Учебно-тренировочный комплекс по изучению ПДД "Роботизированная мобильная платформа"

Учебный комплекс представляет собой роботизированную мобильную платформу с установленным комплектом датчиков технологической информации и микроконтроллером, а также напольным полем-полигоном "Городское движение" с набором дорожных знаков и светофоров на светодиодах. Мобильная платформа осуществляет движение по проезжей части, следуя дорожной разметке, реагируя на изменения дорожной обстановки (смена сигнала светофора, указания дорожных знаков и пр.).

Светофоры работают автономно от аккумуляторов, время работы без подзарядки до 15 часов, оснащены микроконтроллерами с системой передачи информации о текущем цвете с помощью инфракрасных сигналов. Платформа принимает эти сигналы и выполняет предусмотренные алгоритмом остановки на красный, желтый цвета и старт или движение на зеленый. Также реализован останов на линии СТОП перед нерегулируемым перекрестком.

Светофоры объединены в сеть и соединены с ПК и управляющей программой, с помощью которой можно менять скорость переключения световых сигналов, режим работы (мигающий желтый) и т.д.

Дорожные знаки оснащены NFC-метками, благодаря которым мобильная платформа производит их идентификацию посредством специального датчика.

Мобильная платформа оснащена управляемыми световыми сигналами: поворотниками и стоп-сигналами.

В процессе изучения различных элементов комплекса обучающиеся смогут на практике познакомиться с такими понятиями, как пропорциональный и ПИД-регуляторы, различными типами фильтров данных с робототехнических датчиков, алгоритмами точного передвижения.

С помощью управляющей программы на ПК можно выбирать следующие режимы работы мобильной платформы:

демонстрационный;
полуавтономный, в котором пользователю предлагается управлять скоростью хода платформы, направлением поворота и сигналами;
программирование маршрута согласно условию (например, добраться из точки А в точку Б с минимальным проездом регулируемых перекрестков, добраться из точки А в точку Б с последующей парковкой и т.д.).

На полигоне можно устанавливать управляемые препятствия – пешеходов и шлагбаумы. Также полигон обладает зонами парковки и АЗС.

Время работы машинки без подзарядки – несколько часов. Плата контроллера – Arduino.

Полигон выполнен из ПВХ и сегментирован на 4 секции для облегчения транспортировки.

Базовую комплектацию можно дополнять следующими модификациями:

дополнительные мобильные платформы: позволяют наладить скоординированное передвижение нескольких транспортных средств;

дополнительные знаки и светофоры: усложняют структуру трека;

дополнительные датчики для роботизированной платформы: повышают степень автономности платформы;

Wi-Fi-видеокамера;

модуль "Дорожный регулировщик": программируемый робот на поворотной платформе, осуществляющий регулировку перекрестков регулировочными жестами.


Так же реализовано управление учебно-лабораторным комплексом с помощью мобильного Android-приложения.
Комплект поставки:
1. Мобильная платформа.
2. Тренировочный полигон.
3. Ноутбук с программным обеспечением.
4. Комплект дорожных знаков.
5. Программируемый светофор (4 шт.).
6. Зарядное устройство.
7. Паспорт изделия.
8. Инструкция по эксплуатации.
9. Методические рекомендации по проведению лабораторных работ.
10. Комплект соединительных проводов.
Технические характеристики (энерго-габаритные):

Габариты:

мобильная платформа: 100 x 90 x 80 мм;
тренировочный полигон: 4000 х 1500 мм.

Масса:

мобильная платформа: не более 1 кг;
тренировочный полигон: не более 15 кг.

Назначение:

Учебно-тренировочный комплекс предназначен для изучения робототехники по направлению "Мобильные интеллектуальные робототехнические системы", а также программирования микроконтроллеров Arduino Uno, робототехнических датчиков технологической информации, исполнительных устройств. Аппаратное обеспечение комплекса позволяет изучать как простые алгоритмы перемещения мобильных роботов, так и сложные системы ориентирования и автономного передвижения в условиях симуляции городской среды с соблюдением правил дорожного движения.

Также учебно-тренировочный комплекс может быть использован для подготовки к соревнования по направлениям "Мобильные ИРС" и "Автотранспортные ИРС".

Учебно-тренировочный комплекс может быть использован как наглядный стенд для изучения правил дорожного движения в общеобразовательных учреждениях (школах, детских садах, учреждениях дополнительного образования), в игровой форме демонстрируя учащимся правила дорожного движения: значения типов дорожной разметки, дорожных знаков, сигналов светофора, правила пересечения перекрестков, принцип правостороннего движения и пр. Для реализации этой функции имеется специализированное ПО и различные режимы работы.
Состав (основного изделия):

Мобильная платформа.
Электропривод с драйвером (2 шт.).
Комплект датчиков технологической информации.
Микроконтроллер Arduino Uno.

Учебно-методическое пособие по проведению лабораторных работ:

Введение в микроконтроллеры. Изучение среды разработки Arduino IDE и синтаксиса языка Arduino C. Разработка первой программы.
Принцип работы электродвигателя. Управление режимами работы электродвигателя с помощью драйвера. Понятие ШИМ.
Считывание показаний датчиков технологической информации. Работа с инфракрасным датчиком расстояния. Вывод показаний датчика на последовательный порт. Изучение алгоритма следования до препятствия.
Изучение принципа работы датчиков линии. Изучение релейного регулятора и пропорционального регуляторов.
Изучение пропорционального интегрального дифференциального (PID) регулятора. Понятие средневзвешенного значения.
Изучение принципа работы ИК-датчика. Использование ИК-маяков для управления роботом.
Работа с Bluetooth-модулем. Дистанционное управление устройствами с помощью сети.
Управление адресными светодиодами.
Анализ состояния аккумулятора с помощью аналоговоого входа контроллера.
Обработка аппаратных прерываний.