Σχεδιασμός και υλοποίηση ασύρματης επικοινωνίας μικροεπεξεργαστών με εφαρμογή στην οδήγηση μικρορομποτικού μηχανισμού

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως αντικείμενο την υλοποίηση της ασύρματης επικοινωνίας μεταξύ του χρήστη και του μικρορομπότ του εργαστηρίου Αυτομάτου Ελέγχου του Ε.Μ.Π.. Το βασικό χαρακτηριστικό, το οποίο ξεχωρίζει το μικρορομπότ από άλλες ερευνητικές κατασκευές ίδιας κλίμακας, είναι ο τρόπος κίνησής του. Αυτή, βασίζεται σε πρωτότυπο μηχανισμό κίνησης που εκμεταλλεύεται τη φυγοκεντρική επενέργηση δύο αντιδιαμετρικών εκκεντροφόρων κινητήρων συνεχούς ρεύματος για την εκτέλεση επίπεδης κίνησης. Η εφαρμογή της συγκεκριμένης μεθόδου κίνησης στο μικρορομπότ του επιτρέπει να εκτελεί εργασίες με μικροαντικείμενα με ακρίβεια λίγων μικρομέτρων. Για την εξασφάλιση της επιθυμητής ακρίβειας κρίθηκε αναγκαία η εγκατάσταση ασύρματης επικοινωνίας μεταξύ του χρήστη και του μικρορομπότ. Έτσι στα πλαίσια της υλοποίησης της ασύρματης επικοινωνίας, κατασκευάστηκε πειραματική διάταξη για μία πρώτη εφαρμογή της ασύρματης σύνδεσης μεταξύ μικροεπεξεργαστών παρόμοιων με αυτόν που είναι εγκατεστημένος στο μικρορομπότ. Στη συνέχεια, εφαρμόστηκε η διάταξη σε πλατφόρμα η οποία κατασκευάστηκε και προσαρτήθηκε στο πάνω επίπεδο ηλεκτρονικών του μικρορομπότ. Δημιουργήθηκε πρωτόκολλο επικοινωνίας για τον ασύρματο έλεγχο του μικρορομπότ μέσω της χρήσης προσωπικού υπολογιστή. Τέλος πραγματοποιήθηκε σειρά πειραμάτων για την δοκιμή της εγκατεστημένης ασύρματης σύνδεσης. Τα πειράματα που παρουσιάζονται στην παρούσα εργασία εκτελέστηκαν με δύο τρόπους. Τα πρώτα πειράματα έγιναν με τον τηλεχειρισμό του μικρορομπότ από τον απτικό μηχανισμό προσομοίωσης του εργαστηρίου, ενώ τα επόμενα με τη χρήση ελέγχου θέσης κλειστού βρόχου, ο οποίος υλοποιήθηκε με επεξεργασία εικόνας που λαμβάνεται από ένα βίντεο- μικροσκόπιο. Και στις δύο περιπτώσεις στόχος των πειραμάτων ήταν η άκρη της βελόνας, που έχει προσαρτηθεί στο μικρορομπότ, να συμπέσει με ένα ορισμένο από το χρήστη σημείο.

The aim of the present diploma thesis is the implementation of wireless communications between the user and the CSL’s micro robot. The key feature that distinguishes microrobot from other research robots of same scale is the way it moves. Its prototype motion mechanism is based on the interaction of centripetal forces generated by platform mounted vibrating dc micro-motors and friction forces at the base supports. With this method, the microrobot can conduct experiments with tiny objects and with high precision. However, in order to achieve higher levels of precision, a wireless connection was required between the user and the microrobot. Initially, an experimental setup was built to test a simple trial wireless connection between microprocessors of the same family as that installed on the microrobot. Then, the experimental setup was applied on a platform designed and installed on micro robot’s upper level of electronics. Also, a communication protocol was created in order to control the microrobot from any PC with a serial port. Lastly, a series of experiments was conducted to test the function and the reliability of the wireless connection. The experiments to be presented were conducted in two ways. Namely, at the beginning of the experiments, the microrobot was remotely controlled by the haptic device of the lab. For the proceeding experiments, the microrobot was controlled by a closed loop position control receiving feedback images taken by a video-microscope. In both cases, the aim of the experiments was the coincidence of the needle tip, attached to the microrobot, with a point predefined by the user.