Реферат 8
Введение 18
1 Патентный поиск 21
2 Основная часть 29
2.1 Инструменты синхронизации 29
2.1.1 Анализ протокола 30
2.1.2 Описание функций программного интерфейса 39
2.2 Калибровка систем координат 41
2.2.1 Прямая задача кинематики 41
2.2.2 Обратная кинематика 43
2.2.3 Калибровка рабочей точки инструмента 52
2.2.4 Калибровка базы 54
2.2.5 Практическая апробация алгоритма калибровки инструмента и
базы 58
2.2.6 Калибровка ошибок монтажа датчика 61
2.3 Программное обеспечение комплекса и эксперименты 65
2.3.1 Программное обеспечение управления измерительным процессом 65
2.3.2 Визуализация магнитного поля 69
2.3.3 Генерация измерительных точек 74
2.3.4 Экспериментальное исследование магнитного поля 79
3 Концепция стартап-проекта 83
3.1 Описание продукта как результата НИР 83
3.1.1 Введение в предметную область 83
3.1.2 Описание проблемы, которую решает продукт 84
3.1.3 Выполнение какой НИОКР привело к разработке 84
3.1.4 Описание продукта: функциональное назначение, основные
потребительские качества 85
3.2 Интеллектуальная собственность 85
3.3 Объем и емкость рынка 85
3.4 Анализ современного состояния и перспектив развития отрасли 89
3.5 Планируемая стоимость продукта 89
3.6 Конкурентные преимущества 92
3.7 Целевые сегменты потребителей создаваемого продукта 98
3.8 Бизнес-модели проекта. Производственный план и план продаж 99
3.9 Производственный план 100
3.10 План продаж 101
3.11 Стратегия продвижения продукта на рынок 102
4 Социальная ответственность 103
4.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 104
4.2 Производственная безопасность 105
4.3 Экологическая безопасность 113
4.4 Безопасность в ЧС 114
Вывод по разделу 116
Заключение 117
Список публикаций 118
Список использованных источников 119
Приложение А (Обязательное) Раздел на иностранном языке 123
Приложение Б (Обязательное) Экспериментальные данные для калибровки инструмента и базы 142 Приложение В (Обязательное) Экспериментальные данные измерения
магнитного поля 145
Целью данной выпускной квалификационной работы является разработка и реализация информационно-измерительного комплекса на базе промышленного манипулятора для регистрации трехмерных магнитных полей.
В рамках данной ВКР автором разрабатывалось программное обеспечение для управления манипулятором и управления процессом измерения, разрабатывались способы калибровки робототехнической системы, проводилось экспериментальное исследование пространственного распределения магнитных постоянных магнитов.
При проектировании электрических машин (двигателей, генераторов, соленоидных клапанов) необходимо проводить измерения магнитных полей с целью оценки состояния магнитной подсистемы образцов на соответствие полученных в ходе изготовления характеристик заявленным при проектировании. Также в таких областях науки, как материаловедение и электромеханика, необходимо проводить исследование магнитных свойств новых сплавов и материалов, а также магнитных свойств новых конструкций элементов электрических машин. Для проведения их экспериментального исследования необходимо проводить измерения вектора магнитной индукции в различных, заранее на заданных, областях пространства вокруг изделий. Ручное измерение магнитного поля обладает малой точностью и низкой скоростью проведения, поэтому возникает необходимость разработки систем измерения с автоматических позиционированием и запуском процесса измерения.
На текущий момент известны устройства [1-6], позволяющие проводить измерения магнитного поля в пространстве вокруг исследуемого объекта, но они обладают рядом недостатков, таких как, малая область достижимости, малая гибкость в изменении области измерения, невозможность применения одновременно к постоянным и переменным магнитным полям. Эти проблемы могут быть решены с использованием 18
промышленного манипулятора с шестью степенями свободы, способного гарантировать высокую точность позиционирования и повторяемости эксперимента, обеспечить широкую область достижимости, ввиду наличия большого количества степеней свободы и гибкость в применении различных измерительных устройств.
Объектом исследования является автоматизация измерений и научного эксперимента.
Предметом исследования является автоматизация измерения магнитного поля с применение робота-манипулятора.
Практическая значимость работы заключается в возможности применении полученных результатов для контроля качества характеристик постоянных магнитов, контроля качества исполнения роторов синхронных машин и генераторов, в состав которых входят постоянные магниты, контроля качества изготовления электрических машин в целом. Возможности применения информационно-измерительной системы для автоматизации эксперимента по определению параметров магнитных материалов в ходе их испытаний, параметров новых конструкций элементов электрических машин.
В качестве робота-манипулятора в данной работе использовался робот фирмы KUKA KR6 R900 sixx со следующими характеристиками [7]:
- количество степеней свободы - 6;
- радиус рабочей зоны - 901 мм;
- максимальная приведенная нагрузка на фланец робота - 6 кг;
- повторяемость позиционирования ± 0.03 мм;
- контроллер KR C4.
В качестве устройства управления измерение выступает тесламетр- веберметр универсальный «ТПУ-2В» [8] со следующими характеристиками:
- диапазон измеряемых значений - от 10 мкТл до 10 Тл;
- тип измеряемого поля: постоянное, переменное, импульсное;
- время интегрирования от 0.1 до 25.6 с;
- частотный диапазон от 5 до 5000 Гц.
В комплекте с оборудованием поставляется программное обеспечение «ТПУ-2В», позволяющее проводить конфигурирование измерительного прибора. Компьютер подключается к устройству по USB 2.0. В комплект поставки также входит 3 щупа, для измерения продольного и поперечного магнитного поля.
В рамках данной работы был предложен роботизированный комплекс для измерения пространственных магнитных полей. Для организации синхронизации каналов позиционирования и измерения был исследован протокол взаимодействия между измерительным устройством и персональным компьютером, предложена блок-схема алгоритма синхронизации.
Для повышения точностных качеств измерительного комплекса были предложены алгоритмы калибровки инструмента и базы робота, ошибок монтажа чувствительного элемента. Ошибка калибровки инструмента не превысила 0.07 мм, ошибка калибровки - 0.1 мм. Ошибка калибровки углового смещения составила 0.0018 рад.
Предложен алгоритм генерации измерительных точек, позволяющий гарантировать отсутствие коллизий измерительного щупа и измеряемого объекта. В предположении о выпуклости объекта измерения предложен быстрый алгоритм генерации пути робота для обхода измерительных точек. Предложены варианты использования алгоритма для невыпуклых объектов.
Управление измерительным комплексом было реализовано с применением языка программирования C++ и библиотеки Qt в виде оконного приложения. Работоспособность комплекса продемонстрирована на примере измерения магнитного поля двух постоянных магнитов и магнитного поля катушки электромагнита.
