Робототехнический набор для изучения автономных мобильных роботов. Базовый набор

Состав набора

Робототехнический набор для изучения автономных мобильных роботов Базовый включает все необходимые компоненты для сборки, настройки и программирования мобильной роботизированной платформы TurtleBot3 Burger. Комплект представляет собой полноценную систему, объединяющую механическую конструкцию, электронные модули управления, исполнительные устройства, датчики и программное обеспечение для разработки автономных решений.

Основой набора является мобильная роботизированная платформа с модульным многоуровневым корпусом. Конструкция состоит из прочных монтажных пластин, соединительных элементов и металлических стоек, которые формируют открытую архитектуру робота. Такое исполнение обеспечивает удобный доступ ко всем компонентам, позволяет изучать внутреннее устройство системы и при необходимости изменять конфигурацию робота.

В состав набора входит:

Мобильная роботизированная платформа TurtleBot3 Burger

Компактное шасси является основой робота и предназначено для размещения всех электронных и механических компонентов. Многоуровневая конструкция позволяет разделить основные функциональные блоки: систему управления, питание, приводы и сенсорные элементы.

Открытая компоновка помогает изучить устройство автономного робота и на практике разобраться с принципами построения современных мобильных робототехнических систем.

Система передвижения

Робот оснащён двухколёсной системой движения с независимым управлением каждым колесом. Такая конструкция позволяет реализовывать точное маневрирование, движение по заданной траектории и разворот на месте.

В систему движения входят:

• интеллектуальные сервоприводы;
• ведущие колёса;
• элементы крепления приводов;
• система управления движением.

Приводы обеспечивают контроль скорости, направления вращения и положения, что позволяет изучать алгоритмы управления мобильными платформами и принципы работы роботизированных транспортных систем.

Контроллер управления роботом

Центральный управляющий модуль отвечает за взаимодействие всех компонентов робота. Он обеспечивает передачу команд исполнительным устройствам, получение информации от датчиков и выполнение пользовательских алгоритмов.

Контроллер позволяет изучать:

• управление приводами;
• обработку сигналов от датчиков;
• обмен данными между компонентами;
• взаимодействие аппаратной и программной части робота.

Вычислительный модуль

Для запуска программ, обработки данных и работы с робототехническими средами используется вычислительный блок. Он позволяет выполнять алгоритмы автономного управления и обеспечивает взаимодействие с программным обеспечением.

С его помощью выполняются:

• запуск программ управления;
• обработка данных с сенсоров;
• настройка автономных режимов работы;
• выполнение проектов в среде ROS.

Лазерный датчик расстояния (LiDAR)

Одним из основных элементов робота является лазерный датчик сканирования окружающего пространства. Он позволяет роботу получать информацию о расположении объектов вокруг себя и использовать эти данные для автономного движения.

LiDAR применяется для:

• измерения расстояния до препятствий;
• обнаружения объектов;
• построения карты окружающего пространства;
• изучения алгоритмов SLAM-навигации.

Данный модуль позволяет познакомиться с технологиями, которые используются в современных сервисных роботах и автономных транспортных системах.

Датчики положения и движения

Робот оснащается сенсорными компонентами, необходимыми для анализа собственного положения и контроля движения.

Датчики позволяют выполнять:

• определение направления движения;
• контроль перемещения;
• стабилизацию работы;
• корректировку траектории.

Получение и обработка данных с датчиков является важной частью изучения автономной робототехники.

Система питания

В комплект входит аккумуляторная система питания, обеспечивающая автономную работу мобильной платформы без постоянного подключения к компьютеру.

Система питания обеспечивает работу:

• управляющих модулей;
• приводов движения;
• сенсорных устройств;
• дополнительных компонентов.

Комплект соединительных элементов

Набор включает необходимые элементы для сборки и подключения компонентов:

• монтажные элементы корпуса;
• соединительные стойки;
• крепёжные детали;
• кабели подключения;
• элементы для установки электронных модулей.

Модульная система сборки позволяет проводить обслуживание, модернизацию и изменение конструкции робота.

Программное обеспечение

Робот поддерживает работу с современными средствами разработки и программирования мобильных роботизированных систем.

