ФГБОУ ВПО
«Воронежский государственный технический университет»
Кафедра электропривода, автоматики и управления
в технических системах
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
по выполнению курсового проекта по дисциплине
«Информационные устройства роботов и РТС»
для студентов направления
15.03.06 «Мехатроника и робототехника»
(профиль «Промышленная и специальная робототехника»)
очной формы обучения
Воронеж 2015
Составитель канд. техн. наук В.А. Трубецкой
УДК 621:338(075)
Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине «Информационные устройства роботов и РТС» для студентов направления 15.03.06 «Мехатроника и робототехника» (профиль «Промышленная и специальная робототехника») очной формы обучения / ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»; сост. В.А. Трубецкой. Воронеж, 2015. – 17 с.
Методические указания предусматривают расширение теоретических знаний студентов по дисциплине «Информационные устройства роботов и РТС» и формирование практических навыков по расчету и выбору информационно-измерительных устройств для выполнения конкретных функций в системах управления роботами. Работа включает разработку структуры объекта, расчет и выбор элементов структуры, разработку эскизного проекта, а также написание пояснительной записки и оформление графической части.
Методические указания подготовлены в электронном виде в текстовом редакторе WORD и содержатся в файле ИУК.doc.
Библиогр.: 11 назв.
Рецензент канд. техн. наук, доц. А.К. Муконин
Ответственный за выпуск зав. кафедрой, д-р техн. наук, проф. В.Л. Бурковский
Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета
© ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2015
Общие положения
Курсовой проект по дисциплине «Информационные устройства и системы в робототехнике» предназначен для расширения теоретических знаний и формирования практических навыков по расчету и выбору информационно-измерительных устройств для выполнения конкретных функций в системах управления роботами.
В данных методических указаниях рассмотрены содержание, порядок и методика разработки курсового проекта.
В качестве объекта проектирования принимается информационный канал, представляющий собой совокупность устройств, обеспечивающих получение (измерение) информации, её функциональное преобразование, кодирование (декодирование), сохранение и алгоритмические преобразования.
Проектирование информационного канала представляет собой совокупность мероприятий, определяющих структуру, параметры и алгоритм функционирования системы.
Конкретное содержание курсового проекта определяется индивидуальным заданием, где указываются конкретные задачи разработки, тип и количество чертежей графической части и основные разделы пояснительной записки.
Количество разделов пояснительной записки определяется разработчиком по согласованию с руководителем проекта. В общем случае в пояснительной записке должно быть отражено следующее:
- назначение проектируемого объекта;
- описание и обоснование выбранных проектных решений;
- расчеты, подтверждающие обоснованность принятых проектных решений.
В курсовом проекте в соответствии с техническими требованиями к информационным системам задаются измеряемые величины, допускаемые погрешности измерения, типы измерительных устройств. Так как исходные данные не бывают полными, разработчик должен сам восполнить недостающие сведения на основе изучения отечественных и зарубежных аналогов, анализа возможных условий эксплуатации.
Формирование исходных данных позволяет студенту глубже понять задачу проектирования, сформулировать обоснованные технические требования, разработать новые технические и проектные решения.
При выполнении курсового проекта рекомендуется применять элементы системного подхода к проектированию технических систем. Он предполагает использование таких приемов построения систем как декомпозиция и агрегатирование. Синтез информационного канала должен производиться с учетом связи этого объекта в составе робота.
Структура процесса проектирования ИК предполагает наличие следующих этапов:
- изучение технического задания на проектирование, формирование вектора выходных показателей;
- аналитический обзор источников по рассматриваемому вопросу, выбор базового варианта системы;
- моделирование объекта, исследование модели;
- разработка структуры объекта и расчет параметров элементов структуры;
- оформление пояснительной записки и графической части проекта.
Тематика курсовых проектов
Темы курсовых охватывают круг вопросов по расчету и выбору элементов информационных каналов в робототехнических системах. В качестве измеряемых величин рассматриваются:
- положение и перемещение звеньев манипуляционного устройства с использованием аналоговых и цифровых датчиков;
- скорости с использованием тахогенераторов, датчиков;
- усилия с использованием тензодатчиков, магнитоупругих датчиков.
Примерные темы курсового проекта:
Выбор и расчет датчика конечных положений на базе элементов Холла.
Разработка информационного канала измерения линейного перемещения звена выдвижения руки манипулятора.
Расчет и выбор элементов информационного канала измерения углового перемещения руки манипулятора.
