Система керування рухом наземного багатофункціонального робота

Abstract

Об'єкт дослідження – дистанційна система керування рухом наземного багатофункціонального робота для бойових задач. Предмет дослідження – створення платформи багатофункціонального робота та інтегрування її у бойові умови. Мета дослідження – розроблення ефективної системи керування рухом наземного робота з дистанційним зв’язком та сучасними технологіями. У роботі була поставлена задача розробити систему для керування рухом наземного безпілотного транспортного засобу, який виконуватиме важливі бойові завдання. Особливою ознакою цього завдання є орієнтація на найновіші світові комплектуючі, що розроблені окремими компаніями, кожна з яких є лідером у своїй справі. Підбір комплектуючих виконувався виходячи із наданих нам характеристик робота та відповідних розрахунків. Першими компонентами було обрано чотири мотор-колеса компанії QSMOTOR. У мотор-колесах використовуються безщіткові двигуни постійного струму із зовнішнім ротором, що забезпечує простоту керування та довготривалу безперебійну роботу. Саме мотор-колесо здане розвивати 1200 Вт потужності при тривалому статичному навантажені. Для керування мотор-колесами застосовано силові контролери Mini FSESC6.7 PRO. Вони є популярними серед користувачів, адже виготовлені із якісних комплектуючих, та здатні витримувати високі навантаження при піковому струмі до 200 А. Для зручних налаштувань контролерів застосовується спеціалізована програма, яка є відкритою, виводить досить багато різних показників, що полегшує її використання. Для електричного живлення чотирьох контролерів зібрано силову акумуляторну батарею напругою 60 В та ємністю 40 А•год із Li-ion елементів фірми Samsung. Для дистанційного зв’язку з роботом і керування його рухом застосовано екосистему від компанії CubePilot. Дана система є продуктивним рішенням для реалізації даного завдання. Оранжевий куб, який використовується на платі і здатний зчитувати, переробляти та відправляти дані по різних протоколах зв’язку, є основним компонентом даного робота. Його контролер є найновішою та найпотужнішою моделлю в екосистемі CubePilot, яка має в собі процесор для обробки даних та компоненту, що є окремою ланкою і здатна приймати різні сигнали, передавати їх до процесора та отримувати назад. Відмінною рисою даного контролера, є його відкритий код, який можна змінювати під свій лад. Також сам куб можна змінювати під різний функціонал відповідного до його кольору і встановлювати на ту саму плату. Додатковим комплектуючим, який потрібен для адекватного керування роботом, є бездротова цифрова система зв’язку HereLink. Вона містись в собі саму бездротову цифрову станцію та інтегрований пульт дистанційного керування. Сам блок дає змогу передавати дані керування, відео і телеметрії на відстань до 20 км між пультом та контролером. Дана станція забезпечує якісне відео із камери, яка встановлена на корпусі робота, швидке та чітке керування і довготривалий зв'язок. Наступним важливим компонентом є система GPS та орієнтування у просторі під назвою Here 3, вона дає змогу бачити, де знаходиться робот та у якому він є положенні відносно сторін світу. Після проведення всіх досліджень з приводами мотор-коліс, вивчення описаної системи керування та набуття досвіду роботи з нею, дана екосистема була реалізована за заданим завданням на реальному наземному роботі, виготовленому групою волонтерів.The object of research: a remote motion control system for a multifunctional ground robot designed for combat missions. The subject of the research: the development of a multifunctional robot platform and its integration into combat scenarios. The purpose of the research: to design an efficient motion control system for a ground robot with remote communication capabilities and modern technologies.The study aimed to develop a motion control system for an unmanned ground vehicle capable of performing critical combat tasks. A distinctive feature of this task was the focus on cutting-edge global components developed by companies leading in their respective fields. The components were selected based on the provided robot specifications and relevant calculations. The first components chosen were four hub motors from QSMOTOR. These motors use brushless DC motors with external rotors, ensuring simplicity of control and long-term reliable operation. Each hub motor can deliver 1200 W of power under prolonged static loads. To control the hub motors, Mini FSESC6.7 PRO power controllers were used. These controllers are popular due to their high-quality components and ability to withstand heavy loads, with peak currents up to 200 A. A specialized open-source configuration software facilitates controller tuning, providing a variety of indicators to simplify use. A 60 V, 40 Ah lithium-ion battery pack assembled from Samsung cells powers the four controllers. For remote communication and motion control, the CubePilot ecosystem was employed. This system is a productive solution for the task. The Orange Cube, a central component of the robot, reads, processes, and transmits data across various communication protocols. Its controller represents the latest and most powerful model in the CubePilot ecosystem, featuring a processor for data processing and a module capable of receiving, transmitting, and processing signals. A notable feature of this controller is its open-source code, which can be customized. Moreover, the Cube can be adapted to different functionalities by changing its color-coded modules while retaining compatibility with the same board. An additional essential component for robot control is the HereLink wireless digital communication system. This system includes a wireless digital station and an integrated remote control unit. It enables the transmission of control commands, video, and telemetry data over a distance of up to 20 km between the remote control and the controller. The station provides high-quality video from the robot-mounted camera, precise control, and long-lasting communication. Another critical component is the Here 3 GPS and spatial orientation system, which allows for determining the robot's location and orientation relative to the cardinal directions. After conducting all studies on the hub motor drives, exploring the described control system, and gaining hands-on experience with it, the proposed ecosystem was implemented according to the task on a real ground robot built by a team of volunteers.