В процессе обучения используются:

• программирование алгоритмов управления;
• настройка движения робота;
• работа с операционной средой ROS;
• разработка автономных сценариев;
• создание собственных проектов.

Базовый набор TurtleBot3 Burger представляет собой готовую образовательную платформу, позволяющую изучать полный цикл создания автономного мобильного робота: от сборки механической конструкции и подключения электроники до программирования интеллектуального поведения и навигации.

Практические работы

Робототехнический набор для изучения автономных мобильных роботов Базовый позволяет проводить практические занятия, направленные на освоение современных технологий мобильной робототехники, программирования и разработки автономных систем.

В процессе выполнения практических работ учащиеся проходят полный цикл создания роботизированного устройства: изучают конструкцию мобильной платформы, подключают электронные компоненты, программируют алгоритмы движения, работают с датчиками и разрабатывают собственные сценарии автономного поведения.

Комплект позволяет постепенно перейти от базового управления роботом к изучению технологий, которые используются в современных сервисных, исследовательских и промышленных роботизированных системах.

Изучение конструкции автономного мобильного робота

Практическая работа направлена на знакомство с устройством роботизированной платформы TurtleBot3 Burger и принципами взаимодействия её основных компонентов.

В ходе занятия учащиеся изучают:

• конструкцию многоуровневого шасси робота;
• назначение основных механических элементов;
• устройство системы передвижения;
• работу приводов и исполнительных механизмов;
• расположение электронных модулей;
• принципы соединения компонентов единой робототехнической системы.

Выполнение работы помогает понять, из каких элементов состоит современный автономный робот и каким образом механика, электроника и программное обеспечение взаимодействуют между собой.

Сборка и настройка роботизированной платформы

Практическая работа посвящена самостоятельной подготовке робота к работе.

Учащиеся выполняют:

• установку элементов конструкции;
• подключение приводов движения;
• монтаж управляющих модулей;
• подключение датчиков;
• проверку соединений;
• первичную настройку системы.

В процессе сборки формируются навыки инженерного проектирования и понимание принципов построения мобильных роботизированных устройств.

Управление движением мобильного робота

На данном этапе изучаются основы программного управления роботизированной платформой.

Практические задания включают:

• запуск движения робота;
• управление скоростью перемещения;
• изменение направления движения;
• выполнение поворотов;
• движение по заданной траектории;
• остановку и выполнение последовательности команд.

Учащиеся знакомятся с принципами дифференциального управления двухколёсной платформой и изучают алгоритмы перемещения мобильных роботов.

Программирование автономных алгоритмов

Практическая работа направлена на создание собственных программ управления роботом.

В процессе занятий выполняется:

• написание алгоритмов движения;
• создание последовательностей команд;
• настройка параметров работы робота;
• обработка входящих данных;
• разработка пользовательских сценариев.

Работа позволяет изучить основы программирования автономных устройств и понять принципы взаимодействия программного кода с физической роботизированной системой.

Работа с датчиками и анализ окружающей среды

Занятие посвящено изучению сенсорных возможностей мобильного робота.

Учащиеся выполняют проекты:

• получение информации от датчиков;
• измерение параметров окружающей среды;
• обнаружение препятствий;
• анализ расстояния до объектов;
• изменение поведения робота на основе полученных данных.

Робот учится реагировать на окружающее пространство и принимать решения в зависимости от информации, полученной от сенсорных модулей.

Работа с LiDAR и сканирование пространства

Практическая работа знакомит учащихся с технологиями лазерного сканирования окружающей среды.

В ходе выполнения заданий изучаются:

• принцип работы лазерного датчика расстояния;
• получение данных о расположении объектов;
• построение цифрового представления пространства;
• анализ препятствий вокруг робота;
• использование данных сканирования для движения.

Такие технологии применяются в автономных роботах, беспилотных транспортных системах и автоматизированных устройствах.

Построение карты помещения (SLAM)

Одним из ключевых направлений работы с TurtleBot3 Burger является изучение алгоритмов одновременной локализации и построения карты.

Практические задания включают:

• запуск процесса картографирования;
• создание карты окружающего пространства;
• определение положения робота;
• анализ маршрута движения;
• сохранение и использование созданной карты.

Учащиеся изучают один из основных принципов работы современных автономных мобильных систем.

