Студенты МГТУ разработали роботизированную руку-манипулятор

Среди выпускников МГТУ этого года специальности "Автоматизация технологических процессов и производств" – Максим Головченко и Александра Суботкевич. 1 июля на кафедре автоматики и вычислительной техники у них пройдет защита дипломных проектов, где они представят свою разработку – роботизированную руку-манипулятор.

Тема научно-исследовательской работы студентов пятого курса звучит как разработка аппаратных средств и программного обеспечения лабораторного стенда "Исследование алгоритмов управления шаговым двигателем".

– Они разрабатывают лабораторный стенд, который позволит студентам получать практические навыки в управлении шаговыми двигателями, – поясняет доцент кафедры автоматики и вычислительной техники МГТУ Виктория Яценко.

Шаговые двигатели сейчас применяются в роботизированных системах. Их достоинство в точности позиционирования, то есть они поворачиваются на определенный угол с достаточный степенью точностью, с шагом примерно 1 градус.

– Для управления шаговыми двигателями используются микроконтроллеры. Дипломная работа Александры Суботкевич и Максима Головченко как раз заключается в создании такого лабораторного стенда, где студент мог бы написать программу, которая позволит руке-манипулятору двигаться и поворачиваться на определенные углы и захватывать предмет, – говорит Виктория Яценко.

В Мурманском политехническом лицее, по ее словам, имеется лабораторный стенд с шаговым двигателем, но этот робот-манипулятор был сделан на уральском заводе.

– Мы делаем что-то похожее, но с более открытой структурой. Потому что на стенде Мурманского политехнического лицея мало свободы для студента, то есть программа уже написана, он только задает простейшие команды, смотрит, как работает робот. А наши студенты разрабатывают стенд, который дает возможность изучать языки программирования. Мы делаем что-то похожее с более открытой структурой, – считает Виктория Яценко.

Студенты МГТУ начали работу над проектированием устройства несколько месяцев назад. Если все сложится удачно, то речь может идти о том, чтобы запатентовать разработку.

– Вообще для нашей кафедры развивать свою собственную лабораторную базу – это удобнее, потому что мы делаем лабораторные стенды под наши собственные нужды. Та рука-манипулятор, которая закуплена в Мурманском политехническом лицее, стоит около 300 тысяч рублей. Наша разработка будет конкурентоспособнее по стоимости изготовления. Она выполняется не из железа, а из пластика и будет печататься на 3D принтере, который имеется на нашей кафедре. Но чтобы запустить наше устройство в промышленное производство, нужна производственная база, – объясняет Виктория Яценко.

Идея студентов, само собой разумеется, не уникальна. Роботы-манипуляторы производятся в промышленном масштабе во многих странах – в первую очередь в Японии, США. Без таких роботов немыслимы производственные линии, сборочные цехи многих предприятий. Тем не менее, студенты МГТУ смогли существенно снизить стоимость изготовления такого устройства.

– На 3D принтере нам надо распечатать только шесть деталей. У устройства будет четыре степени свободы. Элемент захвата предметов (рука) поворачивается вокруг своей оси. В создании разработки нам помогает кафедра, самые большие расходы пошли на приобретение двигателей. И суммарные расходы оказались не такие высокие, потому что устройство будет выполнено из пластика, что удешевляет его. В данном случае мы разрабатываем учебный лабораторный стенд, но вообще роботы-манипуляторы призваны помогать человеку в быту, в медицинских учреждениях, – рассказала разработчик аппаратной части робота Максим Головченко.

По словам Виктории Яценко, преимущество данной разработки в том, что студенты делают такой лабораторный стенд, который поможет с большой точностью до каждой команды задавать угол поворота устройства.

– Если мы говорим о стоимости установки, то в нашем случае основные расходы – это сама отладочная плата, которую мы берем в качестве управляющей системы. Она стоит от 7 до 10 тысяч рублей. Студенты исследуют, как она работает. Здесь мы используем новые мультиклеточные контроллеры, – говорит Виктория Яценко.

Система микроконтроллера в данном роботе выполнена на базе мультиклеточного процессора. Мультиклеточный процессор состоит из нескольких процессоров внутри, так называемых "клеток". При отказе одной клетки, другие продолжают функционировать, тем самым повышается отказоустойчивость устройства. Если одна "клетка" отмирает, то остальные "клетки" ее замещают.

– Сама эта отладочная плата предназначена для изучения работы процессора. Отладочная плата специально поставляется потребителям, чтобы они могли просто попробовать подключать разные устройства, посмотреть, как программируется система. Каждая уважающая себя фирма делает эти отладочные платы, чтобы не надо было паять всю схему, – говорит Виктория Яценко.

Система управления, выполненная на базе мультиклеточного процессора, используется студентами МГТУ впервые.

– Года два назад мы закупили мультиклеточный процессор российского производства. Как раз сейчас стоит проблема импортозамещения оборудования, и мы решили посмотреть, как она работает, – говорит Виктория Яценко.

Программную часть руки-манипулятора разрабатывает Александра Суботкевич. По ее словам, используется лексика языка "Си". Она также исследует возможность программирования на языках более низкого уровня – Ассемблере.

– Отладочная плата на базе мультиклеточного процессора находится в самом корпусе робота. Здесь же будут находиться порты вводы-вывода, микропроцессор, память, флеш-память. К портам ввода-вывода подключаются драйверы шаговых двигателей, – рассказала выпускница Александра Cуботкевич.

Установка в данное время находится в полусобранном виде. Скоро у выпускников защита дипломных проектов – нужно все успеть сделать, чтобы продемонстрировать государственной аттестационной комиссии, как работает робот-манипулятор.