Пояснювальна записка рівень вищої освіти другий



бет1/26
Дата17.05.2020
өлшемі14.09 Mb.
түріПояснювальна записка
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   26


Міністерство освіти і науки України

Харківський національний університет радіоелектроніки




Факультет

Автоматики і комп’ютеризованих технологій

(повна назва)

Кафедра

Комп’ютерно-інтегрованих технологій, автоматизації та мехатроніки

(повна назва)

АТЕСТАЦІЙНА РОБОТА



Пояснювальна записка

рівень вищої освіти

другий (магістерський)




Розробка та моделювання опорно-рухової системи

зооморфного робота

(тема)



Виконав:

студент



2

курсу, гр.




КІТПВМ18-1

Волобуєв В. С.

(прізвище, ініціали)

Спеціальності

151 Автоматизація та

комп’ютерно-інтегровані технології

(код і повна назва спеціальності)

Тип програми

освітньо-професійний

Освітня програма

Комп’ютерно-інтегровані

технологічні процеси та виробництва

(повна назва освітньої програми)

Керівник

проф. Евсєєв В.В.

(посада, прізвище, ініціали)




Допускається до захисту
Зав. кафедри





Невлюдов І.Ш.




(підпис)




(прізвище, ініціали)

2019 р.


Харківський національний університет радіоелектроніки


Факультет

Автоматики і комп’ютеризованих технологій

Кафедра

Комп’ютерно-інтегрованих технологій, автоматизації та мехатроніки

Рівень вищої освіти

другий (магістерський)

Спеціальність

151 Автоматизація та комп’ютерно інтегровані технології

Тип програми

освітньо-професійний

Освітня програма

Комп’ютерно-інтегровані технологічні процеси і виробництва

(код і повна назва)




ЗАТВЕРДЖУЮ:

Зав. кафедри




(підпис)

«_____»__________ 20 ___ р.

ЗАВДАННЯ


НА АТЕСТАЦІЙНУ РОБОТУ


студентові

Волобуєв Владислав Станіславович

(прізвище, ім’я, по батькові)

1. Тема роботи

Розробка та моделювання опорно-рухової системи

зооморфного робота

затверджена наказом по університету від

04.11.2019 р. № 1653 Ст

2. Термін подання студентом роботи до екзаменаційної комісії




3. Вихідні дані до роботи

Конструкція опорно-рухової системи робота має

мати східні властивості з біонічним зразком, на базі якого проводиться

проектування – котом свійським; кінцівки робота повинні мати 2 ступеня

свободи; діапазон дії першої ланки ноги: 0-45о, другої ланки ноги – 0-90о;

лінійні розміри робота не повинні перевищувати 40см х 30см х 30 см.







4. Перелік питань, що потрібно опрацювати в роботі




4.1 Вступ;

4.2 Аналіз предметної області;

4.3 Огляд конструкцій зооморфних роботів та крокуючих платформ:

4.4 Проведення біонічного аналіза та кінематичні розрахунки;

4.5 Розробка 3D моделей кінцівок зооморфного робота;

4.5 Охорона праці;

4.6 Висновки.

5. Перелік графічного матеріалу із зазначенням креслеників, схем, плакатів,

комп’ютерних ілюстрацій (слайдів)

Демонстраційний матеріал представлений

у форматі презентації PowerPoint (*.ppt) – 13 с. формату А4













6. Консультанти розділів роботи (п.6 включається до завдання за наявності консультантів згідно з наказом, зазначеним у п.1 )




Найменування

розділу


Консультант

(посада, прізвище, ім’я, по батькові)



Позначка консультанта

про виконання розділу



підпис

дата


























КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН



Назва етапів роботи

Терміни

виконання етапів роботи




Примітка

1

Отримання завдання







2

Аналіз завдання







3

Огляд літературі за темою роботи







4

Аналіз конструкції зооморфних роботів







5

Проведення біонічних досліджень







6

Проектування 3D моделей кінцівок робота







7

Оформлення атестаційної роботи







8

Подання на підпис керівнику дипломного проекту







9

Подання роботи на підпис зав.кафедри







10

Подання роботи на рецензію







11

Подання роботи в ЕК






Дата видачі завдання _____ ________________ 20__ р.


