Лосев_ПЗ (1191585)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Дальневосточный государственный университет путей сообщения»

Естественно–научный институт

Кафедра «Вычислительная техника и компьютерная графика»

К ЗАЩИТЕ ДОПУСТИТЬ

Заведующий кафедрой

______Ю.В. Пономарчук

«_____»___________2017

Детали и механизм макета интерактивного обучающего робота

Выпускная квалификационная работа

ВКР.09.03.01.ИВТ.06.00.943-ПЗ

Студент 943гр. И.С. Лосев

подпись, дата

Руководитель

д.ф.-м.н., профессор О.П. Ткаченко

Нормоконтролер

к.т.н., доцент Е.В. Буняева

Хабаровск 2017

Содержание

Введение 4

1 Проектирование роботов с набором механизированных функций 6

1.1 Макеты интерактивных обучающих роботов 6

1.1.1 Определение понятия «робот» 6

1.1.2 Отличительные особенности макетов интерактивных роботов 7

1.2 Обзор существующих моделей обучающих интерактивных роботов 8

1.2.1 УП6162 8

1.2.2 УП6164 9

1.2.3 Выводы по результатам обзора 10

1.3 Принципы и этапы проектирования корпусов интерактивных
обучающих роботов 11

1.4 Теория проектирования механических манипуляторов 12

1.4.1 Виды манипуляторов 12

1.4.2 Расчет параметров плоских манипуляторов на стадии
проектирования 15

2 Программные и технологические средства разработки корпуса робота 17

2.1 Системы автоматизированного проектирования 17

2.1.1 САПР КОМПАС 3D 17

2.1.2 САПР AUTODESK INVENTOR 19

2.2. Технические средства печати трехмерных моделей 21

2.2.1 Технологии трехмерной печати 21

2.2.2 Конструктивные особенности FDM принтера 24

2.2.3 Принципы моделирования и пригодность моделей к печати 27

2.2.4 Принтер Miсromake D1 29

2.3. Программное обеспечение для работы с принтером трехмерной
печати 30

2.3.1 CURA 30

2.3.2 Simplify3D 32

2.4 Способы обработки деталей после печати 33

3 Разработка деталей и механизма макета интерактивного обучающего
робота 37

3.1 Обзор конкретного технического задания 37

3.1.1 Техническое задание макета обучающего робота 37

3.1.2 Интерпретация требований к проектированию деталей и
механизма 39

3.2 Начальный этап разработки макета. Планирование 40

3.2.1 Составление механического эскиза 40

3.2.2 Выбор и описание электродвигателей 40

3.2.2 Согласование характеристик манипулятора 43

3.3 Расчет требуемых крутящих моментов в шарнирах манипулятора 43

3.4 Разработка трехмерных моделей деталей механизмов 45

3.4.1 Первый этап проектирования деталей 45

3.4.2 Второй этап проектирования деталей 46

3.4.3 Заключительный этап проектирования 48

3.5 Процесс трехмерной печати узлов 48

3.6 Корректировка моделей и подготовка к итоговой печати деталей 51

4 Экономическиая Эффективность 53

4.1 Методология оценки 53

4.1.1 Различные подходы к оценке 53

4.1.2 Выбор подхода и обоснование 55

4.2 Оценка экономической эффективности 55

Заключение 59

Список использованных источников 60

Введение

Исследования в области создания механизмов с автоматизированным программным управлением активно проводились еще с середины XX века. Однако, в настоящее время, наука робототехника продолжает свое развитие. За последние годы автоматизация технологических процессов в мировом производстве достигла небывалых масштабов. Без роботизированных автоматов не обходится большинство производств – от машиностроительных цехов до лабораторий, создающих микропроцессоры.

Специалисты по созданию промышленных роботов востребованы в различных областях. В современных реалиях существует тенденция внедрения образовательных программ по робототехнике в высших учебных заведениях. Все в большем числе ВУЗов нашей страны появляется возможность проектировать и воспроизводить механизмы с автоматическим программным управлением. Однако, ощущается нехватка опытных стендов, макетов, формальной документации. Студенты, проводящие исследования в этой сфере, либо занимающиеся практической реализацией конкретной идеи, ощущают недостаток опыта. Чаще всего, они не имеют возможности опереться на структуру готового робота в ходе конструирования.

Для решения этих проблем, в качестве цели выпускной квалификационной работы установлено: разработать сборный корпус макета интерактивного обучающего робота с подвижным манипулятором, и задокументировать процесс его создания.

Под определением «макет обучающего робота» понимается робот, основная функция которого – стать частью учебного процесса, наглядно демонстрировать технические решения, конструкцию, параметры работы [22]. Такой робот, прежде всего, должен быть функционален и практичен. Эстетическая составляющая, а также степень пользы выполняемой работы отводятся на второй план. Под определением «сборный корпус» понимается набор деталей робота, в который не входят электронные компоненты, такие как: платы, датчики, соединительные кабели, аккумуляторы.

В соответствии с целью, необходимо решить следующие задачи:

1. Изучить теоретические аспекты, связанные с построением и эксплуатацией управляемых роботов.

2. Спроектировать трехмерные модели деталей для макета робота, руководствуясь техническим заданием.

3. Ознакомившись с технологическим процессом трехмерной печати, воспроизвести в пластике механические узлы макета, внести необходимые корректировки.

4. Произвести необходимую механическую обработку и сборку отдельных узлов робота, и подготовить модели остальных деталей корпуса к печати.

