Автоматизована система управління роботизованими платформами

Abstract

Ця робота присвячена розробці автоматизованої системи управління для мобільної роботизованої платформи, яка здатна орієнтуватися у просторі завдяки використанню комплексу сенсорів різного типу. До складу системи входять модуль глобального позиціонування (GPS NEO-6M), ультразвуковий сенсор HC-SR04 для визначення відстані до об’єктів, а також оптичний сенсор зображення OV7670. Центральним елементом обробки та керування системою є мікроконтролер STM32, який координує взаємодію між сенсорами та реалізує алгоритми управління. У першому розділі роботи здійснено аналіз сучасних підходів до побудови автономних систем управління для мобільних платформ. Розглянуто особливості реалізації навігації, сенсорного забезпечення та базових принципів побудови систем реального часу. Окрему увагу приділено порівнянню існуючих мікроконтролерів і обґрунтовано вибір STM32 завдяки його високій продуктивності, гнучкості та широкій підтримці периферійних пристроїв. У другому розділі описано побудову повноцінної моделі системи управління. Детально охарактеризовано компонування сенсорів відносно плати STM32, способи їх під’єднання та технічні аспекти організації конструкції. Наведено функціональну та структурну схеми, які демонструють логіку обміну даними між елементами. Проведено оцінку енергоспоживання кожного модуля з урахуванням режимів роботи системи. Також описано особливості конструкції корпусу, що дозволяє ефективно закріпити всі компоненти та забезпечити доступ сенсорів до зовнішнього середовища. У третьому розділі здійснено техніко-економічну оцінку проєкту. Розглянуто потенційні витрати на впровадження, визначено собівартість та обґрунтовано доцільність використання такої системи у сфері автоматизації. Проаналізовано переваги віртуального проєктування як етапу підготовки до створення реального зразка, що дозволяє мінімізувати витрати на тестування та монтаж обладнання. Результатом роботи є розробка узгодженої та функціонально завершеної моделі автоматизованої системи, яка може бути використана як базова структура для створення реального прототипу або для симуляційних досліджень у сфері автономної навігації, моніторингу або автоматизованого переміщення.

This work is devoted to the development of an automated control system for a mobile robotic platform, which is capable of navigating in space through the use of a complex of sensors of various types. The system includes a global positioning module (GPS NEO-6M), an ultrasonic sensor HC-SR04 for determining the distance to objects, as well as an optical image sensor OV7670. The central element of the processing and control of the system is the STM32 microcontroller, which coordinates the interaction between sensors and implements control algorithms. The first section of the work analyzes modern approaches to building autonomous control systems for mobile platforms. The features of implementing navigation, sensor support, and the basic principles of building real-time systems are considered. Special attention is paid to comparing existing microcontrollers, and the choice of STM32 is justified due to its high performance, flexibility, and wide support for peripheral devices. The second section describes the construction of a full-fledged model of the control system. The location of the sensors relative to the STM32 board, the methods of their connection and the technical aspects of the design organization are described in detail. Functional and structural diagrams are presented, demonstrating the logic of data exchange between elements. The energy consumption of each module is estimated taking into account the operating modes of the system. The features of the housing design are also described, which allows for effective fastening of all components and ensuring access of sensors to the external environment. In the third section, a technical and economic assessment of the project is carried out. The potential costs of implementation are considered, the cost is determined and the feasibility of using such a system in the field of automation is substantiated. The advantages of virtual design as a stage of preparation for creating a real sample are analyzed, which allows minimizing the costs of testing and installation of equipment. The result of the work is the development of a coordinated and functionally complete model of an automated system, which can be used as a basic structure for creating a real prototype or for simulation studies in the field of autonomous navigation, monitoring or automated movement.?