Автономная навигация робота

На завершающем этапе учащиеся создают сценарии, при которых робот способен самостоятельно выполнять поставленные задачи.

Проекты включают:

• движение по построенной карте;
• выбор оптимального маршрута;
• объезд препятствий;
• перемещение между заданными точками;
• выполнение автономных команд.

Практическая работа позволяет понять принципы создания роботов, способных самостоятельно ориентироваться и работать в окружающей среде.

Разработка собственных робототехнических проектов

После освоения базовых возможностей платформы учащиеся могут создавать собственные инженерные решения:

• мобильные сервисные роботы;
• исследовательские платформы;
• интеллектуальные транспортные модели;
• системы автоматического перемещения;
• экспериментальные проекты на базе ROS.

Открытая архитектура TurtleBot3 Burger позволяет расширять функциональность робота и использовать его как основу для дальнейшего изучения современных технологий робототехники.

Техническое задание №1

Робототехнический набор для изучения автономных мобильных роботов Базовый

• Мобильный робот ≥ 1 шт.
• Конструкция мобильного робота выполнена по модульному типу, что позволяет осуществлять сборку и разборку, а также модифицирование конструкции — Наличие
• Конструктивные элементы в виде пластин ≥ 6 шт.
• Колеса со сменным резиновым диском ≥ 2 шт.
• Крепежные элементы ≥ 60 шт.
• Привод ведущих колес представляет собой единый электромеханический модуль, включающий в себя привод на базе двигателя постоянного тока, понижающий редуктор, встроенную систему управления ≥ 2 шт.
• Система управления привода обеспечивает возможность объединения приводов с помощью последовательного интерфейса, возможность задания параметров контуров управления, управление вращением привода по скорости и положению, контроль нагрузки — Наличие
• Режим постоянного вращения выходного вала — Наличие
• Нижняя граница диапазона допустимого напряжения питания ≥ 6 В
• Верхняя граница диапазона допустимого напряжения питания ≤ 12 В
• Передаточное отношение редуктора ≥ 250 ед.
• Максимальный момент ≥ 1,3 Н*м
• Нижняя граница диапазона номинальной скорости вращения в режиме постоянного вращения ≥ 0 об/мин
• Верхняя граница диапазона номинальной скорости вращения в режиме постоянного вращения ≥ 50 об/мин
• Максимальная величина угла поворота в режиме позиционного управления ≥ 360 угловых градусов
• Разрешающая способность ≥ 0,08 угловых градусов
• Размеры сервомодуля (ДхШхВ) ≤ 30х50х35 мм
• Лазерный сканирующий дальномер ≥ 1 шт.
• Погрешность линейных измерений ≤ 5 %
• Погрешность угловых измерений ≤ 1 угловых градусов
• Напряжение питания ≤ 5 В
• Нижняя граница диапазона измерений ≥ 120 мм
• Верхняя граница диапазона измерений ≤ 3200 мм
• Интенсивность сканирования ≥ 300 об/мин
• Сектор сканирования ≥ 360 угловых градусов
• Модуль датчика положения ≥ 1 шт.
• Количество степеней свободы ≥ 9 шт.
• Количество осей определения угла наклона ≥ 3 шт.
• Количество осей определения ускорения ≥ 3 шт.
• Количество осей направления пространства ≥ 3 шт.
• Габариты ≤ 40х26 мм
• Встроенный вычислительный микроконтроллер ≥ 1 шт.
• Интерфейсный разъем типа RJ14 ≥ 1 шт.
• Интерфейсный разъем типа 3-пин ≥ 2 шт.
• Количество 3-пин интерфейсов полудуплексный UART с напряжением 5В ≥ 1 шт.

Штыревой интерфейсный разъем ≥ 1 шт.

Количество линий штыревого интерфейсного разъема ≥ 6 шт.

Количество линий входного питания 5-12В (VCC) в составе штыревого интерфейсного разъема ≥ 1 шт.

Количество линий входного питания 5В (5V) в составе штыревого интерфейсного разъема ≥ 1 шт.

Количество линий "Земля" (GND) в составе штыревого интерфейсного разъема ≥ 1 шт.

Ширина шины данных микроконтроллера ≥ 8 бит

Тактовая частота микроконтроллера ≥ 16 МГц

Объем памяти программ микроконтроллера ≥ 8 Кбайт

Общее количество линий ввода/вывода микроконтроллера ≥ 16 шт.

