Базовые механизмы управления шагающим роботом

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОНИКИ И МАТЕМАТИКИ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Кафедра «Робототехнические системы и комплексы»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к дипломному проекту

На тему: «Базовые механизмы управления шагающим роботом»

Студент: Иванов Николай Валерьевич

Руководитель проекта: Карпов Валерий Эдуардович

Специальная часть: В.Э. Карпов

Конструкторско-технологическая часть: В.Э. Карпов

Экономическая часть: В.М. Чурков

Охрана труда: В.А. Савин

Заведующий кафедрой: А.В. Вишнеков

МОСКВА 2012

СОДЕРЖАНИЕ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Цель работы и задачи

. ВВЕДЕНИЕ

Проблематика шагающих механизмов

Обзор рынка

. КОНСТРУКЦИЯ ХОДОВОЙ ЧАСТИ

Классификация и общие принципы

Разработка конструкции макета

Архитектура

Обзор и обоснование выбора микроконтроллера

. КОНТРОЛЛЕР РОБОТА

Микроконтроллер

Сеть

Контроллер

Датчики

. БАЗОВЫЕ АЛГОРИТМЫ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Программа контроллера

Структура программного комплекса

Программа монитор

Демонстрационная программа

. ЭКСПЕРИМЕНТЫ

. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Анализ рынка

План производства

План рисков

Финансовый план и финансовая стратегия

Экономическая эффективность

. ОХРАНА ТРУДА

. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

. Принципиальная схема контроллера

. Листинг программы контроллера

. Листинг демонстрационной программы

. Краткое руководство пользователя

. Пример фрагмента mdf файла

. Пример hxs файла

. Чертежи макета

. Протокол внутренней связи контроллера

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

шагающий робот управление

Актуальность работы

Исследованием проблем построения адаптивных шагающих машин и управления их движением занимаются многие научные коллективы в России и за рубежом. Интерес к этому направлению объясняется тем, что по сравнению с традиционными колёсными и гусеничными машинами шагающая обладает принципиально лучшими характеристиками по проходимости как при ходьбе по слабым грунтам, так и при перемещении по поверхности со сложным рельефом.

Шагающие машины являются сложными механическими системами с большим количеством управляемых степеней свободы. Каждая нога должна иметь как минимум три привода, чтобы обеспечить возможность поместить стопу в произвольную точку в трёхмерном пространстве, естественно в пределах некоторой рабочей зоны, определяемой конструкцией ноги. Таким образом, шестиногая шагающая машина должна иметь 18 приводов - степеней свободы. Система управления должна быть построена так, чтобы обеспечить координированное движение всех ног, обеспечивающее заданное движение корпуса. Специфичной для шагающей машины является задача планирования движений ног. С одной стороны, шагающая машина обладает лучшей проходимостью благодаря тому, что для её перемещения необходимы дискретные опорные точки, а не непрерывная колея. С другой стороны, необходимы специальные алгоритмы поиска этих опорных точек [Буданов, 2005].

Сложность создания шагающих механизмов обусловлена прежде всего проблемами адекватности математических и имитационных моделей. Исходя из этого, при проектировании многозвенных механизмов и систем управления важнейшее значение имеют натурные макеты и модели. Особенно это касается учебной сферы, где должны применяться недорогие универсальные технологии создания подобного рода моделей и устройств.

 

Цель работы и задачи

Целью работы является разработка программно-аппаратного комплекса для проведения исследований в области шагающих робототехнических устройств.

Для достижения поставленной цели в работе поставлены следующие задачи:

.        Разработка конструкции исполнительных механизмов платформы шагающего робота;

.        Разработка системы очувствления, использующая силомоментные, тактильные, телевизионные, акустические и др. сенсоры, а также системы ориентации и навигации;

.        Алгоритмы управления, обеспечивающие обратимое дистанционное управление системой приводов с учетом динамики исполнительного и задающего механизмов, приводов и управляющих свойств человека, а также реализующие супервизорное и автоматическое управление;

.        Разработка универсальных контроллеров;

.        Разработка системы управления высокого уровня;

.        Разработка архитектуры автономной системы управления шагающим роботом;

.        Разработка базовых алгоритмов управления, обеспечивающих автономное и супервизорное управление.

1. ВВЕДЕНИЕ

При движении в сложных условиях машины с шагающими движителями могут быть более эффективными в сравнении с традиционными транспортными средствами. Использование шагающего способа передвижения дает качественный рост ряда основных показателей транспортных машин по сравнению с колесными и гусеничными движителями. Имеют место принципиально более высокие возможности по адаптации к опорной поверхности и профильная проходимость, высокая маневренность, допускающая перемещение машины в произвольном направлении и повороты на месте, возможность работы на слабых грунтах, возможность управления опорными реакциями и стабилизации положения корпуса при движении.

Природа не создала колеса просто потому, что система рычагов более приспособлена для передвижения по естественному грунту. Этому способствуют свойства опорно-двигательного аппарата шагающего движителя: дискретность колеи и наличие нерабочего пространства ног. Под дискретностью колеи понимают прерывистость контакта движителя, в данном случае с поверхностью передвижения. Под рабочим пространством ног понимается пространство, окружающее корпус, точки которого достижимы для опорного элемента шагающего движителя. Эти свойства шагающего движителя позволяют предполагать высокую опорную и профильную проходимость для искусственных шагающих средств передвижения. Кроме сильно пересеченной местности, для обычного транспорта непроходимой является и среда, приспособленная для обитания человека: здания с узкими проходами, резкими поворотами, лестничными маршами.

Шагающие машины могут успешно использоваться для транспортировки грузов, в том числе и негабаритных, в условиях бездорожья. Также возможно их использование для осуществления различных технологических операций в нефте- и газодобывающих отраслях (в условиях тундры, пустыни, леса и др. сложных условиях). Шагающие машины, благодаря дискретному и близкому к статическому взаимодействию стоп с грунтом, практически не разрушают экологически ранимый почвенный покров. Предполагается использование шагающих робототехнических комплексов для аварийно-спасательных работ в экстремальных условиях и ликвидации последствий природных и техногенных катастроф. Проведение ремонтно-восстановительных работ на очистных сооружениях промышленных предприятий. Возможно использование мобильных робототехнических систем с шагающими движителями в военных целях. Шагающие машины могут оказаться эффективными при ликвидации последствий военных действий, например, для поиска и разминирования мин. Известны разработки шагающих роботов для исследования поверхности планет. Существуют шагающие роботы, для передвижения внутри труб и для вертикального перемещения. В последнее время также становятся популярными шагающие роботы для домашнего сервиса, отдыха, медицины.

В настоящее время разработки шагающих машин ведутся во всех развитых странах. Существует несколько полномасштабных образцов (массой более 1 т) пригодных для реальных транспортно-технологических операций (рис 1). К ним, в частности, относятся шагающая машина ASV (США), предназначенная для передвижения по пересеченной местности, мобильный робот Ambler (США), спроектированный по заказу NASA, шагающий робот MECANT, разработанный в Хельсинкском технологическом университете, а также финская шагающая машина фирмы Plustech, предназначенная для лесного хозяйства. [Чернышев, 2008]

Рис. 1. Шагающие машины «тяжелой» весовой категории (массой более 1 т): ASV (a), Ambler (б), Plustech (в), MECANT (г)

 

Проблематика шагающих механизмов

Шагающий аппарат представляет собой сложную механическую систему. Трудности, связанные с проведением в жизнь идеи активного и целесообразного передвижения с использованием ног связаны с необходимостью управления большим числом степеней свободы, обеспечивающих требуемые кинематические возможности шагающего устройства. Большое число управляемых степеней свободы аппарата требует сложной компоновки, разработки высокоэффективных приводов, специальной организации стоп, рассеивающих энергию удара, и т.д. Система управления должна обеспечить переработку информации о местности, принятие решений о характере движения, контроль над их реализацией. Создание системы управления аппаратом - является одной из проблем шагающего робота, так как опыт создания даже самых сложных систем автоматического управления невозможно непосредственно использовать для построения системы управления шагающим роботом. Алгоритмы, с помощью которых реализуется управление роботом, весьма сложные. Например, траектории движения звеньев исполнительного механизма должны формироваться с учетом его динамических свойств и обеспечивать устойчивость движения робота в пределах шага, а обратная задача кинематики подразумевает решение системы нелинейных алгебраических уравнений со многими переменными итерационным методом. Динамические свойства робота как механической системы требуют обеспечения высокой (порядка единиц миллисекунд) точности выдержки временных параметров процессов управления. Таким же должно быть и время реакции на различные события, сопровождающие движение робота (например, столкновения). С появлением вычислительной техники, исследования в направлении создания шагающих машин получили широкое развитие. [Тимонов 2002]

В этом ключе интересно рассмотреть композиционную концепцию построения шагающих роботов, т.к. эта концепция сходна с физиологическими моделями управления движением в живых организмах. Поэтому можно полагать, что композиционная концепция является биологическим подходом в робототехнике.

