018. № 101.
11. Затекин Д.В., Юдин А.В. Образовательная робототехника: пример содержания индивидуального маршрута обучения // Сб. науч. статей «Непрерывное образование в контексте идеи Будущего: новая грамотность». М.: МГПУ. 2020. С. 11–16.
12. Лапшинов С.А., Юдин А.В. Инструменты моделирования в комплексных задачах разработки технических систем и устройств // Сб. науч. статей «Непрерывное образование в контексте идеи Будущего: новая грамотность». М.: МГПУ. 2020. С. 54–60.
13. Затекин Д.В., Юдин А.В. Проектирование технических систем: модель ультразвуковой системы позиционирования // Сб. докладов 13-й Всеросс. конф. молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России». 2020.
14. Затекин Д.В. Система позиционирования мобильных роботов, воспроизводимая в учебных лабораториях цифрового производства // Сб. науч. трудов 20-й молодежной междунар. науч.-технич. конф. «Наукоемкие технологии и интеллектуальные системы 2018». 25 апреля 2018 г. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. С. 221–231.
15. Журавлева Л.В., Зобов О.В., Клынкин К.О. Применение лазерного дальномера VL53L0x для навигации и позиционирования мобильного робота // Технологии инженерных и информационных систем. 2019. № 3. С. 8–17.
16. Колесников М.А., Юдин А.В. Аппаратно-программный комплекс по определению местоположения объекта на плоскости методом ультразвуковой триангуляции // Сб. докладов 10-й Всеросс. конф. молодых ученых и специалистов (с международным участием) «Будущее машиностроения России». 2017. С. 591–595.
17. Vlasov A., Yudin A. Distributed control system in mobile robot application: general approach, realization and usage // Communications in Computer and Information Science. 2011. V. 156. P. 180–192.
18. Yudin A., Semyonov M. Distributed control system for a mobile robot: tasks and software architecture // Communications in Computer and Information Science. 2011. V. 161. P. 321–334.
19. Белов А.А. Универсальный драйвер для мощных электрических двигателей // Сб. науч. трудов 21-й молодежной междунар. науч.-технич. конф. «Наукоемкие технологии и интеллектуальные системы 2019». 17 апреля 2019 г. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. С. 164–168.
20. Yudin A., Vlasov A., Shalashova M., Salmina M. Evolution of educational robotics in supplementary education of children // Advances in Intelligent Systems and Computing. 2020. V. 1023. P. 336–343.
21. Yudin A., Vlasov A., Salmina M., Sukhotskiy V. Challenging intensive project-based education: short-term class on mobile robotics with mechatronic elements // Advances in Intelligent Systems and Computing. 2019. V. 829. P. 79–84.
22. Yudin A., Kolesnikov M., Vlasov A., Salmina M. Project oriented approach in educational robotics: From robotic competition to practical appliance // Advances in Intelligent Systems and Computing. 2017. V. 457. P. 83–94.
23. Yudin A., Salmina M., Sukhotskiy V., Dessimoz J.D. Mechatronics practice in education step by step, Workshop on mobile robotics // 47th International Symposium on Robotics. 2016. P. 590–597.
24. Лапшинов С.А. Компактный аппаратно-программный комплекс единичного изготовления элементов электронных устройств // Сб. науч. трудов 21-й молодежной междунар. науч.-технич. конф. «Наукоемкие технологии и интеллектуальные системы 2019». 17 апреля 2019 г. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. С. 173–182.
25. Юдин А.В., Власов А.И., Колесников М.А. Управление мехатронными узлами в автоматизированных системах гибкого индивидуального цифрового производства // Материалы XIII Междунар. конф. «Устойчивость и колебания нелинейных систем управления» (конференция Пятницкого). 2016. С. 432–434.
26. Колесников М.А., Юдин А.В., Кузнецов В.Е. Организация управления автоматизированным инструментом персонального цифрового производства // Сб. докладов 8-й Всеросс. конф. молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России». 2015. С. 415–419.
27. Juravleva L.V., Shakhnov V.A., Vlasov A.I. Adaptation of professional engineering training to the challenges of modern digital production // Advances in Intelligent Systems and Computing. 2020. V. 1134. P. 623–633.
28. Vlasov A.I., Juravleva L.V., Shakhnov V.A. Visual environment of cognitive graphics for end-to-end engineering projectbased education // Journal of Applied Engineering Science. 2019. V. 17. № 1. P. 99–106.
29. Журавлева Л.В., Умбатова М.Э. Статистический анализ перспектив профессионального развития по направлению «Конструирование и технология электронных средств» // Технологии инженерных и информационных систем. 2018. № 1. С. 21–30.
30. Билибин К.И., Власов А.И., Журавлева Л.В., Макарчук В.В., Мысловский Э.В., Парфенов О.Д., Пирогова Е.В., Шахнов В.А., Шерстнев В.В. Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры: Учебник для вузов. Сер. Информатика в техническом университете. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2005.
31. Vlasov A.I., Yudin A.V., Shakhnov V.A., Usov K.A., Salmina M.A. Design methods of teaching the development of internet of things components with considering predictive maintenance on the basis of mechatronic devices // International Journal of Applied Engineering Research. 2017. V. 12. № 20. P. 9390–9396.
32. Vlasov A.I., Grigoriev P.V., Krivoshein A.I., Shakhnov V.A., Filin S.S., Migalin V.S. Smart management of technologies: predictive maintenance of industrial equipment using wireless sensor networks // Entrepreneurship and Sustainability Issues.