Понятие и роль образовательной робототехники на современном этапе развития образования
жүктеу/скачать 5,97 Mb.
|
2.2 Робот как системаКак и в анатомии животных, роботы обладают системами, состоящими из операционных единиц, которые позволяют им двигаться, воспринимать и действовать или уметь. Роботы представляют собой объединение систем, которые образуют единое целое. Каждый функциональный блок выполняет определенную задачу и имеет свой собственный вход и выход. Количество и разнообразие систем, которые составляют роботов может изменяться в зависимости от их полезности, но в целом можно выделить следующие основные системы: • приводная; сенсорная. система обработки. Приводные системы состоят из механизмов, которые способны выполнять физическую работу. Они также называются приводами, потому что способствуют выполнению действий. Когда они работают вместе, они могут быть классифицированы как агенты, ответственные за выполнение движения, хотя всегда подчиняются блоку управления. Наиболее важными свойствами, которые следует учитывать при их использовании, являются следующие: Мощность: характеризует количество работы, которое может быть выполнено за единицу времени. Потребление: количество энергии необходимое для работы во внешних условиях и величина рабочего напряжения. Управление: характеризуется скоростью отклика и простотой управления. Скорость: характеризуется количеством времени необходимого для выполнения задачи. Вес и объем: физические параметры, важные для устройства робота. В небольших моделях, для увеличения скорости и экономичности, важно уменьшить вес и объем. Точность: характеризуется постоянством результата действия при тех же условиях. Затраты и техническое обслуживание: экономический фактор, имеющий важное значение в проектах развития и строительства. Кроме того, возможность обслуживания дает большую безопасность для реагирования на неудобства. Необслуживаемая система становится устаревшей. По сути приводы являются двигателями. Существуют различные классификации двигателей. Можно выделить три основные группы приводов: пневматические, гидравлические и электрические. В пневматических источником энергии является давление воздуха. Они преобразуют потенциальную энергию сжатого воздуха в кинетическую энергию. В гидравлических подобно пневматическим вместо сжатого воздуха используются минеральные масла при определенном давлении для выполнения работы. Электрические используют электромагнитную силу для выполнения работы. Они отличаются простотой управления и высокой точностью, что делает их наиболее часто используемыми приводами в роботах. Они могут иметь очень небольшие размеры по сравнению с гидравлическими и пневматическими, что квалифицирует их как хороший выбор для разработки сложных подвижных конструкций. Другим преимуществом по сравнению с предыдущими двумя типами приводов является то, что им не нужно дополнительное пространство для хранения жидкости, хотя они используют батареи или какой-либо иной внешний источник питания. В электрических приводах можно различать две большие группы в зависимости от формы энергии, от которой они питаются: двигатели постоянного тока; двигатели переменного тока; и смешанные гибридные двигатели. В роботах чаще всего используются шаговые двигатели, которые представляют собой особый тип двигателей постоянного тока, которые позволяют поворачивать вал на переделенное количество градусов в зависимости от сигнала управления. Сенсорные системы представляют собой набор датчиков, которые позволяют роботам получать и воспринимать информацию из окружающей среды, в которой они находятся. Датчики - это устройства, которые измеряют физические величины, такие как ускорение, расстояние, яркость, звук, температура и т. д. Функции этих систем похожи на чувства живых существ, у которых «датчиками» являются кожа (осязание), глаза (зрение), нос (обоняние), язык (вкус), и слух (звук). Можно оценить разницу между органами (датчиками) и чувствами (сенсорными системами). Робототехника подвержена развитию датчиков. Без них роботы не смогут получить информацию из среды, и их возможности будут ограничены. Именно поэтому исследования в области датчиков имеют жизненно важное значение в мире робототехники, изучая новые способы измерения физических величин окружающей среды с большей точностью. Наиболее важными характеристиками датчиков являются: Рабочий диапазон: нижний и верхний предел работы. При желании большей точности рекомендуется использовать датчики с ограниченным рабочим диапазоном; но если необходимо сделать более общую систему, то лучше использовать датчики с более широким рабочим диапазоном. Точность и разрешение: характеризует правильность получаемого значения. Чем более высокое разрешение, тем более высокая точность. Датчики сообщают об электрических импульсах, которые затем декодируются для интерпретации информации. В этом процессе происходит этап калибровки, который будет нести основную ответственность за степень точности измерения. Частота дискретизации: характеризуется количеством измерений, которое может быть сделано за единицу времени. Например, в системах, требующих немедленного реагирования на внешние воздействия, важно иметь возможность принимать много измерений в секунду. Например, для робота, который движется со скоростью 5 см/с. и должен остановиться за 10 см до препятствия (стены), измерение расстояния каждые 3 секунды может помешать ему достичь своей цели, поскольку между каждым измерением он проходит 15 см, не зная, сколько сантиметров отделяет его от стены. Вычислительные требования: ресурсы, необходимые для декодирования результатов измерения датчиков. Сам датчик не образует сенсорную систему, как описано выше. Данные, взятые из среды, должны быть обработаны для правильной интерпретации информации. Роботы, как правило, включают небольшие электронные схемы, которые совершают предварительную обработку сигнала. Таким образом, блок управления (мозг робота) получает упрощенную информацию, что упрощает ее обработку. Мощность: характеризуется количеством работы выполняемой за единицу времени. В отличие от приводов, выполняющих работу над окружающей средой, датчики действуют внутри системы на основе величины чувствительности. Как правило, уровни тока и напряжения выходов датчиков малы, но важно учитывать их, чтобы избежать повреждения цепи. Рабочее напряжение и ток: напряжение и ток, необходимые для работы датчиков. Одной из проблем в конструировании роботов является энергетическая часть. Мобильные роботы должны иметь возможность заряжать свой источник питания (батареи) и оптимально использовать этот ресурс. Большинство датчиков требуют минимального значения напряжения и тока для обеспечения своей работы (пассивные датчики). Энергоэффективность их не всегда может быть покрыта микроконтроллером, поэтому обычно используются альтернативные источники энергии или производные от первичной. Активные датчики не требуют питания, потому что они каким-то образом преобразуют энергию измеряемой переменной в электрический импульс. Вес и объем: важные особенности для системной интеграции. Очень тяжелые или очень большие датчики могут нарушить равновесие робота или не найти подходящее место для размещения. Для экономии энергии, снижение веса всегда важно. Прочность: отказоустойчивость к условиям окружающей среды. Надежность датчиков и сенсорных систем может быть достигнута с помощью аппаратного или программного обеспечения. В первом варианте - это очень специализированная электроника, способная устранять помехи и шумы в измерениях, чтобы получить более чистый сигнал. С другой стороны, с помощью программного обеспечения создаются интеллектуальные системы, способные предсказывать и устранять шумы при интерпретации обработанного сигнала. Чувствительность: изменение выходного сигнала, вызванное изменением входного сигнала. Более чувствительные датчики служат для более тонких измерений с короткими диапазонами работы. жүктеу/скачать 5,97 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|