национальный исследовательскийтомский политехнический университет
 Скачать 2.13 Mb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Институт ИСГТ Направление 27.03.04 «Управление в технических системах» Кафедра Автоматики и Компьютерных Систем БАКАЛАВРСКАЯ РАБОТА Тема работы Манипулятор "механическая рука" на базе Arduino УДК 621.865.8-529:004.31 Студент Группа ФИО Подпись Дата 158А30 Янь Фэнхуа Руководитель Должность ФИО Ученая степень, звание Подпись Дата Доцент каф. АиКС Гайворонский Сергей Анатольевич к.т.н., доцент КОНСУЛЬТАНТЫ: По разделу «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение» Должность ФИО Ученая степень, звание Подпись Дата Ст. преподаватель каф. МЕН Кузьмина Н.Г По разделу «Социальная ответственность» Должность ФИО Ученая степень, звание Подпись Дата Доцент каф. ЭБЖ Штейнле А.В. к.м.н. ДОПУСТИТЬ К ЗАЩИТЕ: Зав. кафедрой ФИО Ученая степень, звание Подпись Дата АиКС Суходоев М.С. к.т.н., доцент Томск – 2017 г. ПЛАНИРУЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ОБУЧЕНИЯ Код результата Результат обучения (Выпускник должен быть готов) Профессиональные компетенции Р1 Обладать естественнонаучными и математическими знаниями для решения инженерных задач в области разработки, производства и эксплуатации систем управления техническими объектами и средств автоматизации. Р2 Обладать знаниями о передовом отечественном и зарубежном опыте в области управления техническими объектами с использованием вычислительной техники Р3 Применять полученные знания (Р1 и Р2) для формулирования и решения инженерных задач при проектировании, производстве и эксплуатации современных систем управления техническими объектами и их составляющих с использованием передовых научно-технических знаний, достижений мирового уровня, современных инструментальных и программных средств. Р4 Уметь выбирать и применять соответствующие методы анализа и синтеза систем управления, методы расчета средств автоматизации, уметь выбирать и использовать подходящее программное обеспечение, техническое оборудование, приборы и оснащение для автоматизации и управления техническими объектами. Р5 Уметь находить электронные и литературные источники информации для решения задач по управлению техническими объектами. Р6 Уметь планировать и проводить эксперименты, обрабатывать данные и проводить моделирование с использованием вычислительной техники, использовать их результаты для ведения инновационной инженерной деятельности в области управления техническими объектами. Р7 Демонстрировать компетенции, связанные с инженерной деятельностью в области научно-исследовательских работ, проектирования и эксплуатации систем управления и средств автоматизации на предприятиях и организациях – потенциальных работодателях, а также готовность следовать их корпоративной культуре Универсальные компетенции Р8 Владеть иностранным языком на уровне, позволяющем работать в интернациональной среде с пониманием культурных, языковых и социально – экономических различий. Р9 Эффективно работать индивидуально, в качестве члена и руководителя группы с ответственностью за работу коллектива при решении инновационных инженерных задач в области автоматизации и управления техническими объектами, демонстрировать при этом готовность следовать профессиональной этике и нормам. Р10 Иметь широкую эрудицию, в том числе знание и понимание современных общественных и политических проблем, вопросов безопасности и охраны здоровья сотрудников, юридических аспектов, ответственности за инженерную деятельность, влияния инженерных решений на социальный контекст и окружающую среду. Р11 Понимать необходимость и уметь самостоятельно учиться и повышать квалификацию в течение всего периода профессиональной деятельности. МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Институт ИСГТ Направление подготовки 27.03.04 Управление в технических системах Кафедра Автоматики и Компьютерных Систем УТВЕРЖДАЮ: И.о. зав. кафедрой _____ _______ Суходоев М.С. (Подпись) (Дата) (Ф.И.О.) ЗАДАНИЕ на выполнение выпускной квалификационной работы В форме: Бакалаврской работы (бакалаврской работы, дипломного проекта/работы, магистерской диссертации) Студенту: Группа ФИО 158А30 Янь Фэнхуа Тема работы: Манипулятор «механическая рука» на базе Arduino Утверждена приказом директора (дата, номер) 09.03.2017, № 786/с Срок сдачи студентом выполненной работы: 02.06.2017 ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ: Исходные данные к работе (наименование объекта исследования или проектирования; производительность или нагрузка; режим работы (непрерывный, периодический, циклический и т. д.); вид сырья или материал изделия; требования к продукту, изделию или процессу; особые требования к особенностям функционирования (эксплуатации) объекта или изделия в плане безопасности эксплуатации, влияния на окружающую среду, энергозатратам; экономический анализ и т. д.). - программная среда Arduino - контроллер Arduino Uno - манипулятор Перечень подлежащих исследованию, проектированию и разработке вопросов (аналитический обзор по литературным источникам с целью выяснения достижений мировой науки техники в рассматриваемой области; постановка задачи исследования, проектирования, конструирования; содержание процедуры исследования, проектирования, конструирования; обсуждение результатов выполненной работы; наименование дополнительных разделов, подлежащих разработке; заключение по работе). - разработку алгоритмов управления; - программирование контроллера; - отладка взаимодействия элементов манипулятора. Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей) Презентация в формате Манипулятора .pptx Консультанты по разделам выпускной квалификационной работы (с указанием разделов) Раздел Консультант Финансовый менеджмент, русурсоэффективность и ресурсосбережение Кузьмина Наталия Геннадьевна, Старший преподаватель каф. МЕН Социальная ответственность Штейнле Александр Владимирович, Доцент каф. ЭБЖ Дата выдачи задания на выполнение выпускной квалификационной работы по линейному графику 06.02.2017 Задание выдал руководитель: Должность ФИО Ученая степень, звание Подпись Дата Доцент каф. АиКС Гайворонский Сергей Анатольевич к.т.н. Задание принял к исполнению студент: Группа ФИО Подпись Дата 158А30 Янь Фэнхуа Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Институт ИСГТ Направление 27.03.04 Управление в технических системах Кафедра автоматики и компьютерных систем Уровень образования – бакалавр Период выполнения – весенний семестр 2016/2017 учебного года Форма представления работы: бакалаврская работа КАЛЕНДАРНЫЙ РЕЙТИНГ-ПЛАН выполнения выпускной квалификационной работы Срок сдачи студентом выполненной работы: 02.06.2017 г. Дата контроля Название раздела (модуля) / вид работы (исследования) Максимальный балл раздела (модуля) 29.05.2017 Основная часть 75 15.05.2017 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 15 22.05.207 Социальная ответственность 10 Составил преподаватель: Должность ФИО Ученая степень, звание Подпись Дата Доцент каф. АиКС Гайворонский Сергей Анатольевич к.т.н., доцент СОГЛАСОВАНО: И.о. зав. кафедрой ФИО Ученая степень, звание Подпись Дата АиКС Суходоев М.С. к.т.н., доцент ЗАДАНИЕ ДЛЯ РАЗДЕЛА «ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ» Студенту: Группа ФИО 158А30 Янь Фэнхуа Институт ИСГТ Кафедра АиКС Уровень образования Бакалавр Направление/специальность 27.03.04 Управление в технических системах Исходные данные к разделу «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение»: 1. Стоимость ресурсов научного исследования (НИ): материально-технических, энергетических, финансовых, информационных и человеческих Должностной оклад научного руководителя – 26300 руб. Должностной оклад инженера – 17000 руб. 2. Нормы и нормативы расходования ресурсов Норма амортизации – 20% 3. Используемая система налогообложения, ставки налогов, отчислений, дисконтирования и кредитования Социальные отчисления – 30% от ФЗП Перечень вопросов, подлежащих исследованию, проектированию и разработке: 1. Оценка коммерческого потенциала, перспективности и альтернатив проведения НИ с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения Планирование работ и их временная оценка Смета затрат на проект 2. Планирование и формирование бюджета научных исследований Смета затрат на оборудование 3. Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной, социальной и экономической эффективности исследования Анализ полученных результатов Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей): График Ганта Дата выдачи задания для раздела по линейному графику 06.02.2017 Задание выдал консультант: Должность ФИО Ученая степень, звание Подпись Дата Старший преподаватель каф. МЕН Кузьмина Наталия Геннадьевна Задание принял к исполнению студент: Группа ФИО Подпись Дата 158А30 Янь Фэнхуа ЗАДАНИЕ ДЛЯ РАЗДЕЛА «СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ» Студенту: Группа ФИО 158А30 Янь Фэнхуа Институт ИСГТ Кафедра АиКС Уровень образования бакалавр Направление/ специальность 27.03.04 Управление в технических системах Исходные данные к разделу «Социальная ответственность»: 1.Характеристика объекта исследования (вещество, материал, прибор, алгоритм, методика, рабочая зона) и области его применения В выпускной квалификационной работе рассматривается процесс исследования нечеткого корректирующего устройства и его программной реализации. Описывается рабочее место, выбранное для разработки, проявление вредных факторов, проявление опасных факторов, проявление негативного воздействия на окружающую среду. Перечень вопросов, подлежащих исследованию, проектированию и разработке: 1. Анализ выявленных вредных факторов проектируемой производственной среды в следующей последовательности: физико-химическая природа вредности, её связь с разрабатываемой темой; действие фактора на организм человека; приведение допустимых норм с необходимой размерностью (со ссылкой на соответствующий нормативно-технический документ); предлагаемые средства защиты (сначала коллективной защиты, затем – индивидуальные защитные средства) Анализ выявленных вредных факторов: - шум - электромагнитное излучение - освещение - микроклимат 2. Анализ выявленных опасных факторов проектируемой произведённой среды в следующей последовательности механические опасности (источники, средства защиты; термические опасности (источники, средства защиты); электробезопасность (в т.ч. статическое электричество, молниезащита – источники, средства защиты); пожаровзрывобезопасность (причины, профилактические мероприятия, первичные средства пожаротушения) Анализ выявленных опасных факторов: - электробезопасность 3. Охрана окружающей среды: защита селитебной зоны анализ воздействия объекта на атмосферу (выбросы); анализ воздействия объекта на гидросферу При выполнении работы влияние на атмосферу и гидросферу не происходит. Воздействие на литосферу – образование отходов при печати документов. (сбросы); анализ воздействия объекта на литосферу (отходы); разработать решения по обеспечению экологической безопасности со ссылками на НТД по охране окружающей среды. 