Аннотация 2
ВВЕДЕНИЕ 5
1 ОПИСАНИЕ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ И АНАЛИЗ ТРЕБОВАНИЙ 7
1.1 Постановка задачи 7
1.2 Требования к системе исследования вентиляционных веток 14
1.3 Обзор и анализ существующих решений 15
1.4 Требования программно-аппаратному комплексу робота 21
Выводы по первой главе 22
2 РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНО-АППАРАТНОГО КОМПЛЕКСА 24
2.1 Архитектура программно-аппаратного комплекса 24
2.2 Выбор компонентов программно-аппаратного комплекса 37
2.3 Алгоритм функционирования программно-аппаратного комплекса .... 41
2.4 Программное обеспечение аппаратно-программного комплекса 46
Вывод по второй главе 54
3 РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОГРАММНО-АППАРАТНОГО КОМПЛЕКСА 55
3.1 Режимы функционирования робота 55
3.2 Тестирование и возможность расширения комплекса 56
3.3 Интерфейс пользователя 59
3.4 Ожидаемый эффект от использования робота 61
Выводы по главе 62
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 63
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 64
В настоящее время рынок робототехники интенсивно развивается, регулярно появляются новые разработки и всё говорит о том, что этот процесс будет продолжаться.
В наши дни роботы присутствуют практически во всех сферах нашей жизни.
Робототехника применяется в таких областях, как горнодобывающая промышленность, логистика, клининг, контроль и обслуживание, аварийно-спасательные и охранные системы, системы обслуживания общественных мест, в сфере строительства, киноиндустрии, а также при создании экзоскелетов.
В промышленности роботы во многих отраслях заменили человека на определенных участках изготовления продукции. Роботы не устают, способны на более точное и быстрое выполнение определенных задач, для них не так критична окружающая температура и состав воздуха. Но без участия человека они все же не справятся, они не вечны и требуют своевременного обслуживания. Так же роботы запрограммированы на выполнение строго определённого алгоритма действий и не способны на анализ изменений в окружающей обстановке.
На данный момент начиная с этапа проектирования и до выпуска изделия полноценное машинное производство невозможно без человека. Человек, в свою очередь, не может долгое время работать в условия повышенных или пониженных температур, без должного обмундирования и приемлемого состава воздуха. Вне зависимости от типа производства важно поддерживать комфортные для человека условия. Для регуляции температуры и состава воздуха проектируют и собирают вентиляционные системы, различных конфигураций и масштабов. Но, как и любая другая система, она требует своевременного технического обслуживания, что в свою очередь, с учетом масштаба системы и ее габаритов, создает ряд определенных сложностей.
Целью исследования является разработка инспекционного робота, способного проводить визуальный осмотр вентиляционной системы, с целью локализовать причину поломки. Вместе с этим проводя визуальный осмотр фильтров и вентиляционной системы в целом, для последующей очистки. Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
- анализ существующих инспекционно-очистных вентиляционных роботов;
- анализ требований к инспекционному роботу;
- разработка алгоритмов управления инспекционным роботом;
- разработка программного обеспечения для управления инспекционным роботом.
Объектом исследования является система управления инспекционным роботом. Предметом исследования является аппаратное и алгоритмическое программное обеспечение робота.
Анализ существующих решений позволит определить сильные и слабые стороны существующих систем, а также определить требования, которым должна соответствовать разрабатываемая система управления инспекционным роботом.
На основе анализа требований будет разработана концепция системы управления инспекционным роботом, которая будет включать в себя алгоритмы управления, функциональные требования к программному обеспечению и аппаратуре.
Разработка программного обеспечения для управления инспекционным роботом будет включать в себя разработку пользовательского интерфейса, который позволит оператору управлять и контролировать процесс инспекции вентиляционной системы, локализовать неисправность, провести необходимые замеры, провести осмотр степени загрязнения системы.
Тестирование и анализ разработанной системы управления инспекционным роботом позволит определить ее эффективность и соответствие требованиям. В последствии система будет модернизироваться и дорабатываться для повышения эффективности системы.
В работе проведен анализ существующих инспекционных роботов для исследования и очистки вентиляционных систем, выявлены их достоинства и недостатки, проанализированы требования к разрабатываемому аппаратно-программному комплексу. Разработана архитектура программно-аппаратного комплекса, проанализированы и выбраны исполнительные, измерительные и управляющие устройства комплекса, разработана функциональная схема и программное обеспечение комплекса.
В итоге инспекционный робот имеет ряд преимуществ по сравнению с зарубежными аналогами.
В результате анализа аналогичных решений выполнена декомпозиция функции инспекции и очистки вентиляции на ее отдельные составляющие. Это позволило значительно повысить мобильность робота и отказаться от проводного и громоздкого типа управления.
Разработанный программно-аппаратный комплекс позволяет оператору осуществлять управление в режиме реального времени и посредством телефонии проводить визуальный осмотр труднодоступных элементов системы, выполнять необходимые замеры, позволяющие установить корректность работы вентиляционной системы.
Использование доступных и недорогих комплектующих, позволило сократить затраты на производство примерно в 5 раз, а также существо уменьшить расходы на сервис и обслуживание аппаратно-программного комплекса.
Использование комплекса из микроконтроллера и мини-ПК в качестве замены одного бортового компьютера позволило значительно повысить производительность системы, а также значительно расширило возможности для расширения функциональности аппаратно-программного комплекса.
Использование инспекционного робота позволяет сократить затраты времени на диагностику и обслуживание вентиляционной системы более чем на 30 % за счет выполнения исследования вентиляционной системы без необходимости проведения демонтажных работ и привлечения монтажной бригады. Кроме того, в отличие от аналогичных решений, имеющих уникальные компоненты, ремонт которых затруднён, разработанный робот создан на основе доступных и недорогих комплектующих.
В дальнейшем планируется усовершенствовать программно-аппаратный комплекс робота путём добавления поворотного механизма камеры с освещением, дополнительных датчиков и средств очистки вентиляционных систем.
