Диссертация (1026354), страница 13
Текст из файла (страница 13)
разброс<0,5%значенийРезультаты эксперимента:- министик с общим приёмником и 4 радиально расположеннымисветодиодами обеспечивает высокую линейность характеристики во всемдиапазоне отклонений рукоятки;- функция преобразования министика симметрична во всем диапазонеотклонений рукоятки.Конструкция исследованных министиков с усовершенствованнойсхемой проста, технологична, не требует дорогостоящих компонентов.Таким образом, конструкция министика с общим приёмником и 4радиально расположенными светодиодами может быть признана удачной, аминистики - могут быть использованы в человеко-машинных интерфейсахвычислительной техники и систем управления.1224.4 Проверка математической модели на адекватностьВ главе 2 была разработана математическая модель оптическогоминистика.
Для подтверждения адекватности модели необходимо произвестиее проверку.Проверка модели на адекватность может производиться разнымиспособами [103], самые распространенные из которых:- по средним значениям откликов модели и системы;- по дисперсиям отклонений откликов модели от среднего значенияоткликов системы;- по максимальному значению относительных отклонений откликовмодели от откликов системы.Для проверки адекватности модели будет использован третий способ.Для расчета относительных отклонений используется выражение:|где|(4.1)– экспериментальное значение в точке с заданным отклонениемрукоятки министика;– рассчитанное по модели значение в точке с заданнымотклонением рукоятки министика, пропорциональное амплитуде значенийминистика;– амплитуда значений министика.Так как измерительная схема министика обеспечивает линейноепреобразование интегральной освещенности фотоприемника в число, тозначенияосвещенности,полученныевглаве2,пропорциональныэкспериментальным значениям с коэффициентом преобразования(4.2)где– амплитуда экспериментальных значений министика;123– амплитуда значений модели.Соответственно, рассчитанное по модели значение будет определятьсявыражением(4.3)где– рассчитанное по модели значение в точке с заданнымотклонением рукоятки министика;Сравнение экспериментальных и расчетных значений для различныхтипов министиков приведено на Рисунках 4.16–4.23.
Для удобства визуальногосравнения графики наложены друг на друга.Рисунок 4.16. График показаний министика с общим приемником и 4поперечно расположенными светодиодами по координате X.124Рисунок 4.17. График показаний министика с общим приемником и 4поперечно расположенными светодиодами по координате Y.Рисунок 4.18. График показаний министика с общим приемником и 4 лазерамипо координате X.125Рисунок 4.19.
График показаний министика с общим приемником и 4 лазерамипо координате Y.Рисунок 4.20. График показаний министика с общим приемником и 3радиально расположенными светодиодами по координате X.126Рисунок 4.21. График показаний министика с общим приемником и 3радиально расположенными светодиодами по координате Y.Рисунок 4.22. График показаний министика с общим приемником и 6радиально расположенными светодиодами по координате X.127Рисунок 4.23. График показаний министика с общим приемником и 6радиально расположенными светодиодами по координате Y.Максимальные значения относительных отклонений для разных схемминистиков представлены в Таблице 4.3.КоординатаXКоординатаYТаблица 4.3.Максимальные значения относительных отклоненийс3с 4 поперечно с 4 радиальнос6светодиодамирасп.расп.светодиодамисветодиодамилазерами11,38%49,10%10,22%2,48%11,87%48,10%26,27%0,03%Из таблицы видно, что результаты расчета для министиков с 3излучателямии с 6 излучателями, а также результат по координате Xлазерного министика входят в интервал 15%.Расхождение для лазерного министика по координате Y связано свлиянием процессора, расположенного в оптической камере.
Министик с 4поперечными светодиодами дает большое расхождение, это связано с128закрыванием излучателей упругодеформируемым элементом и изменениемраспространения света в оптической камере.Таким образом, модель прошла проверку на адекватность.4.5 Исследование эксплуатационного ресурса оптических министиковДля проведения исследования эксплуатационного ресурса министикабыли изготовлены образцы министиков усовершенствованной конструкции,описанные в разделе 4.3.
Объем контрольной выборки был определен в 10 шт.Исследованиересурсапроизводилосьсиспользованиемстенда,описанного в 4.2.2.Дляисследованияэксплуатационногоресурсабылиопределеныследующие параметры:- число циклов – 1 млн;- величина отклонения рукоятки – 5 мм;- длительность цикла – 3 сек.Оптические министики были подвергнуты непрерывному воздействиюна испытательном стенде для исследования ресурса, которое продолжалось 34суток. После завершения испытаний министики были сняты со стенда.Визуальный осмотр министиков (Рисунок 4.24) показал отсутствие видимыхповреждений конструкции и упругодеформируемого элемента.Рисунок 4.24.
Оптический министик после ресурсных испытаний129Далее министики были подвергнуты повторному исследованию науниверсальном испытательном стенде, на основании результатов был рассчитанкоэффициент изменения Ки в соответствии с выражением [3.12]. Результатыпредставлены на графиках (Рисунки 4.25 и 4.26).Рисунок 4.25. Коэффициент изменения показаний министика по координате Xпосле ресурсных испытанийРисунок 4.26.
Коэффициент изменения показаний министика по координате Yпосле ресурсных испытаний130Результаты эксперимента показывают, что после ресурсных испытанийхарактеристики оптических министиков изменились незначительно (изменениесоставило не более 2%). Таким образом, можно признать оптическиеминистики прошедшими испытания и достигшими запланированного ресурса в4 млн. нажатий (1 млн. циклов).4.6 Применение оптических министиков в средствах управления техникой4.6.1 Разработка полиджойстиков на основе оптических министиковРазработанныеоптическиеминистикиявляютсяуниверсальнымэлементом управления, которые могут быть использованы в составе любойтехники. Министики могут быть смонтированы на приборную панель, пульт,рычаг управления, руль, штурвал и т.
