Аннотация
Введение 5
1 Обзор технологий, средств и платформ создание роботов манипуляторов .. 8
1.1 Основные понятия и определения 8
1.2 Обзор моделей роботов-манипуляторов 11
1.3 Обзор систем, платформ управления и разработки роботов-
манипуляторов 15
1.3.1 Виды систем управления 15
1.3.2 Виды плат и платформ 17
1.3.3 Программы для создания и разработки моделей 20
2 Разработка интерактивного манипулятора «Рука» 22
2.1 Характеристики манипулятора 22
2.2 Структура и назначение модулей манипулятора 22
2.3 Обоснование выбора технологии проектирования для всех элементов
проекта 24
2.4 Характеристики оборудования для реализации интерактивного
манипулятора 26
2.5 Общий алгоритм реализации робота манипулятора «Рука» 34
2.6 Описание этапов создания руки манипулятора 36
2.6.1 Этап эскизного проектирования 36
2.6.2 Разработка 3D модели 37
2.6.3 Этап разработки элементов дизайна проекта 38
2.6.4 Этап подготовки и печати моделей на 3D принтере 42
2.6.5 Сборка действующего прототипа (пальца) 45
2.6.6 Обработка деталей 46
2.6.7 Сборка руки манипулятора 47
2.6.8 Создание модуля голосового управления 48
2.6.9 Создание управляющей программы для микроконтроллера
Arduino Nano v 3.0 49
2.6.10 Программирование и наладка 50
2.7 Калькуляция проекта 51
Заключение 52
Список использованных источников 54
Приложение 58
На протяжении многих веков люди создают механизмы и машины, умеющие упростить нашу жизнь, и современный человек едва ли сможет показать собственную жизнь без них. Каждый день появляются новые устройства и улучшаются имеющиеся. Подобных устройств уже огромное число, однако, бесспорно, наиболее значительным достижением человеческой идеи считаются роботы.
Робот (чеш. robot, от robota — подневольный труд, rob — раб), машина с антропоморфным (человекоподобным) действием, осуществляет функции человека (иногда животного) при взаимодействии с окружающим миром.
С формированием робототехники определились 3 типа роботов: с жёсткой программой действий; манипуляторы, управляемые человеком — оператором; с искусственным разумом (в некоторых случаях именуемые интегральными), функционирующие целенаправленно («разумно») без вмешательства человека. Большая часть нынешних роботов (абсолютно всех трёх видов) — роботы манипуляторы.
Промышленный Робот манипулятор содержит «механическую руку» (одну или несколько) и вынесенный пульт управления либо встроенное устройство программного управления, реже электронно-вычислительная машина (ЭВМ).
Манипулятор — комплекс пространственного рычажного механизма и концепции приводов, исполняющая под управлением программируемого автоматического устройства либо человека — оператора воздействия (манипуляции), подобные операциям руки человека. Промышленные роботы предусмотрены с целью замены человека. При этом решается важная общественная цель — избавление человека от работ, сопряженных с опасностями для здоровья или с тяжелым физическим трудом, а кроме того от простых монотонных действий, никак не спрашивающих значительной квалификации. Эластичные автоматизированные производства, формируемые на базе промышленных роботов, дают возможность решать задачи автоматизации на предприятиях с обширной номенклатурой продукции при мелкосерийном и штучном производстве. Компьютерное моделирование робототехнических концепций обладает колоссальной ролью в сферах науки и техники. Большое число трудоёмкой физической работы человека на сегодняшний день заменено роботами, а компьютерные приборы, системы компьютерной математики существенно облегчили массивные расчеты и преображения, сведя их к минимуму. Компьютерные модели применяются с целью извлечения новых познаний о моделируемом объекте или для приближенной оценки поведения математических систем, очень сложных для аналитического исследования. Компьютерное моделирование считается одним из из-за, финансовых или физических препятствий, или могут предоставить непредвиденный итог.
Актуальность выбора основания и использования интерактивного манипулятора определена последующим: использование информационнокоммуникативных технологий в учебной деятельности; увеличение эффективности и результативности учебного процесса, потребностью развития новейшего вида учащегося — грамотного пользователя информационных образовательных услуг.
Объект выпускной квалификационной работы — процесс создания интерактивных манипуляторов.
Предмет выпускной квалификационной работы — технологии создания интерактивных манипуляторов.
Цель выпускной квалификационной работы — создать интерактивный манипулятор «Рука» с голосовым управлением.....
