Optisilla antureilla rataa seuraava mobiilirobotti

Abstract

Mobiiliroboteilla on paljon sovelluksia esimerkiksi teollisuudessa, tutkimuksessa ja palvelutuotannossa. Niiden avulla voidaan suorittaa tehtäviä, jotka vaativat liikkumista, mittaamista ja osien käsittelyä. Erityisesti toistuvat, vaikeat tai vaaralliset tehtävät ovat soveltuvia mobiilirobotin tehtäviksi. Esimerkkejä mobiilirobotin sovelluksista ovat tehtaan sisälogistiikassa osien kuljetus ja käsittely, ihmiselle vaarallisen tai liian ahtaan alueen mittaaminen sekä automatisoitu julkinen liikenne. Usein robotti kykenee paikantamaan itsensä ja päättelemään parhaan reitin maalipisteeseen. Toinen tapa on asettaa robotti seuraamaan rataa, mikä voi olla käytännöllinen ratkaisu esimerkiksi tehdasympäristössä. Radanseurantarobotti voidaan rakentaa myös niille tarkoitettuja nopeuskilpailuja varten. Tässä työssä rakennetaan rataa seuraava mobiilirobotti, joka käyttää radan havaitsemiseen optisia antureita.

Optisilla antureilla rataa seuraava mobiilirobotti kykenee seuraamaan sille ennalta tuntematonta rataa. Tässä työssä tutkitaan tällaisen robotin rakentamista, instrumentointia ja säädön suunnittelua. Robotti on varustettu mikrokontrollerilla, infrapuna-anturilla sekä tasavirtamoottoreilla. Vaatimukset robotille ovat yksinkertaiset: sen on pystyttävä seuraamaan rataa lähdöstä maaliin oikomatta mahdollisimman nopeasti ja ulos ajaessaan sen tulee peruuttaa takaisin radalle. Päästessään maaliin robotin tulee pysähtyä.

Työssä esitellään robotin instrumentointi, säätöalgoritmi ja ohjelmointi. Robotti käyttää takaisinkytkettyä säätöä, jossa infrapuna-anturit havaitsevat robotin sijainnin suhteessa radan keskipisteeseen ja mikrokontrolleri päättelee ohjausarvot moottoreille. Varsinaisia rata-ajotestejä tehtiin kaksi kappaletta, joista jälkimmäisessä robotti pääsi 93,3 % ajokerroista maaliin saakka onnistuneiden rata-aikojen keskiarvon ollessa 7,7 s. Tulokset osoittavat, että yksinkertaisilla komponenteilla ja algoritmilla voidaan rakentaa toimiva mobiilirobotti. Jatkokehitysmahdollisuuksia ovat esimerkiksi laadukkaamman anturoinnin ja kehittyneemmän säätimen, kuten PID-säätimen (Proportional Integral Derivative), käyttöönotto. Esteiden tunnistus ja radan muodon ennakoiva havaitseminen ovat myös kehitysalue, jolla robotin ajosta saataisiin turvallisempaa ja tarkempaa.