Студент ___________________________________

(підпис)


Kepiвник роботи __________________ _проф. Евсєєв В.В. _

(підпис) (посада, прізвище, ініціали)

РЕФЕРАТ
Пояснювальна записка містить: 74 с ., 6 табл., 30 рис., 1 дод., 38 джерел.
ЗООМОРФНИЙ РОБОТ, КРОКУЮЧИЙ РОБОТ, ОПОРНО-РУХОВА СИСТЕМА, КОНСТРУКЦІЯ, CAD , SOLIDWORKS, МОДЕЛЮВАННЯ
Об’єкт дослідження – процес руху опорно-рухової системи зооморфного робота.

Предмет дослідження – опорно-рухова система зооморфного робота.

Мета магістерської атестаційної роботи – проектування та розробка 3D моделей кінцівок зооморфного робота.

Методи дослідження – кінематичний та структурний аналіз, біонічний аналіз.

В роботі був проведений аналіз конструктивних особливостей сучасних зооморфних роботів, побудови їх несучої конструкції, проаналізована кінематична схема найбільш відповідаючих умовам ТЗ зразків, проведений аналіз рухомих платформ зооморфних роботів, та відповідного ПО для створення 3D моделі робота.

Був проведений біонічний аналіз біологічного зразка робота (кота свійського), побудована кінематична схема кінцівки робота та загальна схема разташування компонентів. Розроблені 3D моделі основних частин зооморфного робота – ­ кінцівки, корпус, та на їх основі розроблена збірна модель зоомоорфного робота.

Для визначення основних шкідливих виробничих факторів в робочій зоні були виконані необхідні розрахунки в розділі охорони праці.

Результати магістерської атестаційної роботи апробовані у міжнародній конференції «ADED-2019», та опубліковані у збірнику студентських наукових статей (ADED-2019).

ABSTRACT
Explanatory note contains: 74 p., 6 tables, 30 figures, 1 addition, 38 sources.
ZOOMORPHIC ROBOT, WALKING ROBOT, MUSCULOSKELETAL SYSTEM CONSTRUCTION, CAD, SOLIDWORKS, MODELING
Object of study – process of movement in musculoskeletal system of zoomorphic robot.

The subject of the study – the musculoskeletal system of zoomorphic robot.

The purpose of the master's appraisal work is to analyze and design 3D model of limbs of zoomorphic robot.

Research methodology - kinematic and structural analysis, bionic analysis.

The purpose of this work is to made analysis and develop a 3D model of a zoomorphic robot. This robot can be used as a training platform, for the process of learning the machine intelligence, to perform the functions of mobile server device, radiostation, mediacentre.

In this work an analysis of the design features of modern zoomorphic robots, construction of their bearing structure was carried out, the kinematic scheme of the most similar robotic specimens and their systems of control and feelings was analyzed.

A bionic analysis of a biological sample based on which robot was modelled (felis catus), a kinematic scheme of the robot’s limb and a general arrangement of its components were constructed. Carried out developing of 3D models of the main parts of the zoomorphic robot ¬ limbs and body were made, and on the basis of them a composite model of the zoomorphic robot was created.

The results of the master's evaluation work were tested in the international conference "ADED-2019" and published in the collection of student scientific articles (ADED-2019).

ЗМІСТ



Перелік скорочень…..……………………………………………….…..…….

7

Вступ ...................................................................................................................

8

1. Аналіз сучасних зооморфних мобільних роботів ......................................

10

1.1 Аналіз конструкцій зооморфних роботів …….………….………………

10

1.2 Аналіз кінематичних схем зооморфних мобільних роботів …………...

19

1.3 Аналіз крокуючих платформ зооморфних роботів ………………..........

22

1.4 Аналіз сучасних CAD-систем проектування і моделювання

мобільних роботів…………………………………….……………………….


28


1.5 Постановка задач досліджень …………………..…….….……..………..

33

1.6 Висновки до 1 розділу ………….……………………….…….…..……...

34

2. Розробка опорно-рухової системи зооморфного робота ..........................

36

2.1 Розробка структури опорно-рухової системи зооморфного робота.......

36

2.2 Кінематична схема та моделювання опорно-рухового апарату

зооморфного робота з пониженою кількістю ступеней свободи ………….


45


2.3 Висновки до 2 розділу ……………..……………………………………..

53

3. Проектування деталізованої 3D моделі опорно-рухової системи

зооморфного робота та її кінематичний розрахунок........................………..