Расчет и выбор элементов системы очувствления руки МУ.
Расчет и выбор импульсного датчика измерения скорости поворота звена МУ.
Разработка канала измерения перемещения звена МУ на базе индуктивных датчиков.
Расчет и выбор элементов ИК измерения скорости на базе тахогенератора.
Этапы выполнения курсового проекта
Весь процесс выполнения курсового проекта разбивается на пять этапов:
Знакомство с исходными данными на проект, с литературой по данному вопросу. Формирование исходных данных, технических характеристик на проектируемый объект.
Разработка структуры объекта.
Расчет и выбор элементов структуры.
Разработка эскизного проекта.
Написание пояснительной записки и оформление графической части.
Для выполнения первого этапа студент должен провести анализ научно-технической литературы по теме проекта. На базе исходных данных он должен сформировать технические требования к проектируемому объекту, так как исходные данные не бывают полными и разработчик сам восполняет недостающие сведения.
При разработке алгоритма функционирования и структуры объекта студент должен использовать знания, полученные в лекционном курсе. Методологической основой проектирования следует принять системный подход, который предполагает использование моделей «черный ящик», «состава», «структуры», и «структурная схема».
Модель «черный ящик» должна содержать описания входов и выходов системы. Она позволяет учесть основные управляющие и возмущающие воздействия, оказывающие влияние на функционирование объекта, а также выходные характеристики, которые необходимо получить в ходе выполнения курсового проекта.
Модель «состава» включает перечень элементов и функциональных блоков, входящих в состав системы. Это блоки и элементы, которые осуществляют получение информации, её функциональное преобразование, кодирование и сохранение.
Модель «структуры» характеризует связи между элементами и блоками системы. Это могут быть механические связи, электрические, электромагнитные и т.д.
Модель «структурная схема» объединяет названные выше типы моделей и дает полное представление об элементах, входящих в систему, их связях между собой, а также о входах и выходах системы.
На третьем этапе производится детализация структурной схемы, определяются наборы функциональных узлов и их взаимодействие на уровне конкретных сигналов или кодов. Осуществляется выбор конкретного оборудования, удовлетворяющего не только требованиям задания, но и принятой компоновке.
При выполнении четвертого этапа следует учитывать, что конструктивное оформление системы определяется ее назначением и предъявляемым к ней требованиям. Конструктивно система может быть реализована в виде автономного или встраиваемого блока. На чертеже необходимо представить тот объект, в который должен быть встроен информационный канал. Необходимо разработать чертеж печатной платы, размещенной в блоке, конструкцию блока.
Структуру процесса проектирования технического объекта можно представить в виде рисунка 1.
|
Рисунок 1 – Структура процесса проектирования технического объекта
Содержание и оформление пояснительной записки и графической части проекта
В пояснительную записку включаются титульный лист и следующие разделы:
1) задание на проект;
2) введение;
3) разработка структурной схемы и алгоритмов работы;
4) разработка общей компоновки модулей и функциональной схемы;
5) расчет и выбор элементов системы;
6) описание конструктивного оформления;
7) литература.
Пояснительная записка выполняется на листах 11 (А4) формата в одностороннем исполнении. Она начинается титульным листом (без указания номера страницы). Все остальные страницы нумеруются и имеют поля.
В пояснительной записке обязательно должны быть приведены следующие иллюстрации: структурная и функциональная схема, блок-схемы алгоритмов, временные диаграммы работы модулей. Все расчеты выполняются в системе единиц СИ. Рекомендуется при расчетах использовать вычислительную технику. При оформлении пояснительной записки рекомендуется ознакомиться с пособием.
В графическую часть проекта включаются:
1) функциональная схема и (или) алгоритм функционирования объекта;
2) схема принципиальная электрическая;
3) чертежи печатной платы и временные диаграммы работы устройства;
4) общий вид устройства;
5) спецификация и перечень элементов.
Классификация и типы датчиков приведены в таблице 1 и на рисунке 2.
