Μελέτη, Σχεδίαση και Υλοποίηση του Ηλεκτρολογικού – Ηλεκτρονικού μέρους καθώς και Έλεγχος Χαμηλού Επιπέδου Αυτόνομου Ρομποτικού Οχήματος

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία, η οποία αποτελεί μέρος συνολικού έργου μελέτης και κατασκευής αυτόνομου ρομποτικού οχήματος, ασχολούμαστε με την μελέτη, την σχεδίαση και την κατασκευή ενός ηλεκτρικού ρομποτικού οχήματος διαφορικής οδήγησης, το οποίο θα έχει την δυνατότητα να κινηθεί αυτόνομα στον χώρο και να λειτουργήσει ως βασική πλατφόρμα για την δημιουργία διαφορετικών εφαρμογών της ρομποτικής, που θα έχουν ως κοινό παρονομαστή το συγκεκριμένο όχημα. Η πλατφόρμα αυτή θα έχει την δυνατότητα της εύκολης μετατροπής και επέκτασής της, τόσο στην ηλεκτρομηχανολογική της κατασκευή, όσο και στο κομμάτι ελέγχου. Στο παρών τμήμα του συνολικού έργου θα ασχοληθούμε με την μελέτη, σχεδίαση και κατασκευή του ηλεκτρολογικού – ηλεκτρονικού μέρους του ρομποτικού οχήματος καθώς και την επιλογή και προμήθεια των κατάλληλων υλικών κατασκευής του. Το ηλεκτρολογικό – ηλεκτρονικό μέρος του οχήματος περιλαμβάνει το τμήμα παροχής και διαχείρισης ενέργειας, το τμήμα κίνησης καθώς και το τμήμα ελέγχου και αισθητήρων. Επίσης, έχει δημιουργηθεί ένας αλγόριθμος διεύθυνσης τριών λειτουργικών καταστάσεων. Στην 1η κατάσταση λειτουργίας, το όχημα θα έχει την δυνατότητα να κινείται ελεύθερα στον χώρο και να αποφεύγει τυχόν εμπόδια που θα βρεθούν στην πορεία του. Στην 2η κατάσταση λειτουργίας, το όχημα θα δέχεται οδηγίες από τον χειριστή του σχετικά με την εφαρμογή συγκεκριμένης ταχύτητας σε κάθε τροχό του καθώς και τον χρόνο για τον οποίο θα κινηθεί με τις συγκεκριμένες ταχύτητες. Στην 3η κατάσταση λειτουργίας, το όχημα θα δέχεται οδηγίες για την απόσταση που θα πρέπει να διανύσει σε ευθύγραμμη κίνηση και παράλληλα θα αποφεύγει τυχόν εμπόδια που θα συναντήσει στην πορεία του. Η επικοινωνία του με τον χρήστη – χειριστή θα γίνεται μέσα από περιβάλλον ROS από όπου θα υπάρχει η δυνατότητα το όχημα να δέχεται εντολές – κατευθύνσεις και να στέλνει δεδομένα, όπως στοιχεία οδομετρίας, εικόνες από κάμερα, στοιχεία από laser scanner, ενώ θα προσομοιώνει την λειτουργία και τις κινήσεις στο Gazebo.

In this thesis, which is part of a whole work of study and construction of an autonomous robotic vehicle, we are dealing with the study, design and construction of an electric robotic vehicle of differential driving, which will be able to move with autonomy and to function as a basic platform for the creation of various robotic applications, with this particular vehicle as a common denominator. This platform will also have the potential of its easy transform and extension, regarding not only its electro-mechanical construction but also the part of control. In the current part of the whole work we will deal with the study, design and construction of the electric – electronic section of the robotic vehicle, as well as with the choice and supply of the appropriate materials for its construction. The electric – electronic section of the vehicle includes the section of power supply and management, the section of movement and the section of control and sensor. For the move, we have created an algorithm which controls three operation modes. In the first operation mode, the vehicle will be able to move freely and to avoid possible obstacles that may come on its way. In the second mode, the vehicle will get instructions from the administrator regarding the application of specific speed on every wheel as well as well as the time that it will move with this speed. In the third mode, the vehicle will get instructions regarding the distance it will have to cover in a straight line and at the same time will avoid any obstacles that may come on its way. The communication with the user – administrator will be carried out through the ROS environment, through which the vehicle will be able to accept commands – instructions and to send data, like odometry data, pictures from a camera or laser scanner data, while it will also simulate the operation and movement in the Gazebo.