Отладочный интерфейс типа SWIM ≥ 1 шт.

Количество линий отладочного разъема ≥ 4 шт.

Минимально допустимый уровень напряжения питания ≥ 5 В

Максимально допустимый уровень напряжения питания ≤ 12 В

Программируемый контроллер ≥ 1 шт.

Встроенный 3х-осевой гироскоп — Наличие

Встроенный 3х-осевой акселерометр — Наличие

Габариты ≤ 105х75 мм

Тактовая частота ≥ 200 МГц

Цифровые порты "Ввода-Вывода" ≥ 30 шт.

Интерфейс USB ≥ 1 шт.

Интерфейс UART ≥ 2 шт.

Интерфейс TTL ≥ 1 шт.

Интерфейс RS-485 ≥ 1 шт.

Интерфейс CAN ≥ 1 шт.

Напряжение питания ≥ 5 ≤ 24 В

Аккумуляторная батарея ≥ 1 шт.

Тип батареи LiPo

Емкость аккумуляторной батареи ≥ 1800 мАч

Программируемый модуль с интегрированным алгоритмическим программным обеспечением ≥ 1 шт.

ПМ представляет собой модульное микропроцессорное устройство с интегрированным алгоритмическим программным обеспечением, предназначенное для сбора и обработки сенсорных данных, используемых для разработки систем управления автономными мобильными роботами и транспортными средствами — Наличие

ПМ обладает встроенным микропроцессорным устройством с архитектурой типа ARM — Наличие

ПМ обеспечивает: построение виртуального двухмерного плана окружающего пространства в ручном режиме; сохранение и редактирование пользователем плана окружающего пространства; обнаружение положения робота и окружающих объектов; планирование маршрутов между целевыми точками, заданными пользователем на плане; управление движением робота по заданному пользователем маршруту; расчет маневров при движении робота по маршруту.

Наличие

ПМ обладает пользовательским инструментарием, обеспечивающим: возможность задания целевых точек и последовательности целевых точек для движения по сформированному плану; возможность задания зон с программируемым идентификатором; возможность построения, редактирования и передачи плана окружающего пространства; возможность сбора, редактирования и передачи дальнометрической информации в текущем положении робота; возможность описания пользователем вариантов кинематических схем шасси мобильного робота и принципов управления их движением.

Наличие

ПМ обеспечивает возможность управления движением мобильного робота путем управления изменения вектора скорости шасси вне зависимости от применяемого типа кинематической схемы мобильного робота.

Наличие

Количество вычислительных ядер процессора ≥ 2 шт.

Тактовая частота процессора ≥ 1 ГГц

Система управления мобильного робота позволяет осуществлять анализ окружающей обстановки в процессе движения мобильного робота и динамическом изменении окружающей обстановки, осуществлять формирование карты локальной обстановки вокруг робота и локализацию положения робота на карте, построение глобальной карты окружающего пространства.

Система управления мобильного робота позволяет осуществлять анализ плана (карты) окружающего пространства, обнаружение окружающих объектов, автономное планирование маршрута и объезда статических и динамических препятствий.

Система управления мобильного робота обеспечивает возможность разметки карты окружающего пространства на зоны с различными признаками, задаваемыми пользователем (зоны запрета для движения, ограничения скорости).

Система управления мобильного робота обеспечивает возможность задания точек и зон на карте окружающего пространства для автономного перемещения между ними.

Система управления мобильного робота, включающая в себя подсистемы: система управления движением робота; система сбора и обработки сенсорной информации; система построения карты окружающего пространства; система навигации; реализована на базе программируемого контроллера и одноплатного микрокомпьютера, а также устройств, входящих в состав комплекта.

Наличие

В состав комплекта входит программное обеспечение для: программирования в текстовом редакторе Arduino IDE; программирования с помощью скриптов на языке Python; разработки систем управления на основе ROS.

Также в состав комплекта входит виртуальная модель мобильного робота в виртуальном окружении для моделирования алгоритмов систем управления с помощью графической среды.

Наличие

Учебное пособие на русском языке ≥ 1 шт.

Инструкция ≥ 1 шт.