РТК для сверления отверстий в деталях силового набора

Введение 3
1 Описание объекта управления 5
1.1 Обзор методов управления мехатронными комплексами 5
1.2 Классификация устройств управления 12
1.3 Описание объекта управления 19
2 Структурная схема цифровой системы управления приводами робота манипулятора 35
3 Функциональная схема цифровой системы управления приводами робота манипулятора 38
4 Электрическая схема цифровой системы управления приводами робота манипулятора 39
5 Математическая модель робота манипулятора 42
7 Исследование синтезированной системы управления 52
8 Безопасность жизнедеятельности 55
8.1 Анализ условий труда 55
8.1.1 Помещение 55
8.1.2 Микроклимат 55
8.1.3 Освещённость 57
8.1.4 Шум 58
8.1.5 Электромагнитное излучение 58
8.1.6 Электробезопасность 59
8.1.7 Пожаробезопасность 60
8.2 Мероприятия и рекомендации по обеспечению условий труда 60
9 Экономическое обоснование 63
9.1 Выбор и обоснование методики расчёта экономической эффективности 63
9.2 Расчёт показателей экономической эффективности проекта 65
9.3 Обоснование целесообразности разработки, внедрения и адаптации САУ ПР 73
9.4 Экономический эффект от внедрения и адаптации САУ ПР 73
Заключение 75
Список литературы 76
Приложение А - Аналитический обзор 78
А.1 Управление манипуляторами 78
А.2 Motion Capture 89
Приложение Б – Листинг модели 95

Таблица 9.11 -Суммарные фактические затраты на разработку САУ ПР
№ Статья затрат Планируемое Фактическое Экономия 1 Заработная плата разработчиков 42 386,36р. 40 113,64р. 2 272,73р. 2 Отчисления с оплаты труда 14 411,36р. 13 638,64р. 772,73р. 3 Эксплуатационные расходы 380,00р. 380,00р. 0р. 4 Затраты на расходные материалы 4 700,00р. 4 400,00р. 300,00р. 5 Расходы на содержание помещений 5 200,00р. 3 500,00р. 1 700,00р. Итого: 67 077,73р. 62 032,27р. 5 045,45р. 9.3 Обоснование целесообразности разработки, внедрения и адаптации САУ ПР
Целесообразность разработки и внедрения САУ ПР имеется возможность оценить на основе расчетов экономии, полученной в результате разработки и внедрения САУ ПР силами сотрудников в сравнении с альтернативными затратами на покупку или заказ системы у сторонних организаций.
Стоимость разрабатываемой САУ ПР больше (в среднем на 22 тыс. рублей), что объясняется распространенностью существующих программных средств. Вместе с тем созданная САУ ПР уникальна по своим возможностям:
не имеет прямых функциональных аналогов;
имеет простой, интуитивно-понятный интерфейс;
содержит только необходимые работнику функции, а также учитывает
особенности ведения бизнеса и отчетности в компании.
9.4 Экономический эффект от внедрения и адаптации САУ ПР
Оценка экономической эффективности проекта является ключевой задачей при принятии решении о целесообразности инвестировании в него средств.
Источниками экономического эффекта от использования разработанной информационной системы имеют возможность выступать:
Экономия на оплате сопровождения САУ ПР.
Повышение скорости обработки информации.
Сокращение трудоемкости обработки информации.
Сокращение численности персонала.
Внедрение САУ ПР позволит не увеличивать штатное расписание и не нанимать одного дополнительного специалиста с заработной платой в размере 30 000 руб./меc.
На основе полученных данных рассчитаем экономию от внедрения системы:
р./мес.
С учетом экономии рассчитаем срок окупаемости разработки САУ ПР:
месяца.
В итоге, срок окупаемости разработанной САУ ПР составляет примерно полтора месяца. По прошествии периода окупаемости компания сможет экономить 40200 р. ежемесячно за счет экономии на оплате труда.
Косвенный эффект автоматизации работы сводится к увеличению количества и качества аналитических показателей их деятельности, а также к повышению производительности их труда.

Заключение
В работе синтезирована позиционная система автоматического управления промышленным роботом.
На первом этапе получено математическое описание исполнительного механизма робота, которое использовано для синтеза и анализа позиционной системы управления.
Полученные аналитические выражения использованы для описания обобщенного объекта управления и выбора двигателей. Для первого канала был выбран двигатель Aerotech BM130 мощностью 323 Вт, для второго канала Aerotech BM800 мощностью 1600 Вт, для третьего канала Aerotech BM500 мощностью 1060 Вт.
На втором этапе был выполнен методом модального управления синтез регуляторов трех каналов управления. Анализ синтезированных систем подтвердил их соответствие требованиям технического задания:
1. время переходного процесса
2. перерегулирование
3. установившаяся ошибка при задающем воздействии и возмущающем воздействии .
Моделирование позиционной системы управления показало её работоспособность и соответствие требованиям технического задания.

Список литературы
Медведев В.С., Лесков А.Г., Ющенко А.С. Системы управления манипуляционных роботов. - М.: Наука, 1978, 154 с.
Григорьев В.В., Дроздов В.Н., Шлепков С.В. Автоматизированное проектирование систем управления./ Учебное пособие. – Л.: изд. ЛИТМО, 1982, 77 с.
Бушуев А.Б., Григорьев В.В., Котельников Ю.П., Сабинин Ю.А. Разработка систем управления электроприводами робота ТУР-10КМ./ Отчет по научно-исследовательской работе. - Л.: ЛИТМО, 1988, 110 с.
Мосесов Н.А. Контурная система автоматического управления ЛТК. Дипломная работа. / СПб ГИТМО (ТУ). Кафедра АиТ – СПб, 1999, 71 с. – Рукопись.
Павлов Б.И. Шариковинтовые механизмы в приборостроении. – Л.: Машиностроение, 1968, 136 с.
Справочник по электрическим машинам: В 2 т. Т. 2/ Под общ. ред. И.П. Копылова, Б.К. Клокова. – М.:Энергоатомиздат, 1989, 688 с.
Васюхин О.В., Голубев А.А., Кустарев В.П., Тюленев Л.В. Экономическая часть дипломных разработок. /Учебное пособие. – Л.: ЛИТМО, 1998, 24 с.
Марш П., Александер И. Не счесть у робота профессий: Пер. с англ./ Под ред. В.С. Гурфинкеля. – М.:Мир, 1987, 182 с.
Корн Г. Корн Т. Справочник по математике. - М.: Наука, 1977, 832 с.
Русак О.Н., Маланян К.Р., Занько Н.Г.. Безопасность жизнедеятельности. Учебное пособие. СПб: «Лань», 2001.-448с.
Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического управления. Изд. 4-е, перераб. И доп. – СПб., Профессия, 2007. – 752 с.-(Серия: Специалист)
Бобцов А.И., Болтунов Г.И., Быстров С.В., Григорьев В.В., Лукьянова Г.В. Управление непрерывными и дискретными процессами – СПб.: СПбГУ ИТМО, 2010. – 175 с.
И.В. Мирошник Теория автоматического управления. Линейные системы – СПБ.: Питер, 2005. – 337 с.
В.В. Григорьев, Н.В. Журавлева, Г.В. Лукьянова, К.А. Сергеев Синтез систем автоматического управления методом модального управления. – СПб.: СПбГУ ИТМО, 2007. – 108 с.

Приложение А - Аналитический обзор
Слово «робот» происходит от чешского слова «robota», означающего работу. В словаре Вебстера робот определяется как автоматическое устройство, которое выполняет функции, обычно приписываемые человеку. В Американском робототехническом институте применяют более точное определение промышленных роботов: перепрограммируемый многофункциональный манипулятор, предназначенный для осуществления различных заранее заданных перемещений материалов, деталей, инструментов или специальных приспособлений с целью выполнения различных работ.
С точки зрения механики, робот состоит из руки (несущей конструкции) и узла запястья, оснащенного инструментом. [2]
А.1 Управление манипуляторами
На первый взгляд проблема управления такими роботами решается достаточно просто. Наиболее распространенные пневматические роботы-перегрузчики оснащены специальными программаторами, позволяющими легко задавать последовательность позиций, в которых должен находиться робот. При использовании микроконтроллеров в системе управления роботом можно непосредственно программировать движение схвата или инструмента в рабочем пространстве, а не движение каждого отдельного сустава, можно отлаживать программу движения с помощью графического образа на экране дисплея. Оператору для обучения робота не обязательно знать его устройство и особенности, а необходимо лишь владеть языком программирования.
Тем не менее, проблемы управления роботами существуют, и главным источником их возникновения является основное преимущество роботов – универсальность. Роботы, как правило, не создают для выполнения конкретной технологической операции. Даже в тех случаях, когда вид операции заранее известен, необходимо выбирать траекторию движения, возможные ориентации рабочего инструмента, законы движения во времени, включая зон изменения скоростей и ускорений. В ряде случаев предъявляют требования к закону изменения сил.
Следует иметь в виду, что возможности робота ограничены, он функционирует только в определенном объеме рабочего пространства. Его скорости и ускорения обусловлены соответствующими характеристиками приводов сочленений. Силы и моменты, развиваемые рабочим инструментом, зависят от мощности приводов. Кроме того, все характеристики неравномерно распределены в рабочем пространстве робота. Максимальные значения скоростей и ускорений различны в различных точках, также очевидно, что вытянутая «рука» робота удержит меньшую нагрузку, чем согнутая.
Возникает ряд задач, в числе которых: планирование положений, планирование движений, планирование усилий, анализ динамической точности, идентификация кинематических и динамических характеристик робота.
При использовании выбранного робота решение задач сводится к выбору положения и ориентации робота в рабочем пространстве, возможно и к оснащению его дополнительными степенями подвижности. Необходимо решение прямой и обратной задач кинематики. Понятия «прямая» и «обратная» задачи кинематики возникли в робототехнике в связи с решением задачи планирования движений. Решая прямую задачу кинематики, можно определить положение и ориентацию рабочего инструмента, закрепленного на конце манипулятора, в рабочем пространстве по заданным углам поворота (перемещениям) в степенях подвижности манипуляционного механизма, а при решении обратной – найти эти углы и перемещения, если требуемые положения и ориентация схвата заданы.
Предметом кинематики манипулятора является аналитическое описание геометрии движения манипулятора относительно некоторой заданной абсолютной системы координат без учета сил и моментов, порождающих это движение. Таким образом, задачей кинематики является аналитическое описание пространственного расположения манипулятора в зависимости от времени, и, в частности, установление связи между значениями присоединенных координат манипулятора и положением и ориентацией его схвата в декартовом пространстве.
Предметом динамики манипулятора является математическое описание действующих на манипулятор сил и моментов в виде уравнений динамики движения. Такие уравнения необходимы для моделирования движения манипулятора с помощью ЭВМ, при выборе законов управления и оценке качества кинематической схемы и конструкции манипулятора.
Применение датчиков внешней обстановки позволяет осуществлять гибкое взаимодействие с внешней средой. Такой способ функционирования существенно отличается от программного, при котором робот выполняет последовательность повторяющихся заранее заданных операций. Хотя до сих пор именно программный способ функционирования является основным для промышленных роботов, развитие технологии очувствления, позволяющей наделить машину элементами интеллекта, является важным направлением в области робототехники.
Система управления манипулятором, как правило, имеет несколько уровней, каждый из которых обслуживается собственной микропроцессорной системой.
В системах управления в реальном времени траекторию задают в процессе выполнения операции. Если это делает человек-оператор, то такую систему называют полуавтоматической, человек залает только движение схвата, не заботясь о движении каждого из приводов манипулятора. Полуавтоматические системы широко применяют при управлении роботами в экстремальных условиях, когда человек находится на расстоянии и задает сигналы управления либо наблюдая процесс непосредственно либо с помощью монитора.
Во многих случаях движение робота нельзя полностью запрограммировать заранее.
Для коррекции траектории движения робота или для ее вычисления используют систему технического зрения, таким образом, возникает внешний по отношению к манипулятору контур управления, он обеспечивает приспособление робота к изменяющимся условиям работы. Такую систему управления можно отнести к уровню адаптивного управления.
Решение задач анализа сцены и формирования модели внешнего мира выводит на еще более высокий уровень систем управления манипуляционными роботами: уровень интеллектуальных систем реального времени, на котором предполагается решение в реальном масштабе времени задач, относящихся к задачам искусственного интеллекта. Трудно провести четкую грань между адаптивными и интеллектуальными робототехническими системами.
В системе управления манипулятором могут быть реализованы специальные алгоритмы управления, целесообразность которых определяется назначением системы. Так получили развитие самонастраивающиеся системы управления, позволяющие обеспечить заданное качество процессов управления независимо от переменной нагрузки манипулятора, что особенно важно для большей грузоподъемности манипуляторов, при движении которых сказывается взаимное динамическое влияние звеньев.
Динамику движения манипулятора учитывают и в ряде других подходов к управлению манипуляторами, в том числе основанных на решении обратной задачи кинематики, то есть на вычислении сил и моментов, необходимых для выполнения заданного движения с нужными характеристиками. Иногда все подобные подходы объединяют понятием «динамическое управление».
На всех без исключения уровнях управления происходит взаимодействие робота с человеком-оператором. Манипуляционные системы можно разбить на две большие группы. К первой относятся системы, которые после обучения определенное время работают автономно, то есть без участия оператора. Это автономные робототехнические системы. На исполнительном уровне оператор выполняет функции предварительного обучения робота движению либо функции управления схватом в реальном времени. На уровне адаптивной системы управления работа оператора заканчивается до начала функционирования системы. Оператор должен предусмотреть возможные варианты изменения условий работы, установить соответствующие датчики и составить алгоритмы адаптации, которые позволяют работать системе автоматически в рамках принятых допущений. В процессе выполнения технологических операций оператор ограничивается лишь заданием целей операции класса объектов манипулирования и контролем за работой системы. Во вторую группу входят системы, в которых допускается непосредственное участие человека в управлении роботом. Как правило, такие системы могут работать и автономно, однако управление может быть передано оператору в тех случаях, когда не определены условия работы, необходима текущая коррекция движений, сопровождаемая анализом ситуации, и когда требуется профессиональный и жизненный опыт человека. Это эргатические (человеко-машинные) манипуляционные системы. К их числу относятся и системы дистанционного управления для выполнения работ в экстремальных условиях, в том числе в условиях повышенной радиации, открытом космосе, под водой. Подобные системы используют не только в силу сложности ситуации, но и по экономическим соображениям, поскольку применение интеллектуальных систем для автоматизации технологических процессов часто является слишком дорогостоящим. Дистанционно управляемые оператором системы применяют в горнодобывающей промышленности, при выполнении строительных и отделочных работ, в лесодобывающей промышленности. Для эргатических систем, управляемых оператором в рабочем режиме, предусматриваются специальные устройства и подсистемы, облегчающие взаимодействие с оператором: эргономичные рукоятки управления, пульты управления и др. В эргатических системах информация с соответствующих датчиков поступает не только в устройство управления, но и на пульт оператора, который имеет возможность наблюдать происходящее на рабочей сцене на экране монитора или графического дисплея.
Поскольку возможности зрительного канала у человека ограничены, в полуавтоматических и копирующих системах предусматриваются и возможности силомоментного очувствления. Для этого в шарнирах управляющего устройства (копирующего типа или многостепенной рукоятки) устанавливают микродвигатели, развивающие силы и моменты, воспринимаемые рукой человека. Формируя их в зависимости от сил и моментов, реально действующих на манипулятор в рабочей зоне, можно создать эффект присутствия у оператора и существенно повысить эффективность его работы. Полуавтоматические и копирующие системы с отображением оператору в сенсорной форме информации о силах и моментах называют системами двустороннего действия.
Значительно расширяются возможности оператора при работе с интеллектуальными робототехническими системами. Оператор может принять непосредственное участие в управлении роботом. Он может задавать текущие цели, воспринимать сообщения адаптивной системы управления манипулятором и корректировать в зависимости от них собственные действия для достижения конечной цели управления. В свою очередь, интеллектуальная система анализирует действия оператора и предотвращает ошибки, обусловленные «человеческим фактором». Это интерактивная робототехническая система.
Эффективность интеллектуальных систем существенно зависит от аппаратных и программных средств, используемых для организации взаимодействия человека и робота, которые образуют человеко-машинный интерфейс робототехнической системы.
Для управления манипулятором необходимо уметь находить скорости и ускорения звеньев, иначе кинематическая модель манипулятора будет неполной.
При планировании движений манипулятора необходимо иметь информацию о том, какие линейные и угловые скорости объекта манипулирования могут быть развиты в процессе движения в каждой точке рабочего пространства. Эти скорости зависят от кинематической схемы механизма, а также от ограничений, обусловленных возможностями приводов степеней подвижности манипулятора.
Еще большие трудности сопряжены с определением допустимых ускорений движения объекта.