53


3.1 Проектування 3D моделей опорно-рухової системи зооморфного

робота……………………………….….………………………………………


53


3.3 Кінематичний розрахунок кінцівок зооморфного робота........................

58

3.4 Висновки до 3 розділу…………………………………………………….

63

4. Охорона праці…………………………………………………….…………

65

4.1 Аналіз умов праці в промисловому приміщенні…………..…………….

65

4.2 Промислова санітарія у промисловому приміщенні……….…………...

68

Загальні висновки…………………..………………………………..………..

70

Перелік джерел посилання................................................................................

71

Додаток А Демонстраційний матеріал ………………………………………

72

ПЕРЕЛІК СКОРОЧЕНЬ

САПР ­– система автоматизованого проектування

CAD ­– computer-aided design (системи автоматизованого проектування)

DH parameters –­ Denavitt-Hartenberg parameters (параметри Денавіта-Гартенберга)

ТЗ –­ технічне завдання

ЕСКД ­– єдина система конструкторської документації

МР ­– мобільний робот

SLIP – spring loaded inverted pendulum (пружинний перевернутий маятник)

AKH – ankle-knee-hip (гомілка-коліно-стегно)

ПК – персональний комп’ютер

ВСТУП

В останній час, все більше починає розвиватися така галузь науки як робототехніка – прикладна наука, що опікується проектуванням, розробкою, будівництвом, експлуатацією та використанням роботів, а також комп'ютерних систем для їх контролю, сенсорного зворотного зв'язку і обробки інформації автоматизованих технічних систем (роботів). Окреме місце в ній займає розробка зооморфних роботів, тобто роботів, форма та алгоритми руху та поведінки яких була взята у реально існуючих прототипів-тварин. Провідні розробники галузі сучасної робототехніки, американська компанія Boston Dynamics та їх роботи SpotMini, Spot, та німецька компанія Festo Corporate, котра розробила такі зооморфні роботи як BionicANTs, BionicKangaroo, показують необхідність та актуальність дослідження цих технологій для розвитку науки в майбутньому.



Використання роботів з крокуючою платформою в різних галузях розглядається багатьма вченими, адже ця платформа об'єднує в собі наступні переваги:

­­– велика кількість ступенів свободи, обумовлена наявністю штучних суглобів на кінцівках, котрі виконують ті ж самі функції як і реальні суглоби та м’язи. Тому, вони здатні змінювати своє положення при переміщенні робота: від горизонтального і до вертикального, що дозволяє їм бігти, сідати, стрибати, переступати об'єкти, тощо;

­– пристосованість до середовища життя людини, крокуючий робот здатен переміщатися всередині будівель і споруд, де необхідно прокладати маршрут через перешкоди, по вузьких коридорах, сходах і вентиляційних шахтах, також використання цієї платформи дозволяє дозволяє підвищити прохідність та зробити її можливою в ділянках з, сильно пересіченою, неоднорідною місцевістю, по поверхні зі складним рельєфом, таким як завали, кам’яні насипи, тощо,


  • також, крокуючий робот під час пересування використовує малу площу

для опори своїх ніг, і тим самим не створює значного тиску на поверхню, що може бути важливим наприклад у сільському господарстві.

Найбільш перспективним рішенням при проектуванні такого робота є запозичення алгоритмів руху та поведінки у представників живої природи та навколишнього світу, тому в якості зразка для розробки моделі робота був вибраний кіт свійський як одна з розповсюджених, та з біологічної точки зору найбільш досконало побудованих тварин.

Об’єкт дослідження – процес руху опорно-рухової системи зооморфного робота.

Предмет дослідження – опорно-рухова система зооморфного робота.

Методи дослідження – кінематичний та структурний аналіз, біонічний аналіз.

Мета магістерської атестаційної роботи: проектування та розробка 3D моделей кінцівок зооморфного робота.

Для досягнення поставленої мети необхідно здійснити наступні етапи роботи:

– провести аналіз існуючих зооморфних роботів, що включає в себе аналіз конструкції сучасних зооморфних роботів, їх кінематики та побудови несучої конструкції;

– провести аналіз вхідних даних технічного завдання та сучасних систем автоматизованого проектування (САПР);

– провести біонічний аналіз біологічного зразка, на основі якого будується робот, його кінематики.

– провести побудову 3D моделі складових частин опорно-рухової робота у CAD SolidWorks, та його збірної моделі;

– оформити пояснювальну записку за ДСТУ 3008-15 [1] та керуючись навчальним посібником з дипломного проектування [2] та методичними вказівками [3].


