Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Югорский государственный университет»
Институт систем управления и информационных технологий
Кафедра автоматизированных систем обработки информации и управления
Допущен к защите
Заведующий кафедрой
Тей Д.О., к.т.н.
___________________
(подпись)
Выпускная квалификационная работа
на тему «Соревновательный робот»
Студент-дипломник группы 1111Б
Лупу Александр Юрьевич ________
(подпись)
Руководитель от ЮГУ:
к.т.н., Тей Д.О. ________
(подпись)
Нормоконтролер:
к.т.н., Годовников Е.А. ________
(подпись)
Рецензент:
к.ф.–м.н., Бурлуцкий В.В. ________
(подпись)
Ханты-Мансийск 2015
Аннотация
Тема выпускной квалификационной работы: «Соревновательный робот».
Цель: конструирование робота, соответствующего требованиям соревнований VEX Skyrise.
Пояснительная записка к выпускной квалификационной работе состоит из 5-и глав и 10-и подглав.
В первой главе «Введение» рассматривается актуальность дипломного проекта.
Во второй главе «Постановка задачи» приведено описание предметной области, а также формулирование задачи дипломного проекта.
Во третьей главе «Метод решения задачи» описаны пути решения задач.
В четвертой главе «Описание реализации» приведено описание конструкторской и программной части проекта.
В пятой главе «Апробация» приведены результаты тестирования и опытной эксплуатации.
Пояснительная записка изложена на 44 страницах, включает 20 рисунков и 7 приложений. Список литературных источников содержит 7 наименований.
Содержание
Введение. 6
1. Постановка задачи. 9
1.1 Описание предметной области. 9
1.1.1 Соревнования VEX Skyrise. 9
1.1.2 Требования к роботам. 10
1.1.3 Металлический конструктор VEX. 10
1.2 Формулирование задачи. 12
1.2.1 Цель проекта. 12
1.2.2 Задачи проекта. 12
2. Метод решения задачи. 13
2.1 Формализация задачи. 13
2.2 Пути решения задачи. 14
3. Описание реализации. 15
3.1 Комплект для управления и программирования робота. 15
3.2 Комплект на базе привода и системы управления. 17
3.3 Конструирование робота. 19
3.4 Программирование робота. 21
3.4.1 Описание программной среды. 21
3.4.2 Режим ручного управления. 22
3.4.3 Автономный режим работы робота. 23
4. Апробация. 25
4.1 Тестирование. 25
4.2 Описание результатов опытной эксплуатации. 27
Заключение 28
Список использованных источников 29
Приложение А. 30
Приложение Б. 31
Приложение В. 35
Приложение Г. 37
Приложение Д. 42
Приложение Е. 45
Приложение Ж. 50
Приложение З. 51
Приложение И. 52
VRC–VexRoboticsCompetition.
PIC – Peripheral Interface Controller.
ARM – Advanced RISC Machine
ШИМ – Широтно-импульсная модуляция
Введение.
Сегодня мир нуждается в студентах, которые в будущем станут учеными, проектировщиками и специалисты по решению различных задач. Следующие одно за другим открытия в области химии, медицины, различных материалов, физики ставят новые задачи и открывают новые обширные возможности реализации различных задач с применением технологий. Эти задачи носят практических характер, их решение может помочь спасти мир, и специалисты, применяющие технологии в решении поставленных задач, станут теми людьми, которые сделают эту возможность реальностью.
Здесь раскрывается другая крупная проблема, с которой мы сталкиваемся сегодня: процент выпускников средних школ, выбирающих при поступлении в высшие учебные заведения технические дисциплины в качестве специализации, катастрофически мал. Что отражается не столько в недостатке притока студентов в технические профильные учебные заведения и университеты, сколько в недостатке заинтересованных и подготовленных абитуриентов. Иными словами, мы рискуем столкнуться с проблемой нехватки молодых людей следующего поколения, способных решать задачи будущего, если не уделим надлежащего внимания проблеме сегодня. Кто будет заниматься устранением последствий следующего мирового кризиса?
В процессе работы над этой проблемой, организации создают программы, призванные заинтересовать молодых людей и вовлечь их в изучение науки и технологии. Робототехника при этом была признана весьма мощной платформой для привлечения и удержания внимания сегодняшней многозадачной и окруженной техникой молодежи. Робототехника является сильным доводом в общении с интенсивно развивающимся современным поколением, и представляет собой идеальное сочетание практической физики, математики, компьютерного программирования, технологии цифровых прототипов, интегрированных процессов решения задач, командной работы и интеллектуального лидерства. Количество заинтересованных студентов, ранее не раскрывавших способностей к изучению курса STEM (Наука, технология, проектирование и математика), постоянно растет, благодаря стараниям школ, международных добровольческих и правительственных организаций.
Робототехнические соревнования VEX Robotics Competition, которые проводятся фондом по образованию и соревновательной робототехнике Robotics, представляют собой программу, вдохновляющую тысячи студентов по всему миру к получению образования по смежным со STEM дисциплинам и дальнейшему профильному карьерному развитию. Наряду с многочисленными квалификационными робототехническими соревнованиями по всему миру, пользовательское сообщество VEX Robotics потонуло в заявках на создание новых состязаний, более простых и экономичных во внедрении и проведении.
Система проектирования VEX Robotics Design System помогает реализовать идейный заряд, полученный в ходе соревнований, в новом ключе. Система проектирования используется как платформа в классной робототехнике и предназначена для способствования динамичному креативному развитию в области робототехники и дисциплин STEM. VEX предлагает преподавателям и студентам доступную, продуманную и современную робототехническую систему, пригодную для использования в классной комнате и на игровом поле. Инновационная концепция VEX, предусматривающая применение стандартных заготовок для сборки конструкций, которые могут быть обрезаны и перегруппированы по желанию дизайнера, механических частей наряду с внушительным набором программируемых пользовательских процессоров для осуществления управления, раскрывает бесконечные возможности для проектирования.
Принимая участие в сезонных игровых мероприятиях по соревновательной робототехнике VRC «Скайрайз», решая поставленные задачи и преодолевая возникающие на их пути препятствия, команды приобретают множество новых навыков. Решение некоторых задач требует индивидуального подхода, тогда как другие задачи могут быть решены только путем тесного взаимодействия студентов-членов команд и их руководителей. Команды будут работать сообща для создания робота VEX, который примет участие в одном из множества турниров, где они отпразднуют свои награды с членами других команд, друзьями и членами семей. На момент окончания игрового сезона студенты не только завоюют награды за создание собственных соревновательных роботов, но и приобретут представление о науке и технологии, а также пути их применения в реальном мире. В дополнение, они разовьют в себе жизненно важные навыки, такие как планирование, умение решать задачи сообща, работать в команде и управлять самой работой команды, а также проведения разработок и технические навыки.[1]