д.На основе оптических министиков было разработано универсальноеустройство управления и ввода информации – полиджойстики. Внешний видполиджойстиков приведен на Рисунке 4.27.Рисунок 4.27. Полиджойстики131Полиджойстик представляет собой неподвижную ручку, на которойзакреплено 5 оптических министиков. Комплект включает в себя две ручки –для правой руки и для левой.Структурная схема полиджойстиков представлена на Рисунке 4.28.Каждый полиджойстик включает в себя материнскую плату на основемикроконтроллера AT90USB1286. К микроконтроллеру по интерфейсу SPIподключена цепочка из 5 министиков, соединенных по кольцевой топологии.Микроконтроллер материнской платы опрашивает министики с частотой 50100 Гц.
Связь с объектом управления производится по интерфейсу USB.Рисунок 4.28. Структурная схема полиджойстиковПреимущества полиджойстиков:- 10оптическихминистиковсодержащим до 20 степеней свободы;позволяютуправлятьобъектом,132- возможность использования для управления сразу трех самыхразвитых пальцев обоих рук одновременно;- повышенная скорость и точность формирования управляющихвоздействий;- управление без отрыва рук;- управление вслепую;- управление в условиях перегрузок, тряски, толчков, качки,вибраций;- малый вес и габариты.Полиджойстикипозволяютсоздатьунифицированныйчеловеко-машинный интерфейс. Для этого достаточно скомбинировать полиджойстики смонитором, видеоочками или видеошлемом.
Унифицированный человекомашинный интерфейс позволяет управлять подавляющим большинством видовсовременной техники.Унифицированныйчеловеко-машинныйинтерфейснаосновеполиджойстиков был представлен на Первой Военно-научной конференции«Роботизация Вооруженных Сил Российской Федерации» и заслужил высокуюоценку.В настоящее время планируется организация производства оптическихминистиков и полиджойстиков на одном из приборостроительных заводов.4.6.2 Разработка программного обеспечения полиджойстиков дляиспользования в качестве устройства ввода вычислительной техникиПолиджойстики, разработанные в п.
4.6.1, могут быть использованы вкачестве универсального устройства ввода и управления. При наиболеевероятномпримененииполиджойстикимогутбытьподключеныкперсональному компьютеру. Получение информации с полиджойстиков можетбыть реализовано двумя способами:133- непосредственное обращение к полиджойстикам как кUSB-устройствам;- подключение полиджойстиков к ПК в качестве стандартныхустройств ввода.Первый способ используется при разработке специализированныхпрограмм, по умолчанию использующих полиджойстики.Для использования полиджойстиков в связке с уже существующимипрограммами управления техникой, тренажерами, симуляторами, видеоиграмиит. д.,необходимореализоватьработуполиджойстиковвкачествестандартных устройств ввода: джойстиков, клавиатуры и мыши.Для реализации возможности подключения полиджойстиков в качествестандартных устройств ввода была разработана программа Game Polyjoystick.Скриншот главного окна программы представлен на Рисунке 4.29.Рисунок 4.29.
Главное окно программы Game Polyjoystick134Программа позволяет эмулировать основные функции компьютерногоджойстика: аналоговые оси, кнопки, ползунковые регуляторы. Для обеспечениясовместимостипрограмма также может эмулировать нажатия клавишклавиатуры, кнопок мыши и перемещение курсора мыши.Программа работает следующим образом. После запуска и установкисоединения с полиджойстиками программа периодически производит опросполиджойстиков, получая показания их министиков.
Связь с полиджойстикамиподдерживается при помощи библиотеки AtUsbHid.dll. Далее программапроизводит преобразование показаний министиков в управляющие воздействияпо алгоритмам работы полиморфного переключателя, разработанным в п. 3.2.Полученные значения пересылаются устройствам. Для эмуляции джойстикаиспользуется драйвер виртуального джойстика Parallel Port Joystick (PPJoy),позволяющий эмулировать до 8 аналоговых осей джойстика и до 16 цифровыхкнопок. Мышь и клавиатура эмулируются через WinAPI.Для каждого министика отдельно настраивается функциональность пооси X и по оси Y.
Выбор министика осуществляется на наглядном изображенииручки полиджойстика. Требуемые для работы значения (мертвая зона,амплитуда, пороги срабатывания) настраиваются индивидуально для каждогоминистикасцельюкомпенсацииразбросахарактеристикотдельныхминистиков. Настройка производится нажатием соответствующей кнопки приотклоненной на нужное расстояние рукоятке министика. В программереализовано хранение индивидуальных настроек в *.ini-файле.4.7 Выводы по четверой главе1.Осуществлена техническая реализация цифровых оптическихминистиковнаосновеупругодеформируемыхполимерныхэлементов.135Изготовлены экспериментальные образцы оптических министиков с разнымиоптическими схемами.2.Разработано оборудование для экспериментального исследованияэксплуатационных характеристик оптических министиков.3.Проведеноэкспериментальноеисследованиефункциипреобразования оптических министиков с разными оптическими схемами.Определены показатели качества сигнала для каждой схемы.4.НаоснованииконструкциярезультатовисследованийусовершенствованногоЭкспериментальныеисследованияэксплуатационныехарактеристикиразрешение70болеезначенийбылаоптическогоконструкциимм,чтоминистика.показалиусовершенствованныхнаразработанавысокиеминистиков:позволяетобеспечитьчувствительность министика 0,02 мм; нелинейность не более 5%, гистерезис неболее 2%.5.Произведена проверка математической модели на адекватность.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