1 АНАЛІЗ КОНСТРУКЦІЙ сучасних мобільних ЗООМОРФНИХ РОБОТІВ

1.1 Аналіз конструкцій сучасних зооморфних роботів


Один з перших розроблених зооморфних роботів ­– проект BigDog розроблявся компанією Boston Dynamics за підтримки Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) [4]. Робот розроблявся з 2004 до 2015 року і повинен був стати на службу в Корпус морської піхоти США і армію, в якості мобільного переносника вантажів, для взаємодії з піхотними частинами без підтримки техніки і несе на собі запас відповідний транспорт (патрони, медикаменти, їжу тощо) або ж важке озброєння. Не дивлячись на свою назву, BigDog (велика собака) швидше нагадував за розмірами і ході невеликого мула або осла і позиціонувався як сучасний замінник в'ючних тварин на службі у людини.

Перша робоча модель була представлена в 2005-2006 році, і могла нести на собі вагу в 40 кілограм зі швидкістю в 3-5 км/год протягом двох годин. Автономність цієї моделі робота забезпечувала система GPS. Однак низька «витривалість» і голосно працюючий двигун (шум роботи близько 95 дБ) змусили розробників шукати нові рішення для модернізації проекту.

Загальний вид робота BigDog першої версії представлений на рисунку 2.1 [4].

DARPA комплексно підійшла до розробки цього проекту, і в ході формування ТЗ на майбутню систему були виділені 4 основні категорії вимог до прототипу: загальні, навігаційні, вимоги до прохідності і шумоізоляції [5].

Загальні вимоги до робота були:

– корисне навантаження повинна бути в межах 180-190 кг ваги, що становило 50 % бойової викладки загону солдатів;


– високий запас часу безвідмовної роботи, запасу дизельного палива вистачає для тривалих переходів до 160 км на одній заправці;

– можливість виконувати функції мобільного джерела енергії, в залежності від вимог та тактичної ситуації.


Рисунок 1.1 – Прототип робота BigDog


Вимоги до системи навігації:

– аналіз навколишнього середовища та ландшафту місцевості, в результаті якої робот може сам вибирати алгоритм пересування і метод пересування кінцівок;

– адаптивна система прийняття рішень яка дозволяє пристосовуватися до динамічно мінливого навколишнього середовища;

– адаптивний алгоритм «присутності» який дає можливість слідувати за графикасолдатами з інтервалом в 5-100 метрів в залежності від вимог в конкретній ситуації.

Вимоги до ходових якостей:

– наявність декілька інтелектуальних алгоритмів вибору ходи відповідно до типу поверхні місцевості, який досягається аналізом даних, котрі отримуються з систем «почуттів» робота і системи технічного зору;

– високий час безвідмовної роботи механічних та електричних складових, а також програмного забезпечення МР.

З умов технічного завдання та призначення робота BigDog окремо виносилися вимоги до реалізацій функцій «тихе переміщення» яке давало б можливість малошумного руху з мінімізацією звукової складової яку виробляють механічні елементи робота під час роботи.



Перший експериментальний зразок був випущений в 2008-2009 роках і пройшов серію випробувань: випробування на витривалість, на пересування по пересіченій місцевості з вагою (200 метрів по гірському схилу, навантажений 80 мм мінометом (42 кг)) і випробування на автономність (проходження по GPS маркерам, проходження за провідником) і у всіх випробуваннях показав відмінний результат. Вид на основні елементи конструкції ніг робота можна побачити на рисунку 1.2.



Каталог: bitstream -> document
document -> Пояснювальна записка рівень вищої освіти другий
document -> Харківський національний університет радіоелектроніки
document -> Атестаційна робота пояснювальна записка
document -> Пояснювальна записка рівень вищої освіти другий
document -> В. Н. Бурцев, Ю. В. Гнусов, А. Л. Ерохин
document -> О построении фрагмента концептуальной классификационной модели проблемной области чрезвычайных ситуаций
document -> Н. О. Шушляпина, М. М ященко, О. Г. Авру нин е. В. Демина, Н. А юревич (харьков, украина) совершенствование обучающих технологий в медицине
document -> Моделирование кинетических процессов


Достарыңызбен бөлісу:
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   26


©netref.ru 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет