Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Συστήματα Αυτοματισμού”
Η εργασία αυτή περιγράφει την ολοκλήρωση και βελτίωση ενός υποβρύχιου ρομποτικού βραχίονα, τόσο κατασκευαστικά όσο και προγραμματιστικά. Βασικός στόχος ήταν η αντικατάσταση των παλιών σερβοκινητήρων με νέους πιο εξελιγμένους,ικανούς να παρέχουν την επιθυμητή ανάδραση στο χρήστη, για ολοκλήρωση σύνθετων διαδικασιών ελέγχου .
Στα κατασκευαστικά πλαίσια αυτού του εγχειρήματος υπάγεται η συναρμογή των νέων μονάδων κίνησης και η δημιουργία στεγανού χώρου που θα φιλοξενεί όλα τα ηλεκτρονικά υποστήριξης. Για την τοποθέτηση των σερβοκινητήρων πάνω στη διάταξη, ήταν απαραίτητος ο επανασχεδιασμός των βάσεων που τους συγκρατούν, με χρήση σχεδιαστικών προγραμμάτων όπως το Solidworks. Απαραίτητη προϋπόθεση σε αυτόν τον σχεδιασμό, υπήρξε η διατήρηση της ήδη υπάρχουσας γεωμετρίας, ώστε να μην έχουμε αλλοίωση στο κινηματικό μοντέλο . Η τεχνική κατασκευής τους είναι αυτή της τρισδιάστατης εκτύπωσης (3D printing). Εν συνεχεία, συμπεριλήφθηκε αδιάβροχο housing που εσωκλείει τα ηλεκτρονικά και την μονάδα ελέγχου για την υποστήριξη των νέων κινητήρων. Ο συγκεκριμένος χώρος αποτελεί γέφυρα επικοινωνίας μεταξύ του βραχίονα και του ακροδέκτη αλλά και μεταξύ χρήστη – διάταξης.
Απαραίτητη προϋπόθεση στην ολοκλήρωση του σχήματος ελέγχου της διάταξης, ήταν η συνεργασία της με το λειτουργικό σύστημα ROS. Για το λόγο αυτό, η μονάδα ελέγχου που επιλέχθηκε για να οδηγεί τα νέα σέρβο ήταν της εταιρείας arduino. Αυτοί οι μικρο ελεγκτές είναι απόλυτα συμβατοί με το εν λόγω προγραμματιστικό περιβάλλον και επιπρόσθετα παρέχουν μεγάλη υποστήριξη στο χρήστη, καθώς η κοινότητα που τους χρησιμοποιεί είναι εξαιρετικά εκτεταμένη. Ο μικρο ελεγκτής arduino προγραμματίστηκε σε γλώσσα C++ με τέτοιο τρόπο ώστε ο μελλοντικός χρήστης να μην χρειαστεί να εμπλακεί ξανά με γλώσσα χαμηλού επιπέδου. Συγκεκριμένα έχει αναπτυχθεί κατάλληλο περιβάλλον ώστε να μπορεί κανείς να στέλνει εντολές ταχύτητας ή θέσης στον βραχίονα και να λαμβάνει πίσω την αντίστοιχη πληροφορία τόσο για τη θέση,ταχύτητα αλλά και το φορτίο που αναπτύσσουν οι σερβοκινητήρες.
Τέλος, για την επαλήθευση της λειτουργικότητας όπως περιγράφηκαν ως τώρα, ζητήθηκε η υλοποίηση ενός σχήματος ελέγχου με εφαρμογή Imaged Based Visual Servoing. Με το IBVS, λαμβάνοντας την σχετική θέση του τελικού στοιχείου δράσης ως προς κάποιο στόχο με τη χρήση κάμερας, είμαστε σε θέση να υπολογίζουμε ένα σφάλμα που σχετίζεται με την απόκλιση επιθυμητών και πραγματικών συντεταγμένων στο χώρο. Στόχος μας υπήρξε, με κατάλληλες εντολές ταχύτητας στους κινητήρες, να οδηγούμε αυτό το σφάλμα στο μηδέν. Με αυτή την διαδικασία επαληθεύουμε το σωστό κινηματικό μοντέλο του βραχίονα, την μηχανική του επιδεξιότητα, αλλά και τις σωστά προγραμματισμένες “αναμονές” των εντολών ελέγχου ταχύτητας, για το μελλοντικό χρήστη.
(EL)
National Technical University of Athens