Система управления робота является многоуровневой, иерархически организованной системой, при этом кинематический уровень – важная составляющая, обеспечивающая построение программных движений приводов сочленений манипулятора. Кинематическим управлением называют управление манипулятором, описываемое кинематической моделью. Как правило, полагают, что система приводов идеальна в том смысле, что она совершенно точно воспроизводит программное движение. Конечно, это предположение нельзя считать вполне корректным: всегда существует различие между задаваемым программным движением и действительным движением степеней подвижности механизма, вызываемое неидеальной работой приводов в сочленениях. Для того, чтобы это различие не было излишне большим, при построении кинематического управления необходимо учитывать и динамические свойства механизма. Это обстоятельство отражает тот факт, что разбиение на уровни представляет собой лишь удобный методический прием для работы со сложной системой, каковой является робот.
Кинематическое управление можно реализовать за два этапа. Первый состоит в планировании траектории, то есть в предварительном определении программного движения степеней подвижности на некотором временном отрезке. Второй непосредственно заключается в отработке полученной программной траектории приводами подвижных сочленений. Такая многоэтапность присуща, в основном, системам позиционного управления, то есть таким системам, где движение состоит в перечислении точек позиционирования, через которые должны пройти либо сочленения манипулятора (если точки заданы в пространстве обобщенных координат) либо его схват (если точки заданы в декартовом пространстве). Существуют, однако, методы, не связанные с предварительным планированием траектории. Эти методы используют преимущество в системах контурного управления.
Под планированием движения понимают процедуру получения основных характеристик траекторий, последовательное движение вдоль которых обеспечивает выполнение роботом сформулированного задания. Таким образом, если кинематическое управление представляет собой тактический уровень системы управления робота, то планирование движения относится к стратегическому уровню.
Существуют различные методы планирования траекторий (переход из точки в точку, обход совокупности точек и другие), которые позволяют строить эффективные алгоритмы, однако они обладают недостатком: их нельзя непосредственно использовать в приложениях, где задание манипуляционному роботу формулируется в терминах его рабочего пространства или в терминах координат схвата. Методы управления манипулятором в пространстве координат схвата: управление по положению, формирование программной траектории, линеаризованный позиционный алгоритм управления, управление по вектору скорости и по вектору ускорения, управление по вектору силы. Фактическое движение манипулятора как системы взаимосвязанных твердых тел, конечно, будет отличаться от кинематической модели. Иногда это отличие несущественно, и кинематические способы управления вполне эффективны. В других случаях, наоборот, влияние динамических факторов обусловливает применение специальных способов управления.
Таким образом, возникают следующие проблемы. В первую очередь, математическое составление уравнений движений манипулятора как системы материальных тел. Затем их анализ с учетом динамики привода и определение эффективности кинематических факторов. И, наконец, возможность применения специальных способов управления, учитывающих эти факторы, которые называют динамическими способами управления.[2], [3]
На данный момент существуют множество различных манипуляторов.
Например, промышленные манипуляторы Т3 и Пума, изображенные на рисунке А.1.
Рисунок А.1 – Промышленные манипуляторы Т3 и Пума
Для решения поставленной в техническом задании задачи подходит манипулятор Orion 7Р производства Schilling Robotics (рис. А.2), в работе использованы его кинематическая схема и корпус. [14]
Рисунок А.2 – Манипулятор Orion 7Р
Манипуляторы производства Schilling Robotics могут иметь от 4 до 7 степеней свободы. Манипуляторы Schilling универсальны и могут быть установлены как слева, так и справа. Как правило, используют систему с 2 исполнительными органами, один из которых имеет небольшое число степеней свободы и предназначен в первую очередь для удержания аппарата у объекта, а второй имеет большую подвижность. При помощи него производятся манипуляции с объектом. При необходимости, можно построить систему с 2 исполнительными органами с большим числом степеней свободы. Манипуляторы могут иметь как дискретное, так и пропорциональное управление с обратной связью. Манипуляторы с дискретным управлением проще и не требуют электрического подключения, управляются блоком электромагнитных гидравлических клапанов. Манипуляторы с пропорциональным управлением предоставляют оператору больше возможностей, с их помощью возможно проведение прецизионных операций. Управление такими манипуляторами реализовано при помощи устройства ввода, имеющего аналогичную с манипулятором кинематическую схему. Для управления такими манипуляторами необходима электронная система управления с отдельным блоком гидравлических клапанов.
