Автоматизированный стенд воссоздания магнитного поля для отладки алгоритмов навигации мобильных роботов, использующих данные магнитометров.

Общая характеристика

Для каждого конкретного заказчика автоматизированный стенд создается индивидуально, в соответствии с требованиями заказчика, особенностями места установки стенда и планируемыми сценариями использования стенда.

Управляемая магнитная обстановка требуется в различных ситуациях:
- калибровка датчиков магнитного поля (магнитометров) и систем на их основе в процессе производства;
- калибровка магнитометров в составе мобильных робототехнических комплексов;
- исследование влияния МП на человека, животных и растения.
Магнитометры являются важным элементом навигационных систем мобильных наземных роботов — бурно развивающейся отрасли современной робототехники. Вместе с этим, применение калиброванных на предприятиях-изготовителях магнитометров в составе сложных конструкций, включающих, помимо прочих материалов, ферромагнетики и проводники с протекающими большими (до десятков ампер) токами, с изменяющейся конфигурацией (манипуляторы, адаптирующиеся под поверхность шасси) сталкивается с рядом проблем.

Проблема

Основной проблемой является необходимость учета влияния конструкции робота на показания датчиков при том, что окружающее магнитное поле подвержено как влиянию глобальных факторов (магнитные бури), так и локальных (местные возмущения магнитного поля от окружающих конструкций и аппаратов).
Решение проблемы основано на учете особенностей влияния конструкции робота на показания датчика за счет методов машинного обучения. Данный подход требует выполнения процедуры обучения в контролируемой магнитной обстановке. Такой обстановкой могут быть как пустынные местности без искусственных сооружений, что существенно усложняет и удорожает процедуру калибровки датчиков в составе мобильного робота и, дополнительно, наносит вред окружающей среде, так и специальные стенды, формирующие магнитное поле, параметры которого задаются оператором.
Системы формирования искусственного магнитного поля, имитирующего земное, известны, главным элементом подобных систем являются контурные системы колец Гельмгольца. Особенностью предлагаемого стенда являются размеры контурной системы, соизмеримые с размерами человеческого тела (диаметр колец приблизительно 3 метра), которые позволяют разместить внутри контурной системы мобильного робота.
Увеличение размеров контурной системы приводит к существенному, практически пропорциональному третьей степени от геометрических размеров системы, усложнению блока управления, поскольку требуются все большие и большие токи управления.
Параллельно с усложнением схемотехнических решений увеличение индуктивности системы колец Гельмгольца ухудшает частотные свойства системы, что приводит к ограничению полосы частот искусственно формируемого магнитного поля.
Третьей проблемой, связанной с формированием искусственного магнитного поля является проблема задания требуемого закона изменения поля со временем. Традиционный способ: использование многоканальных генераторов сигналов, ограничивает набор возможных законов изменения и усложняет сопровождение исследований, требуя от обслуживающего персонала высокой квалификации.

Предлагаемое решение проблемы

- использование согласованной пары система колец Гельмгольца — силовой блок; параметры блока оптимизируются под параметры контурной системы в ходе предложенной автором проекта процедуры согласования параметров;
- декомпозиция системы управления на два уровня: нижний и верхний. Нижний уровень решает проблемы стабилизации формируемого магнитного поля по задаваемым характеристикам на основе обратной связи до данным образцового датчика и является неотъемлемой составной частью блока управления. Верхний уровень реализуется в форме приложения для персонального компьютера и служит для управления ходом экспериментов по формированию искусственного магнитного поля, редактированию и хранению набора магнитных программ — законов изменения поля в ходе процедуры, а также для автоматизации проводимых экспериментов и фиксации их результатов;
- использование нелинейного алгоритма стабилизации, позволяющего существенно расширить полосу частот формируемого искусственного магнитного поля при существующих ограничениях, накладываемых параметрами контурной системы колец Гельмгольца.

Потребители

1. Предприятия приборостроения, занимающиеся производством навигационных систем для мобильной робототехники, основанных на магнитных датчиках.

2. Научно-исследовательские организации и институты.

3. Компании-производители мобильных роботов / компонент для роботехнических систем

На страницу проекта