Експеримент з віддаленим керуванням «CarVali»
Формування траєкторії руху робота-електромобіля «CarVali»
Мотивація:
Метою створення лабораторного стенду з віддаленим керуванням «Car Vali», є реалізація можливості дослідження динаміки руху спрощеної моделі легкового автомобільного транспорту (робота-електромобіля), в задачах мехатроніки, з можливістю оцінки перехідних процесів у двигунах постійного струму (DCM).
Головною задачею проекту – є реалізація віддаленого керування засобами Web-інтерфейсу для виконання лабораторних робіт в рамках дисципліни «Мехатронні комплекси та системи» для студентів 5 та 6 курсів. Даний стенд є частиною вже існуючих лабораторних стендів з віддаленим доступом, що були створені в рамках проекту Laboratories Across Borders (LAB) у співпраці між університетом «Reutlingen University», Germany та Dnipro University of Technology, Ukraine
Даний експеримент присвячений питанням формування траєкторії руху робота-електромобіля «CarVali», який має проїхати по ротонді, вписуючись у ширину допустимої зони (Allowed zone) дороги (Рис.1) користуючись органами керування, які реалізовані у web-інтерфейсі віддаленого керування.
Посилання на сторінку експерименту:
Методичні вказівки:
«Вивчення конструкції, параметрів та принципу роботи лабораторного стенда електромобіля «Car Vali»
Будова стенду
Лабораторну установку електромобіля «Car Vali» представлено на рис.2. Вона складається окремих елементів, склад та відомості про які наведено наведені нижче.
Стенд складається з наступних компонентів:
- А1 – Система керування стенду «Car Vali» на базі контролера Arduino Uno.
- А2 – Додаткова плата розширення Sensor Shield V5.0, яка призначена для спрощення підключення різноманітних сенсорів і модулів до платформи Arduino Uno, за рахунок розширення, дублювання або певної компоновки її входів/виходів.
- А3, А4 – Модуль давача INA219 призначений для вимірювання напруги та струму в ланці живлення DCM з високою точністю.
- А5 – Двоканальний драйвер двигунів L298N - це електронний пристрій, який використовує міст H-типу L298N для управління DCM. Основне призначення цього модуля – керування напругою та напрямком руху двигунів за допомогою PWM (ШІМ - Широтно-імпульсної модуляції).
- A6-A7 – Модуль оптичного енкодеру, який в поєднанні з комплектним колесом з отворами, служить для вимірювання кількості обертань коліс «Car Vali».
- BT1 – Джерело живлення стенду, яке складається з двох послідовно з’єднаних Li-ion акумуляторів типорозміру 18650.
- M1-M4 – Двигуни постійного струму EMC TT motor з редуктором 1:48 (двох-осьовий).
- Rollers – пластикова опора з роликами, що імітує умови випробування на динамометричному стенді.
- R1 – Raspberry Pi 4, яка виконує роль сервера та здійснює комунікацію по COM порту з системою керування стенду - Arduino Uno.
Принцип роботи системи керування:
Принцип роботи системи керування установкою розглянемо на прикладі її функціональної схеми (рис.3).
Формування керуючого впливу на стенд «Car Vali» відбувається шляхом завдання відповідних параметрів за допомогою віддалено Web-інтерфейсу керування. Даний інтерфейс реалізовано на базі платформи Raspberry Pi 4 (R1), яка виконує роль сервера. Інтерфейс представляє з себе Web-сторінку, доступ до якої можна отримати віддалено за допомогою PC, планшета або смартфона користуючись більшістю сучасних Web браузерів. Керуючий вплив, у вигляді пакету даних, передається з Raspberry Pi 4 (R1) до системи керування стендом, на базі платформи Arduino Uno (А1), за допомогою COM порту шляхом під’єднання по USB-type B. Після опрацювання отриманого пакету даних Arduino Uno (А1) формує завдання на швидкість обертання двигунів постійного струму M1-M4. З встановленої на Arduino Uno (А1) плати розширення Sensor Shield (А2), сигнал передається до двоканального драйвера двигунів L298N (А5). Даний драйвер змінює швидкість обертання двох пар двигунів на кожному зі своїх каналів (Канал «А» - М1-M2, Канал «Б» - М2-M3) шляхом зміни напруги живлення двигунів засобами PWM для відпрацювання отриманого завдання. Живлення всіх складових частин схеми (силової та інформаційної) відбувається за рахунок Li-ion акумуляторів (BT1).
До кожного з каналів L298N (А5) під’єднанні давачі INA219 (A3-A4) з метою вимірювання їх струму та напруги. Вимірювання швидкості обертання двигунів М1 та М3 відбувається за допомогою оптичних енкодерів (A6-A7). Дане рішення дозволяє вимірювати швидкість обертання приводу правої (М1-М2) та лівої (М3-М4) сторони «Car Vali» та мати покази струму та напруги на кожній з них. Отримані дані, від вказаних давачів, зчитуються у режимі реального часу за допомогою Arduino Uno (А1). Після чого отримані дані формуються у пакет даних, що передається до Raspberry Pi 4 в зворотному напрямку. Отриманий потік даних відображається на Web-сторінці засобами вікна перегляду графіків.
Хід виконання лабораторної роботи можна оцінити в режимі реального часу за допомогою IP камери, що встановлена на конструкції «Car Vali».