Таблица 1 – Классификация датчиков
Контактные |
|
Тактильные |
Силомоментные |
Касания (ДДК)
1. Электромагнитные а) индуктивные (Lx) б) емкостные (Сх) в) индукционные (Е, В) г) резистивные д) магнитные
2. Магнитострикционные
3. Тензометрические
4. Пьезоэлектрические |
Моноблочные |
Стержневые |
|
Контактного давления (ДНК) а) электромагнитные б) индуктивные в) емкостные г) индукционные д) магнитные е) магнитострикционные ж) тензометрические з) пьезоэлектрические |
Многомодульные (многокомпонентные) |
Проскальзывания 1. Эластомеры 2. На основе композицион ных материалов 3. Полупроводниковые |
Продолжение таблицы 1 |
|
||
Бесконтактные |
|||
Локационные |
Технического зрения |
||
Акустические |
Фотоэлектронные Фотодиодные и фототранзисторные матричного типа |
||
Излучатель |
Приемник |
Фотодиодные и фототранзисторные матричного типа
|
|
Пьезоэлектрические |
Конденсаторные микрофоны |
||
f=(1÷100) кГц [ 00) кГц |
|||
Пьезоэлектрические f= (100÷1000) кГц |
|||
Излучатели гиперзвука |
Термисторы |
||
f=(l÷100) МГц |
|||
Оптические Излучатели: а) фотоэлектронные б) сканирующие локаторы в) лампы рентгеновского спектра |
Электроннолучевые 1. Диссектор 2. Видикон |
||
Электромагнитные а) радиоволновые (ДЛ) б) индуктивные (БЛ) в) индукционные (БЛ) г) емкостные (БЛ) д) магнитные (БЛ) |
Фотоприборы с зарядовой связью |
||
Пневматические локаторы |
|
||
Радиационные локаторы |
|
|
Рисунок 2 - Типы датчиков
|
Текст курсового проекта печатается на листах формата А4. Поля на листах: слева – не менее 30 мм, с других сторон – не менее 20 мм. Допускается представлять иллюстрации, таблицы и распечатки с ЭВМ на листах формата А3 в виде приложений. Рекомендуется использовать текстовый редактор Word, шрифт Times New Roman размером 12, интервал 1,5. Нумерация страниц – в соответствии с принятой в научных журналах. Нумерация глав по порядку арабскими цифрами. Нумерация разделов внутри глав состоит из двух цифр разделенных точкой: номера главы и порядкового номера раздела – 1.1. или 1.2 и т.д. (слово «раздел» или «подраздел» писать не нужно). Нумерация подразделов внутри разделов состоит из номера главы, номера раздела и порядкового номера подраздела – 1.1.1 или 1.1.2 и т.д. Более дробное подразделение нежелательно.
Текст пояснительной записки по стилю изложения должен быть близок к стилю научной статьи. Сокращения часто повторяющихся терминов должны быть расшифрованы при их первом употреблении. Это относится ко всем обозначениям в математических формулах. Иные сокращения, кроме общепринятых, а также небольшого числа (двух-трех) специально оговоренных, не допускаются.
Кроме этого в тексте не допускается (ГОСТ 2.105):
- применять для одного и того же понятия различные научно-технические термины, близкие по смыслу (синонимы), а также иностранные слова и термины при наличии равнозначных слов и терминов в русском языке;
- сокращать обозначения единиц физических величин, если они употребляются без цифр, за исключением единиц физических величин в головках и боковиках таблиц и в расшифровках буквенных обозначений, входящих в формулы и рисунки;
- применять сокращения слов, кроме установленных правилами русской орфографии, пунктуации, а также соответствующими государственными стандартами;
- использовать в тексте математический знак минус (-) перед отрицательными значениями величин. Вместо математического знака (-) следует писать слово "минус";
- применять без числовых значений математические знаки, например, › (больше), ‹ (меньше), = (равно), ≥ (больше или равно), ≤ (меньше или равно), ≠ (не равно), а также знаки № (номер), % (процент);
- обозначения нормативных документов (ГОСТ, ОСТ, СТП), технических условий (ТУ) и других документов без регистрационного номера;
- применять обороты разговорной речи, техницизмы, профессионализмы;
- применять производные словообразования;
- применять знак "" для обозначения диаметра (следует писать слово "диаметр"). При указании размера или предельных отклонений диаметра на чертежах, помещенных в тексте РПЗ, перед размерным числом следует писать знак "".
Чертежи конструкций должны оформляться в соответствии с действующими стандартами. В пояснительной записке к курсовому проекту к числу таких рисунков относятся принципиальные электрические схемы, структурные и блок-схемы, алгоритмы и пр. Содержание графической части рекомендуется в количестве 1-2 листов формата А-1.