В ходе проведенной работы использовалось программное обеспечение; Arduino IDE SolidWorks, Repetier Host, Simplify3d. С помощью программы SolidWorks был разработана и построена 3D модель манипулятора с учетом всех длин и размеров деталей размеров реальной руки. Для определения её конструктивных ограничений, а именно диапазонов углов поворотов звеньев. Эти углы определили форму рабочей зоны, выполняемых команд. Была разработана система управления манипулятором на основе платы Arduino Nano и Android-приложение, для распознавания голосовых команд и отправки команд через Bluetooth модуль с Android устройства. Компьютерная программа позволяет управлять манипулятором в различных режимах как вручную — управление каждым звеном манипулятора. По отдельности или передвижением по углам, так и управление в автоматическом режиме, когда программируются различные позиции руки, по которым должен выполнить манипулятор программу. Проверка работоспособности манипулятора показала, что робот отрабатывает точно все движения который ему задаются в программе. При этом были заметны некоторые небольшие рывки при движении конструкции манипулятора это происходит из-за особенности сервоприводов. Также были получены новые навыки и знания построение 3D модели деталей работы, с 3D принтером разработки и тестирования в SolidWorks, сборки манипулятора, разработки системы управления и программирования. Разработанный в данной работе манипулятор можно эффективно использоваться в качестве развивающие игрушки для детей, для получения навыков взаимодействия и программирования робототехнических изделий
Манипулятором можно управлять с помощью голоса пульта управления на базе сотовые телефона на ОС Android входящего в состав разработки. Рукой можно также управлять либо через PC, либо используя модуль голосового управления. Набор интерфейса персонального компьютера (ПК) позволяет управлять и программировать действия робота через компьютер. Устройство голосового управления позволит вам управлять рукой с помощью голосовых команд.
Все эти модули вместе образуют функциональное устройство, которое позволит вам проводить эксперименты и программировать автоматизированные последовательности действий или даже «оживлять» управляемую полностью по проводам или через приложение на телефоне рукой — манипулятор.
Интерфейс РМ позволит вам с помощью персонального компьютера запрограммировать руку-манипулятор на цепь автоматизированных действий или «оживить» ее. Существует также опция, в которой вы можете управлять рукой в интерактивном режиме, используя либо ручной контроллер. «Оживление» руки представляет собой «развлекательную» часть цепочки запрограммированных автоматизированных действий. Например, если вы наденете на руку — манипулятор детскую перчаточную куклу и запрограммируете устройство на показ небольшого шоу, то вы запрограммируете «оживление» электронной куклы. Программирование автоматизированных действий находит широкое применение в промышленности и индустрии развлечений.
1. Азимов Э. Г. Новый словарь методических терминов и понятий (теория и практика обучения языкам) [Текст] / Э. Г. Азимов, А. Н. Щукин. — Москва: ИКАР, 2009 — 448 с.
2. Алямовский А. А. SolidWorks 2007/2007. Компьютерное моделирование в инженерной практике [Текс] / А. А. Алямовский. — Москва, 2008. — 192 с.
3. Большаков В. SD-моделирование в AutoCAD, КОМПАС — 3D, SolidWorks, Inventor, T-Fleх/B [Текст] / В. Большаков, А. Л. Бочков,
А. Сергеев. — Москва: Книга по Требованию, 2010. — 336 с.
4. Кузнецов С. А. Большой современный толковый словарь русского языка [Текст] / С. А. Кузнецов. — Санкт-Петербург: Норинт, 2012. — 195с.
5. Варков А. А. Разработка и исследование системы управления манипуляционным промышленным роботом на базе контроллера [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://lib.eltech.ru (дата обращения: 20.12.2017).
6. Встовский Н. Ю. Разработка учебного робота-манипулятора, аппаратная часть [Электронный ресурс] / Н. Ю. Встовский, Е. А. Шеленок, Г. В. Шеразадишвили. — Режим доступа: http://pnu.edu.ru (дата обращения: 15.09.2017).
7. Журбенко П. А. SolidWorks 2016. Трехмерное моделирование деталей и выполнение электронных чертежей [Текст]: учебник / П. А. Журбенко, Н. Ф. Гузненков, Т Бондарева. — под ред. Егорова Е. О. — Москва: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2017. — 128 с.
8. Ефремова Т. Ф. Новый толково-словообразовательный словарь русского языка [Текст] / Т. Ф. Ефремова. — Санкт-Петербург: Астрель, 2000. — 1222 с.
9. Зенкевич С. Л. Основы управления манипуляционными роботами [Текст] / С. Л. Зенкевич, А. С. Ющенко. — Москва: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2004. — 480 с.
10. Зиновьев Д. Основы моделирования в SolidWorks [Текст] / Д. Зиновьев. — Москва: ДМК-Пресс, 2007. — 240 с.
11. Иванов В. Программирование микроконтроллеров для начинающих. Визуальное проектирование, язык C, ассемблер (+ CD) [Текст] /
B. Иванов. — Москва: Корона-Век; ДМК-Пресс, 2010. — 176 с.
12. Канаев Е. М. Конструкции промышленных роботов [Текст]: учебное пособие / Е. М. Канаев, Ю. Г. Козырев, Б. И. Черпаков, В. И. Царенко. — Москва: Высш. шк, 1987. — 95 с.
13. Комлев Н. Г. Словарь иностранных слов [Текст] / Н. Г. Комлев. — Москва: Эксмо, 2006. — 672 с.
14. Лабораторный практикум по изучению микроконтроллеров архитектуры ARM Cortex-M4 на базе отладочного модуля STM32F4 Discovery [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://www.compel.ru (дата обращения: 29.12.2017).
15. Лапина И. Большой энциклопедический словарь. [Текст] / И. Лапина, Е. Металина. — Санкт-Петербург: Астрель, 2003. — 1248 с.....33