Семейство манипуляторов Orion ориентировано на применение в случаях, когда рабочий орган должен быть не только крайне подвижен, но и занимать минимальное пространство в сложенном состоянии. Выпускаются модели с пропорциональным (Orion 7P и Orion 7PE) и дискретным (Orion 7R и Orion 7RE) управлением. Символ “E” в конце наименования обозначает удлиненную версию рабочего органа (зона доступа увеличивается на 318 мм по сравнению со стандартным вариантом). Возможно производство обеих моделей с рабочей глубиной до 7000 м. При использовании пары рабочих органов в исполнении с пропорциональным управлением, возможно производство единого пульта управления с двумя устройствами ввода (репликаторами).
Манипулятор можно рассматривать как систему управления, образованную приводами, работающими на общую механическую нагрузку, - манипуляционный механизм. Входом этой системы является многокомпонентный сигнал, поступающий с устройства управления роботом, а выходом – требуемое перемещение манипулятора и, соответственно, схвата с нагрузкой или рабочим инструментом. Такую систему называют исполнительной системой робота манипулятора.
Способ задания управляющих сигналов на исполнительную систему определяет тип системы управления роботом. В наиболее простом случае программа движения для каждого привода формируется в процессе его обучения и затем повторяется нужное число раз. В этом случае говорят о жесткопрограммируемых роботах. Для простых роботов обычно используют приводы без обратной связи, выполненные с помощью пневмо- или гидроцилиндров, а также шаговых электродвигателей. Здесь перемещение в каждом соединении манипулятора может быть задано с помощью программатора. Комбинируя команды программатора, можно приближенно задать сложную траекторию движения как совокупность точек, через которые должен пройти схват манипулятора. Такое управление называют позиционным управлением. Возможен более простой путь, когда движение манипулятора по каждой степени подвижности регулируется электрическими ими механическими ограничителями, - цикловое управление. Для высокочастотных манипуляторов, в которых используют приводы с обратной связью, применяют более совершенные методы управления, предполагающие аппроксимацию траектории движения схвата – инструмента в виде непрерывной пространственной кривой с последующим ее отслеживанием, - контурное управление. Такие способы основаны на использовании микропроцессорных управляющих устройств. В последнем случае устройство управления должно включать в себя блок выпрямителей и силовых усилителей, обеспечивающих работу привода, а также микропроцессорные контроллеры приводов манипулятора.
А.2 Motion Capture
Существуют различные способы управления манипуляторами, все зависит от конструкции, назначения и области применения механизма. Часто на заводах по производству каких-либо сложных изделий, например, автомобилей, стоят машины, которые выполняют ряд повторяющихся действий, при этом их необязательно постоянно контролировать, нужно лишь иногда проверять на сбои и повреждения, для таких случаев используют программу, определенный алгоритм, набор команд, которые машина может выполнять без участия человека.
Программное управление — самый простой тип системы управления, используется для управления манипуляторами на промышленных объектах. В таких роботах отсутствует сенсорная часть, все действия жёстко фиксированы и регулярно повторяются. Для программирования таких роботов могут применяться среды программирования типа VxWorks/Eclipse или языки программирования, например Forth, Оберон, Компонентный Паскаль, Си. В качестве аппаратного обеспечения обычно используются промышленные компьютеры в мобильном исполнении PC/104 реже MicroPC. Может происходить с помощью ПК или программируемого логического контроллера.
Адаптивное управление — роботы с адаптивной системой управления оснащены сенсорной частью. Сигналы, передаваемые датчиками, анализируются и, в зависимости от результатов, принимается решение о дальнейших действиях, переходе к следующей стадии действий и т. д.
Бывают промышленные манипуляторы, которые помогают человеку справится с тем, что ему не под силу: переместить большие и тяжелые предметы, осуществить сварку, крепление и прочее. В таких случаях без контроля оператора не обойтись. И тогда применяют различные консоли (рисунок А.3).
Рисунок А.3 – Управление промышленным манипулятором с помощью консоли
Но манипуляторы бывают и совершенно другие. Это могут быть роботизированные руки, в частности, кисти (рисунок А.3). Они используются в научных целях, в качестве помощников в медицине. Аналогичные механизмы могут заменять живому человеку ампутированную руку, функционировать, как настоящая, позволяя почувствовать себя максимально комфортно. Это очень развивающаяся область науки, ученые проводят много опытов и экспериментов для того, чтобы создать робота, которого невозможно было бы отличить от человека или другого живого существа.
