Моделювання руху колісного мобільного робота в закритих приміщеннях

Abstract

Дипломна робота присвячена розробці та дослідженню мобільного робота колісного типу, призначеного для руху у закритих приміщеннях. У першому розділі наведено класифікацію мобільних роботів за типом середовища та способом переміщення, розглянуто конструктивні особливості колісних, гусеничних, крокових і гібридних систем. Детально проаналізовано сенсорні системи, що використовуються для навігації й орієнтації, зокрема LiDAR, радари, камери, а також алгоритми керування рухом та навігації від класичних методів до адаптивних і нейромережевих підходів. У другому розділі виконано комп’ютерне моделювання руху шестиколісного мобільного робота в середовищі CoppeliaSim. Створено віртуальну модель робота з урахуванням обмеженого діапазону коректного зчитування та вимог до навігаційної стійкості. Реалізовано алгоритми керування на мові Lua, проведено тестування в умовах типових сценаріїв руху, зокрема: поворотів, стабілізації після зсувів та взаємодії з перешкодами. У третьому розділі описано процес створення фізичного прототипу мобільного робота, реалізованого на основі попереднього комп’ютерного моделювання корпусу. Конструкція була спроєктована в середовищі SolidWorks, після чого каркас прототипу виготовлено за допомогою 3D-друку, що дозволило реалізувати складні геометричні елементи. Корпус розроблений із урахуванням принципів модульності забезпечує легкий доступ до компонентів. У якості навігаційних засобів використано сенсори кольору TCS230 для слідкування за маркерною стрічкою та ультразвуковий датчик відстані для виявлення перешкод. Для забезпечення стабільного й точного руху було підібрано відповідний тип моторів. Особливу увагу приділено правильному розміщенню сенсорів відносно поверхні руху, що підвищило точність зчитування та надійність системи в цілому.This graduation thesis is s devoted to the development and research of a wheeled-type mobile robot intended for movement in indoor environments. In the first section, a classification of mobile robots by type of environment and method of movement is provided, the design features of wheeled, tracked, walking, and hybrid systems are considered. Sensor systems used for navigation and orientation are analysed in detail, in particular LiDAR, radars, cameras, as well as motion control and navigation algorithms from classical methods to adaptive and neural network approaches. In the second section, computer modelling of the six-wheeled mobile robot's movement in the CoppeliaSim environment is performed. A virtual model of the robot was created taking into account the limited range of correct reading and the requirements for navigational stability. Control algorithms were implemented in the Lua language, testing was carried out under typical movement scenarios, in particular turns, stabilisation after shifts, and interaction with obstacles. The third section describes the process of creating a physical prototype of the mobile robot, implemented based on the previously designed case. The structure was designed in the SolidWorks environment, after which the prototype’s frame was manufactured using 3D printing, which allowed the implementation of complex geometric elements. The body, developed with modularity principles in mind, provides easy access to components. As navigation means, TCS230 colour sensors were used for following the marker tape and an ultrasonic distance sensor for obstacle detection. A suitable type of motors was selected to ensure stable and accurate movement. Special attention was paid to the correct placement of sensors relative to the movement surface, which increased reading accuracy and the reliability of the system as a whol