Решение

Разработана проектная документация и модель программно-аппаратного комплекса (как в физическом, так и в «виртуальном» воплощении):

• Конструкция модели максимально адаптирована к самостоятельному изготовлению, модификации и кастомизации специалистами вузов, научно-исследовательских организаций, обучающих центров.
• Максимально унифицирована конструкция шасси и используемые в ней элементы.
• Уменьшено число готовых/фабричных деталей. Большинство компонентов адаптированы под изготовление способами 3D-печати и лазерной резки.

Конструкционно СКАРА состоит из двух составляющих:

1. Шасси с расположенными на нём исполнительными устройствами, датчиками дистанции и энкодерами, а также системой управления нижнего уровня,
2. Деки с расположенной на ней управляющей аппаратурой верхнего уровня, а также в зависимости от конфигурации - лидаром, одной или двумя интеллектуальными камерами Intel Realsense, камерами кругового обзора и другими датчиками.

Внешний вид СКАРА (рендер)

Детали

Шасси

Шасси одновременно служит и конструкционным элементом, которое обеспечивает передвижение СКАРА, и платформой для размещения всей управляющей электроники нижнего уровня.

В рамках работы над конструкционной частью шасси преследовалась цель максимального упрощения производства и возможного ремонта устройства.

При разработке аппаратной части шасси были соблюдены следующие требования:

• Максимальная унификация конструктивных элементов для упрощения производства и возможного ремонта шасси;
• Создание максимального количества плоских элементов с одинаковой толщиной для того, чтобы элементы можно было в случае необходимости произвести двумя различными способами – либо 3D печатью, либо лазерной резкой из оргстекла или листового ABS-пластика с последующей сверловкой под крепёж;
• Масштабируемость длины шасси;
• Минимизация числа конструктивных элементов.
• Сокращение числа «покупных» элементов: большая часть конструкционных элементов должна производиться локально.

Программное обеспечение нижнего уровня выполняет функции:

• Сбор показаний датчиков дистанции;
• Сбор показаний энкодеров;
• Управление двигателем постоянного тока;
• Управление сервоприводом;
• Выполнение аварийного останова в случае обнаружения датчиками дистанции препятствий, угрожающих безопасному функционированию СКАРА;
• Получение данных о заряде аккумулятора СКАРА;
• Обмен данными с верхним уровнем СКАРА.

ДЕКА

В базовой конфигурации позволяет:

• Строить карты местности и ориентироваться на них (например, при помощи SLAM-метода и считывания одометрии);
• Выполнять поиск кратчайшего пути следования к точке на карте;
• Объезжать динамические и статические препятствия.

А также:

• Распознавать различные знаки и атрибуты дорожной обстановки – разметку, дорожные знаки, пешеходов, другой транспорт, и реагировать на них;
• Строить обзорные изображения (surround view, bird view, orbital view и прочие).

Несущая печатная плата

На основной печатной плате расположены:

• Контроллер STM32 со встроенной системой управления и обработки данных с датчиков дистанции;
• Подсистема питания, обеспечивающая необходимые потребители системы управления: контроллер STM32, датчики, двигатель постоянного тока, сервопривод поворота колёс;
• Подсистема связи, обеспечивающая связь с системой управления верхнего уровня посредством преобразователя UART-USB;
• Подсистема управления двигателем постоянного тока (драйвер двигателя).

Шасси

Для основы двигающейся части прототипа было взято стандартное шасси радиоуправляемой модели. В процессе разработки оно было серьезно модернизировано для улучшения маневренности и уменьшения люфтов в отдельных узлах конструкции шасси.

Данные габаритные размеры являются наиболее универсальными. С одной стороны, они позволяют разместить «на борту» модели весь набор оборудования, который необходим для выполнения поставленных задач. С другой стороны, благодаря небольшим габаритам модели ее удобно переносить и эксплуатировать типовых замкнутых пространствах – небольших комнатах, коридорах и т.п.

Технологии