Μελέτη, σχεδίαση και κατασκευή πανκατευθυντικού ρομπότ με σουηδικούς τροχούς και ελεγκτή Raspberry Pi

Abstract

Tα τροχήλατα ρομποτικά οχήματα είναι αυτόνομα ή τηλεκατευθυνόμενα οχήματα που χρησιμοποιούνται για διάφορους σκοπούς. Αυτά τα ρομποτικά οχήματα μπορούν να εκτελούν εργασίες όπως η μεταφορά εμπορευμάτων σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις, για εξερεύνηση ανεξερεύνητων περιοχών, για παροχή ανθρωπιστικής βοήθειας σε επικίνδυνες καταστάσεις κλπ. Τα οχήματα αυτά έχουν γίνει ένα αναπόσπαστο κομμάτι της ζωής μας. Προσφέρουν αυξημένη αποδοτικότητα και ασφάλεια σε διάφορους τομείς και συνεχώς εξελίσσονται με τη χρήση προηγμένων τεχνολογιών όπως οι αισθητήρες, η τεχνητή νοημοσύνη και η αυτοματοποίηση. Στα πλαίσια της παρούσας μεταπτυχιακής διατριβής μελετήθηκε σε βάθος η κίνηση ενός οχήματος με τέσσερις σουηδικούς τροχούς 45 μοιρών. Πραγματοποιήθηκε μελέτη της κινηματικής του συγκεκριμένου οχήματος, αναλύοντας τόσο το ευθύ κινηματικό όσο και το αντίστροφό κινηματικό πρόβλημα. Στη συνέχεια ακολούθησε η διαδικασία των πειραμάτων. Συγκεκριμένα, ολοκληρώθηκαν κάποια πειράματα, τα οποία είχαν ως σκοπό την μελέτη της κίνησης του οχήματος, πραγματοποιώντας μια προσομοίωση με την βοήθεια ηλεκτρονικού υπολογιστή. Τέλος, έγινε προσπάθεια κατασκευής ενός λειτουργικού οχήματος με 4 σουηδικούς τροχούς χρησιμοποιώντας σαν εργαλείο, όλες τις γνώσεις που αποκτήθηκαν κατά την διάρκεια των σπουδών. Ακόμη, επειδή το όχημα πρέπει να υποστηρίζει ένα σύστημα τηλεκατεύθυνσης, δημιουργήσαμε ένα γραφικό περιβάλλον με την βοήθεια της γλώσσας προγραμματισμού Python το οποίο μας δίνει την δυνατότητα σε συνδυασμό με το ηλεκτρονικό κύκλωμα και τον ελεγκτή του οχήματος να μπορούμε απομακρυσμένα να ελέγχουμε το όχημα. Τέλος, ολοκληρώνοντας όλα τα πειράματα με επιτυχία μπορούμε να αποδείξουμε ότι όντως ένα όχημα με 4 σουηδικούς τροχούς είναι πανκατευθυντικό και μπορεί να κινηθεί προς όλες τις κατευθύνσεις χωρίς να χρειαστεί να αλλάξει φορά ή να περιστραφεί.

Wheeled robots are autonomous or remote-controlled vehicles used for various purposes. These robotic vehicles can perform tasks such as transporting goods to industrial facilities, exploring unexplored areas, providing humanitarian aid in dangerous situations, etc. These vehicles have become an integral part of our lives since they offer increased efficiency and safety in various areas and are constantly evolving with the use of advanced technologies such as sensors, artificial intelligence and automation. In the context of this master's thesis, the movement of a vehicle with four Swedish wheels of 45 degrees was studied in depth. A study of the kinematics of the specific vehicle was carried out, analyzing both the forward kinematic and the inverse kinematic problem. Moving forward, the process of experiments followed. In particular, some experiments were completed, which aim was to study the movement of the vehicle carrying out a simulation with the help of a computer. Finally, an attempt was made to build a functional vehicle with 4 Swedish wheels, using as a tool all the knowledge acquired during my studies. Moreover, because the vehicle must support a remote control system, we created a graphical environment with the help of the Python programming language in combination with an electronic circuit and a vehicle controller, which allow us to remotely control the vehicle. Lastly, by completing all the experiments successfully we can prove that indeed a vehicle with 4 Swedish wheels is omnidirectional and can move in all directions its orientation.