Řídicí systém vrtné soustavy pro marsovský rover

Abstract

Tato práce se zaměřuje na návrh a realizaci řídicího systému pro vrtací modul určený k odběru a ukládání vzorku marsovské horniny. Vrtací modul je navržen jako součást pro Mars Rover, který bude nasazen v soutěži European Rover Challenge. Řídící systém zajišťuje koordinaci tří subsystémů: pohonu spirály, lineárního posuvu a zásobníku pro uskladnění vzorků. Důraz byl kladen na modularitu, nízkou spotřebu a jednoduchost ovládání. Řídicí jednotkou je mikrokontrolér Raspberry Pi Pico s implementací Micro-ROS, který umožňuje komunikaci mezi subsystémy pomocí sběrnice I2C a zároveň integraci s vyššími úrovněmi řízení prostřednictvím ROS 2. Součástí práce je návrh a realizace desky plošných spojů vybavené napěťovými regulátory, ochrannými obvody a převodníkem logických úrovní. Softwarová část implementuje hierarchii ROS 2 uzlů, kde nižší úroveň zajišťuje řízení hardwaru a vyšší využívá action servery pro koordinaci vrtacích operací. Výstupem práce je funkční řídicí systém, který spojuje hardwarové a softwarové komponenty do jednoho celku a umožňuje operátorovi roveru snadné a spolehlivé ovládání vrtacího modulu.

This thesis focuses on the design and implementation of a control system for a drilling module intended for the sampling and storage of Martian soil. The drilling module is designed as a component of a Mars rover to be deployed in the European Rover Challenge. The control system coordinates three subsystems: the helix drive, the linear feed mechanism, and the sample storage unit. Emphasis was placed on modularity, low power consumption, and ease of operation. The control unit is based on a Raspberry Pi Pico microcontroller running Micro-ROS, which enables communication between the subsystems via the I2C bus and integration with higher-level control systems using ROS 2. The work includes the design and fabrication of a printed circuit board equipped with voltage regulators, protection circuits, and a logic level shifter. The software architecture consists of a hierarchy of ROS 2 nodes, with the lower level handling direct hardware control and the higher level managing drilling sequences using action servers. The result is a fully functional control system that integrates hardware and software components into a unified unit, allowing the rover operator to control the drilling module reliably and efficiently.