Внедрение макета интерактивного робота в учебный процесс ускорит усвоение материала, внесет элементы интерактивного взаимодействия. Визуализация теории с помощью такого макета повысит интерес к дисциплине.

Следование разработанному в ВКР плану проектирования позволит студентам оптимально подойти к практической реализации своих конструкторских идей. Изучение наглядного макета позволит быстро определить, какие решения на практике являются эффективными, а какие нет. Это приблизит создание новых, улучшенных моделей, что, в свою очередь, даст толчок к дальнейшему развитию.

1 Проектирование роботов с набором
механизированных функций

1.1 Макеты интерактивных обучающих роботов

1.1.1 Определение понятия «робот»

Несмотря на то, что попытки создания автоматизированных механизмов предпринимались еще в III веке до н. э., впервые слово «робот» прозвучало в пьесе Чешского писателя Карела Чапека, написанной в 1920 году [2]. Уже в то время, робот понимался как машина, выполняющая роль «чернорабочего», превосходящего человека по искусности и физической силе. Можно сказать, что за последующий век стремительного развития робототехники и информационных технологий в целом, это понимание роботов не претерпело больших изменений. Формальное определение понятию было дано многими учеными в разное время. Согласно определению профессора М. Спрингера из Университета Queen Mary, некое устройство, чтобы называться роботом, должно обладать минимальным набором свойств и возможностей, таких, как:

– наличие механической руки и захвата (кисти);

– умение самостоятельно передвигаться и самостоятельно управлять своими действиями;

– наличие исполнительной системы и системы управления, которые в совокупности обеспечивают реализацию механических функций;

– наличие компьютера, способного запоминать программы управления обработкой поступающих извне приказов;

– наличие устройств и датчиков, способных определять некие внешние параметры среды и передавать их системе управления.

Профессор С. Мори в своем определении сделал важный акцент, явно разграничивающий роботов и все остальные автоматизированные аппараты по исполнению некоторой работы. Он предложил определять робота по степени универсальности, которой обладает устройство, и указал три неотъемлемых признака всех роботов без исключения: универсальность, мобильность, индивидуальность [2]. Таким образом, робота можно обучить делать какое-то определенное простое действие (в таком режиме и работает большинство промышленных роботов), но его же можно и переобучить для иной работы. В то время как, например, автомат по подсчету денежных банкнот роботом не является.

Промышленные роботы, как следует из их названия, работают с целью производство какого-либо товара. Они являются одним из компонентов автоматизированных производственных систем, применяемых в гибком автоматизированном производстве, которые при неизменном уровне качества позволяют увеличить производительность труда в целом [3]. Именно востребованность промышленных роботов для все большей автоматизации различных производств является главным толчком развития технологий в сфере робототехники.

1.1.2 Отличительные особенности макетов интерактивных роботов

Макет интерактивного обучающего робота – это образовательный стенд, основой которого является прототип простого робота, с возможностью перепрограммирования аппаратного обеспечения робота и внесения модификаций в конструкцию с целью изучения принципов работы и проектирования. Операции над таким роботом выполняются либо средствами самого стенда, либо с помощью подключения к персональному компьютеру. Пример макета робота, состоящего из одного манипулятора, представлен на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1– Пример макета робота-манипулятора

Макет робота не подразумевает исполнение его элементов в заводском качестве, а играет роль так называемого «proof of concept» (англ. образец работы некоторой идеи) [3]. Основная цель, которая поставлена перед таким роботом – не выполнение некоторой полезной производственной работы, а обучение других инженеров устройству роботов и принципам работы с ними.

1.2 Обзор существующих моделей обучающих интерактивных роботов

Обзор обучающих моделей интерактивных роботов затруднен тем фактом, что, чаще всего, подобные установки создаются в единственном экземпляре по уникальному проекту силами самого учебного заведения или предприятия. Однако, есть и промышленно изготовленные, полноценные образовательные роботы. Рассмотрим два примера с приведенными спецификациями.

1.2.1 УП6162

Установка по изучению мобильных роботизированных систем на базе мобильной платформы и робота-манипулятора МП-РМ 1.04 представлена на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 – Вид УП6162

Данное изделие является коммерческим продуктом для образовательных учреждений. В комплект поставки входят [5]:

– комплект учебно-лабораторного оборудования «Мобильная роботизированная платформа с манипулятором»;

– комплект соединительных проводов;

– ноутбук;

– паспорт изделия;

– руководство по эксплуатации;

– методические рекомендации по выполнению лабораторных работ.

Состав основного изделия, а именно роботизированной платформы:

– самоходная платформа на контроллере Arduino с 4мя электроприводами шасси;

– 3-осевой манипулятор;

– Wi-Fi беспроводная камера + камера манипулятора;

– Bluetooth приемо-передатчик;

– датчики технологической информации (УЗ дистанции, вибрации, датчик движения по полосе, 3-осевой акселерометр (датчик ускорения), угла наклона, цифровой компас, LIDAR);

– дополнительные многофункциональные захваты для манипулятора.

Стоимость изделия: 166 тысяч 800 рублей.

1.2.2 УП6164

Установка для изучения сложных манипуляторов с большим количеством степеней свободы «робот-манипулятор «Optima-2» представлена на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 – Вид УП6164

Данное изделие является коммерческим продуктом для образовательных учреждений. В комплект поставки входят [5]:

– лабораторная установка на базе робота-манипулятора Optima-2;

– комплект соединительных проводов;

– ноутбук;

– паспорт изделия;

– руководство по эксплуатации;

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов ВКР