Розроблення системи автоматизованого керування чотириосьовим мобільним апаратом

Abstract

У бакалаврській кваліфікаційній роботі наведено опис та призначеннячотириосьового мобільного апарата, представлено розроблену систему автоматизованого керування цим апаратом. Метою бакалаврської кваліфікаційної роботи є розроблення алгоритму та системи автоматизованого керування досліджуваним апаратом, які забезпечували б точний, стійкий та чутливий рух цього апарата в реальному часі та з можливістю автономної або дистанційної роботи в складних або обмежених умовах його застосування. У процесі роботи проведено детальний аналіз вимог до системи керування рухомчотириосьового мобільного апарата. Розроблено архітектуру системи автоматизованого керуванняза допомогою контролера Pixhawk з інтеграцією модуля зв’язку ERLS, далекоміра LIDAR-Lite v3, системи відеопередачі, та контролерів керування електродвигунами. Розроблено структурно-функціональну та принципову електричну схеми системи автоматизованого керування чотириосьовим мобільним апаратом. Розроблено динамічну модель приводу мобільного апарата як об’єкта регулювання швидкості. За отриманою моделлю синтезовано систему автоматичного регулювання швидкості обертання коліс за допомогою ПІ-регулятора. Виконано моделюваннясистеми автоматичного керування швидкості обертання коліс в середовищі MATLAB, здійснено оцінку якості процесу регулювання за інтегральними критеріями. В роботі здійснено проєктування робочого місця оператора. Передбачено заходи з електробезпекита ергономіки. Проведено техніко-економічне обґрунтування доцільності впровадження розробленої системи автоматизованого керування мобільним апаратом та виконано розрахунок техніко-економічних показників від впровадження цієї системи. Результати роботи можуть бути використані при створенні мобільних робототехнічних платформ для потреб автоматизаціїпромислових виробництв, сільського господарства, логістики або пошуково-рятувальних операцій, де необхідне автономне пересування та керування мобільними апаратами в реальному часі.

The bachelor's qualification thesis presents the description and purpose of a four-axis mobile vehicle and outlines the developed automated control system for this vehicle. The goal of the thesis is to develop an algorithm and an automated control system for the investigated vehicle, ensuring precise, stable, and responsive motion in real time, with the capability of autonomous or remote operation in challenging or constrained environments. During the work, a detailed analysis of the requirements for the motion control system of the four-axis mobile vehicle was carried out. The architecture of the automated control system was developed using the Pixhawk controller, integrated with an ERLS communication module, LIDAR-Lite v3 rangefinder, video transmission system, and motor control units. A structural-functional diagram and a detailed electrical schematic of the automated control system were designed. A dynamic model of the mobile vehicle drive system was developed as a speed control object. Based on the obtained model, a closed-loop speed control system using a PI controller was synthesized. The control system was modeled in the MATLAB environment, and the control process quality was evaluated using integral performance criteria. The thesis also includes the design of the operator’s workstation, incorporating electrical safety and ergonomic measures. A techno-economic justification of the implementation of the developed automated control system for the mobile vehicle was carried out, including calculations of the technical and economic performance indicators resulting from its implementation. The results of this work can be applied in the development of mobile robotic platforms for industrial automation, agriculture, logistics, or search and rescue operations, where autonomous movement and real-time control of mobile vehicles are required.