Рисунок А.4 – Роботизированная рука
Для управления такими манипуляторами тоже есть разные способы. Например, недавно японцы представили новый легкий и дешевый манипулятор в виде человеческой кисти Handroid (рисунок А.5).
Рисунок А.5 – Handroid
Манипулятор представляет собой роботизированную кисть с пятью пальцами, которая полностью повторяет строение обычной человеческой кисти. Handroid управляется дистанционно с помощью специальной перчатки. Контроллер в виде перчатки, одетой на руку оператора, позволяет точно передавать движения человеческой кисти манипулятору. Пальцы Handroid такие же подвижные, как и человеческие, и способны захватывать и удерживать как тяжелые предметы, так и довольно хрупкие.
Дистанционно-управляемая кисть призвана обезопасить человека при выполнении опасных работ, например, в опасной для человеческой жизни среде, при проведении опасных экспериментов или работ в условиях высокой радиации. [16]
Но кроме всего вышесказанного существует и еще один метод, с помощью которого возможно управление роботом или манипулятором. Эта технология называется Motion Capture (Захват Движения).
На рисунке А.6 показаны примеры использования технологии захвата движения.
Рисунок А.6 – Применение технологии Motion Capture
Технология Motion Capture позволяет осуществлять интерактивное управление манипулятором на расстоянии, благодаря чему можно вывести оператора из опасной зоны, если робот работает в условиях, в которых человек не может находиться. Это могу быть различные ситуации и обстоятельства, работа с взрывоопасными веществами и объектами, труднодоступные рабочие области и многое другое.
Использование именно этого метода позволяет освободить оператора от использования неудобного оборудования, как, например, перчатка, от проводов (они могут быть присоединены к джойстику или консоли), которые могут мешать при работе и привести к серьезным ошибкам и неприятным последствиям.
Также этот метод не является дорогостоящим в данном случае, так как необходим контроль только руки и кисти оператора.
Методика захвата движения используется для разработки системы управления манипулятором, требования к которому описаны в техническом задании.
Существующие методы управления манипуляторами имеют свои достоинства и недостатки. Например, программное управление задает роботу определенный алгоритм, благодаря чему будут исключены какие-то отклонения в действиях машины, она будет четко повторять все команды. Но бывают ситуации, когда по ходу выполнения работы необходимо менять траектории движения схвата, выполнять задачи различного характера, тогда уже программа не подходит, потому что невозможно предусмотреть все ситуации и описать их, это трудоемко и при таком подходе велика ошибка. Бывают роботы, снабженные искусственным интеллектом, которые могут принимать какие-либо решения самостоятельно, но пока еще такие технологии далеки от совершенства. Самый удобный метод, применяемый для интерактивного управления манипулятором – управление с помощью консоли, пульта или аналогичного устройства. Оператор либо сам следит за выполнением работы, находясь в непосредственной близости к манипулятору, либо на расстоянии, тогда робот должен быть оснащен элементами искусственного зрения, камерами, датчиками и сенсорами, чтобы передавать всю информацию об обстановке человеку. Но такой способ требует обучения оператора, необходимо подстраиваться под каждую машину и приноравливаться к использованию того или иного пульта, запоминать кнопки, обозначения и движения. Предлагаемый в данной работе способ управления имеет свои преимущества перед всеми и, в частности, последним. Он позволит не только «вынести» оператора из зоны действия манипулятора, но и освободить руки, позволить быстро и удобно передавать команды устройству, не тратя время на обучение и привыкание к определенным условиям, оно для человека интуитивно. Более того, управление с помощью технологии Motion Capture экономически выгодно и может быть использовано практически для любого манипулятора.
Исследование закономерностей и анимации движения людей и роботов является актуальной задачей. Решение этой проблемы в форме инновационных информационных технологий может существенно повлиять на такие сферы человеческой деятельности, как медицина, робототехника, компьютерная графика и системы виртуальной реальности.
Основная задача системы захвата движения – получение, перенос в компьютер (оцифровка) и обработка цифровых данных о движении анализируемого объекта.
Система функционирует следующим образом: объект наблюдается в динамике несколькими видеокамерами, потом данные от камер поступают в обрабатывающий комплекс, где происходит их системный анализ, после чего полученные содержательные данные о движении передаются в систему навигации и управления движением и имитируются.

Приложение Б – Листинг модели

1
а) б)
а) б)
а) б)