Чертежи, схемы выполняют простым карандашом, черной тушью или посредством компьютерной печати на листах чертежной бумаги стандартных форматов по ГОСТ 2.301 с рамкой и основной надписью по ГОСТ 2.104.
Применяемые масштабы должны соответствовать ГОСТ 2.302.
Чертежные линии и шрифты должны выполняться по ГОСТ 2.303, ГОСТ 2.304.
Чертежи и схемы выполняют по правилам, изложенным в соответствующих стандартах ЕСКД.
Схемы алгоритмов и программ выполняются в соответствии с требованиями стандартов единой системы программной документации (ЕСПД) и другой нормативной документации.
Чертежи в автоматизированной системе управления (АСУ) выполняют по стандартам ЕСКД, ЕСПД и АСУ.
Графическая часть системы автоматизированного проектирования (САПР) выполняется в соответствии с ЕСКД, ЕСПД, САПР.
Чертежи проектной документации для строительства выполняются в соответствии с требованиями стандартов системы проектной документации для строительства (СПДС).
Таблицы и рисунки в тексте даются в сплошной нумерации. Таблицы и рисунки размещаются внутри текста работы на листах, следующих за страницей, где в тексте впервые дается ссылка на них. Все рисунки и таблицы должны иметь названия (заголовки). Использованные на рисунках условные обозначения должны быть пояснены в подрисуночных подписях.
Иллюстрации должны быть выполнены в соответствии с требованиями стандартов ЕСКД, СПДС. Иллюстрации за исключением иллюстраций приложений, следует нумеровать арабскими цифрами сквозной нумерацией. Если рисунок один, то он обозначается "Рисунок 1". Слово «Рисунок» и его наименование располагают посередине строки.
Список литературы
1. Лукинов А. П. Проектирование мехатронных и робототехнических устройств [Текст]: учеб. пособие / А.П. Лукинов. – СПб.: Издательство «Лань», 2012. – 608 с. (+CD).
2. Воротников С. А. Информационные устройства робототехнических систем [Текст]: учеб. пособие / С.А. Воротников. – М.: Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2005. – 384 с.
3. Анненков А. Н. Информационные устройства робототехнических систем [Текст]: учеб. пособие / А.Н. Анненков. – Воронеж: Воронежский государственный технический университет, 2006. – 133 с.
4. Корендясев А. И. Теоретические основы робототехники [Текст]. В 2 кн. Кн. 1 / А. И. Корендясев, Б. Л. Саламандра, Л. И. Тывес; под ред. С. И. Каплунова. – М.: Наука, 2006. – 383 с.
5. Корендясев А. И. Теоретические основы робототехники [Текст]. В 2 кн. Кн. 2 / А. И. Корендясев, Б. Л. Саламандра, Л. И. Тывес; под ред. С. И. Каплунова. – М.: Наука, 2006. – 376 с.
6. Юревич Е. И. Основы робототехники [Текст]: учеб. пособие / Е.И. Юревич. – СПб.: БХВ-Петербург, 2010. – 368 с.
7. Булгаков А. П. Промышленные роботы. Кинематика, динамика, контроль и управление. Серия «Библиотека инженера» [Текст] / А.П. Булгаков, В.А. Воробьев. – М.: Сокол-пресс, 2007. – 488 с.
8. Келим Ю. М. Типовые элементы систем автоматического управления [Текст]: учеб. пособие для студентов учреждений среднего профессионального образования / Ю.М. Келим. - М.: Форум: ИНФРА-М, 2002. – 384 с.
9. Зенкевич С. Л. Основы управления манипуляционными роботами [Текст]: учебник для вузов / С.Л. Зенкевич, А.С. Ющенко. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: Издательство МГТУ имени Н. Э. Баумана, 2004. – 480 с.
10. Ревнёв С. С. Основы моделирования технических систем [Текст]: учеб. пособие / С. С. Ревнёв, В. А. Трубецкой, Ю. С. Слепокуров. – Воронеж: ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2008. – 115 с.
11. Козырев Ю. Г. Захватные устройства и инструменты промышленных роботов [Текст]: учеб. пособие / Ю. Г. Козырев. – М.: Кнорус, 2011. – 312 с.
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Форма титульного листа пояснительной записки и задания на курсовой проект
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
(ФГБОУ ВПО «ВГТУ», ВГТУ)
______________________________________________________________________
(факультет)
Кафедра_______________________________________________________________
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по дисциплине _________________________________________________________
______________________________________________________________________
Тема _________________________________________________________________
______________________________________________________________________