Содержание

1 Введение 8

4 Описание манипулятора верхней конечности InMoove 13

4.1 Модель предплечья 13

4.2 Модель запястья 13

5.2.1 Пластик акрилонитрилбутадиенстирол (АБС) 15

5.2.2 Пластик полилактид (ПЛА) 16

6.2 Выбор конструкции 3D – принтера 21

8 Сервоприводы для реализации движения пальцев рук 26

8.1 Сервопривод RobotBase 26

8.2 Сервопривод  TowerPro SG-5010 27

9.2 Биометрическая антропоморфная рука 29

8.2 Лабораторная работа № 2 50

Знакомство с Arduino LEONARDO 50

8.3 Лабораторная работа №3 56

Подключение сервомоторов к плате Arduino Uno. Реализация движения посредствам сервомоторов. 56

6 Заключение 68

Список используемых источников 69

Приложение А 71

(Обязательное) 71

Описание составных частей манипулятора верхней конечности InMoove распечатанных на 3D принтере 71

Приложение Б 78

(справочное) 78

Схемы сборки руки InMoove 78

Приложение В 81

(обязательное) 81

Комплекс лабораторных работ 81

7.2 Загрузка примера “Blink” (мигание) в Arduino IDE 95

1 Введение

Робототехника является одним из важнейших направлений научно-технического прогресса, в котором проблемы механики соприкасаются с проблемами управления и искусственного интеллекта. Являясь интегральной дисциплиной робототехника требует от разработчиков знаний и умений в таких направлениях как: механика, электроника, программирование, менеджмент проектов.

Робот – устройство, управляемое с помощью электронной платы или компьютера, которое можно запрограммировать на выполнение определенных операций.

В большинстве случаев современные промышленные роботы – это «руки», манипуляторы, закрепленные на платформе и предназначенные для выполнения однообразной работы типа перемещения. К роботам также относятся устройства, работающие в тяжелых для человека средах и управляемые дистанционно, например роботы, которые выполняют работы на больших глубинах, в космосе, устройства для доставки снарядов, а также роботизированные игрушки.

Системы управления робототехнических устройств, строятся на том же базисе, что и все другие автоматические устройства.

Общепризнанным является деление методов управления на: программное управление, адаптивное управление, интеллектуальное управление, полуавтоматическое или телеуправления, – то есть с участием человека.

В современном мире, когда доминирующей течением является конвергенция технологий и наук, в управлении роботами интересных результатов достигают применением знаний человечества в области биологии: моделей поведения животных и анатомии человека.

Существует три класса устройств робототехники, это сборные устройства, манипуляторы и уже готовые работы.

Целью дипломной работы является разработка комплекса лабораторных работ по исследованию характеристик манипулятора, созданного на базе модели руки InMoove и платы Arduino.

Предметом исследования являются модели манипуляторов верхних конечностей.

Основные задачи, которые необходимо было решить:

1 анализ литературы по теме исследования;

2 сравнение манипуляторов верхних конечностей;

3 изучение основных характеристик манипулятора верхней конечности на базе InMooveиArduino;

4 разработать комплекс лабораторных работ по исследованию характеристик манипуляторов.

2 Структура, содержание и оформление лабораторных работ

Образовательная программа ТУСУР [2] основана на сочетании теоретического обучения с производственной и научно-исследовательской практикой и взаимосвязи учебного процесса с научной работой через тематику лабораторных работ в том числе. Лабораторные практикумы позволяют учащимся приобрести навыки научно-исследовательской работы, обработки и оформления результатов эксперимента, представления результатов работы в форме научного доклада и отчета.

Методика учебного экспериментального исследования представляет собой миниатюрную модель обычного цикла научной работы, хотя в ней отсутствует принципиальная новизна полученного результата. Учащийся при выполнении лабораторной работы в меньшей или большей степени должен освоить ряд элементов аналогичной научной работы.

2.1.Общие положения 

Лабораторная работа  представляет собой небольшой научный отчет, обобщающий проведенную студентом работу, которую представляют для защиты  для защиты преподавателю. К лабораторным работам предъявляется ряд требований, основным из которых является полное, исчерпывающее описание всей проделанной работы, позволяющее судить о полученных результатах, степени выполнения заданий и профессиональной подготовке студентов.

В отчет по лабораторной работе должны быть включены следующие пункты [3]:

  -       титульный лист;

-       цель работы;

-       краткие теоретические сведения;

-       описание экспериментальной установки и методики эксперимента;

-       экспериментальные результаты;

-       анализ результатов работы;

-       выводы.

 

3.2 Требования к содержанию отдельных частей отчета по лабораторной работе

 

Титульный лист является первой страницей любой научной работы и для конкретного вида работы заполняется по определенным правилам. Для лабораторной работы титульный лист оформляется следующим образом.

В верхнем поле листа указывают полное наименование учебного заведения и кафедры, на которой выполнялась данная работа.

В среднем поле указывается вид работы, в данном случае лабораторная работа с указанием курса, по которому она выполнена, и ниже ее название. Название лабораторной работы приводится без слова тема и в кавычки не заключается.

Далее ближе к правому краю титульного листа указывают фамилию, инициалы, курс и группу учащегося, выполнившего работу, а также фамилию, инициалы, ученую степень и должность преподавателя, принявшего работу.

В нижнем поле листа указывается место выполнения работы и год ее написания (без слова год).

Цель работы должна отражать тему лабораторной работы, а также конкретные задачи, поставленные студенту на период выполнения работы. По объему цель работы в зависимости от сложности и многозадачности работы составляет от нескольких строк до 0,5 страницы.

Краткие теоретические сведения. В этом разделе излагается краткое теоретическое описание изучаемого в работе явления или процесса, приводятся также необходимые расчетные формулы. Материал раздела не должен копировать содержание методического пособия или учебника по данной теме, а ограничивается изложением основных понятий и законов, расчетных формул, таблиц, требующихся для дальнейшей обработки полученных экспериментальных результатов. Объем литературного обзора не должен превышать 1/3 части всего отчета.

Описание экспериментальной установки и методики эксперимента. В данном разделе приводится схема экспериментальной установки с описанием ее работы и подробно излагается методика проведения эксперимента, процесс получения данных и способ их обработки. Если используются стандартные пакеты компьютерных программ для обработки экспериментальных результатов, то необходимо обосновать возможность и целесообразность их применения, а также подробности обработки данных с их помощью.

Экспериментальные результаты. В этом разделе приводятся непосредственно результаты, полученные в ходе проведения лабораторных работ: экспериментально или в результате компьютерного моделирования определенные значения величин, графики, таблицы, диаграммы.

Анализ результатов работы. Раздел отчета должен содержать подробный анализ полученных результатов, интерпретацию этих результатов на основе физических законов. Следует сравнить полученные результаты с известными литературными данными, обсудить их соответствие существующим теоретическим моделям. Если обнаружено несоответствие полученных результатов и теоретических расчетов или литературных данных, необходимо обсудить возможные причины этих несоответствий.

Выводы. В выводах кратко излагаются результаты работы: полученные экспериментально или теоретически значения физических величин, их зависимости от условий эксперимента или выбранной расчетной модели, указывается их соответствие или несоответствие физическим законам и теоретическим моделям, возможные причины несоответствия.

Отчет по лабораторной работе оформляется на бумаге стандартного формата А4 на одной стороне листа, которые сшиваются в скоросшивателе или переплетаются. Допускается оформление отчета по лабораторной работе только в электронном виде средствами Microsoft Office.