4. Защита в чрезвычайных ситуациях: перечень возможных ЧС на объекте; выбор наиболее типичной ЧС; разработка превентивных мер по предупреждению ЧС; разработка мер по повышению устойчивости объекта к данной ЧС; разработка действий в результате возникшей ЧС и мер по ликвидации её последствий В аудиторном помещении возможно ЧС техногенного характера – пожар 5. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности: специальные (характерные для проектируемой рабочей зоны) правовые нормы трудового законодательства; организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны Требования к организации рабочих мест пользователей ПЭВМ. Перечень графического материала: При необходимости представить эскизные графические материалы к расчётному заданию (обязательно для специалистов и магистров) Дата выдачи задания для раздела по линейному графику 06.02.2017 Задание выдал консультант: Должность ФИО Ученая степень, звание Подпись Дата Доцент каф. ЭБЖ Штейнле А.В. к.м.н. Задание принял к исполнению студент: Группа ФИО Подпись Дата 158А30 Янь Фэнхуа РЕФЕРАТ Выпускная квалификационная работа содержит: 63 страницы, 34 рисунков, 7 таблиц, 3 источников, 3 приложение. Ключевые слова: манипулятор, микроконтроллер Arduino, ультразвуковой датчик измерения расстояния, с ерводвига тель. Объектом исследования является манипулятор «механическая рука». Цель данной работы заключается в разработке алгоритмов управления манипулятором "механическая рука" на базе микроконтроллера Arduino. В ходе исследования изучен состав, принципы и органы управления, с ерводвига тели и ультразвукового датчика измерения расстояния. Разработаны алгоритмы определения расстояния до объекта и определения средней точки объекта. Для устранения аномальных значений в массивах данных, уменьшения выбросов и импульсных помех, используется медианный фильтр. В результате исследования написана программа, реализующая разработанные алгоритмы, и проверена её работоспособность. Областью применения разработанных алгоритмов являются различные робототехнические комплексы, разрабатываемые, в том числе, и на кафедре АиКС. Экономическая эффективность и значимость работы, себестоимость исследуемой системы представлена в главе финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение. Выпускная квалификационная работа выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 2013, программирование – в пакете Arduino Обозначения и сокращения ПК – Персональный компьютер ШИМ – Широтно-импульсная модуляция GND – Ground USB – Universal Serial Bus Оглавление Ведение...................................................................................................................13 1. Объект и методы исследования ......................................................................14 1.1. Объект исследования .................................................................................14 1.2. Методы исследования ................................................................................16 2. Описание конструкции и элементов манипулятора «механическая рука» 16 2.1. Внешний вид ..............................................................................................16 2.2. Количество степеней свободы .................................................................17 2.3. Описание всех элементов манипулятора ................................................19 2.31. Серводвигатель .....................................................................................20 2.32. Ультразвуковой датчик измерения расстояния HC-SR04 ...............23 2.33. Контроллер Arduino Uno .....................................................................26 3. Алгоритма .........................................................................................................28 3.1. Метод определения расстояния до объекта .............................................28 3.2. Блок-схема алгоритма ................................................................................28 3.3.Фильтр .........................................................................................................33 3.4.Определение средней точки .......................................................................35 4.Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение ..38 4.1.Календарный план работ и оценка времени их выполнения ..................38 4.2. Смета затрат на проект ..............................................................................39 4.3. Смета затрат на материалы для реализации проекта ..............................42 5.Социальная ответственность ............................................................................44 5.1.Техногенная безопасность .........................................................................44 5.2. Региональная безопасность .......................................................................53 5.3. Организационные мероприятия обеспечения безопасности..................53 5.4. Особенность законодательного регулирования проектных решений...55 5.5. Безопасность в чрезвычайных ситуациях ................................................56 Заключение ............................................................................................................58 Список использованных источников ..................................................................59 Приложение 1.........................................................................................................61 Приложение 2.........................................................................................................62 Приложение 3.........................................................................................................63 13 |