В соответствии с этой концепцией низший уровень управления локомоционным процессом может быть представлен как результат коллективной работы независимых замкнутых систем автоматического регулирования (регуляторов). Какие-либо связи между отдельными регуляторами (горизонтальные связи) отсутствуют. Иными словами, шагающий робот как единый автомат может быть представлен композицией некоторого количества элементарных независимо функционирующих автоматов, а локомоционный процесс результатом совместного действия этих автоматов. Каждый автомат решает свою собственную задачу и таким путем вносит свой вклад в формирование локомоционного процесса.

Каждый элементарный автомат представляет собой замкнутую систему автоматического регулирования и управляет только одним суставом. В то же время отдельный сустав в различных фазах цикла движения ноги может управляться несколькими различными регуляторами. Одноименные суставы всех ног управляют одним из параметров походки, например, таким как длина шага, высота тела робота относительно опорной поверхности или же скорость передвижения робота. Управление всеми суставами робота осуществляется параллельно, что обеспечивает высокий уровень распределенности системы управления.

Желаемые параметры походки робота задаются более высоким уровнем системы управления и остаются постоянными в процессе ритмичной ходьбы. Такой подход к проблеме шагающих роботов существенно упрощает управление локомоционным процессом и делает его более наглядным.

Реализация предлагаемого подхода для построения шагающих роботов может быть достигнута путем решения проблемы сенсорных систем для автоматов. Эта проблема была решена путем применения наборов датчиков, объединенных в сенсорную систему, способную измерять каждый параметр походки [Чернышев, 2008].

Создание шагающих механизмов - это задача с очень давней историей. Пожалуй, основные конструкторские принципы были еще в IX веке в работах Чебышева.

На рис 2 изображен стопоходящий механизм П.Л. Чебышева.

Рис 2. Стопоходящий механизм Чебышева

Сегодня исследования по механике и управлению движением мобильных роботов проводятся во всех развитых странах мира.

В области теории их движения и управления Россия, благодаря работам Ю. Ф. Голубева, В. Г. Градецкого, Е. А. Девянина, С. Л. Зенкевича, И. А. Каляева, А. В. Ленского, В. А. Лопоты, И. М. Макарова, И. В. Новожилова, Д. Е. Охоцимского, В. Е. Павловского, В. Е. Пряничникова, А. В. Тимофеева, А. М. Формальского, Е. И. Юревича, А. С. Ющенко и др. занимает одно из ведущих мест в мире.

Вопросы механики шагающих движителей наиболее детально рассматриваются в работах ученых Института машиноведения РАН, где разработана теория построения рациональных движителей многоногих шагающих машин.

В области теории движения и управления шагающими роботами адаптивного типа наиболее известны работы ученых Института прикладной математики РАН и Института механики МГУ показано, что решение таких сложных задач как построение адаптивного движения конечностей, обеспечение статической устойчивости шагающих машин, стабилизация и управление движением и др. могут быть успешно решены.

Наиболее детально вопросы механики и управления движением многоногих шагающих аппаратов рассмотрены в монографии Д. Е. Охоцимского и Ю. Ф. Голубева. В работе определяются методы описания и исследования походок многоногой машины, рассматриваются вопросы статической устойчивости и распределения реакций при движении шагающей машины, описывается динамическая модель движения, рассмотрены вопросы построения движения шагающих движителей, вопросы стабилизации движения и методы построения законов движения машины на местности.

При разработке шагающих аппаратов весьма актуальны проблемы динамики и управления движением. Так же рассматриваются вопросы математического моделирования управления движением и энергозатраты; рассматриваются задачи динамики управляемого движения шагающих машин и вопросы связанные с синтезом их систем. Разрабатываются алгоритмы управления и динамическая и динамическая модель управления шагающими аппаратами. На практике часто используют несколько математических моделей для изучения характеристик одной и той же машины в разных режимах ее движения, учитывая наиболее существенные для данного режима факторы. В этих условиях целесообразно иметь универсальную обобщенную динамическую модель, которая может быть трансформирована в более простые модели при решении частных задач [Чернышев, 2008] Однако, для поставленных задач в данном дипломном проекте, нет необходимости в построении математической модели, поэтому все исследования будут проводиться на натурном макете.

 

Обзор рынка

Kondo. Японская компания Kondo представляет свой продукт на рынке - шестиного робота KMR-M6 (рис 3) - простую и доступную платформу. Стоимость данного продукта примерно $900.

Рис 3. Шагающий шестиногий робот KMR-M6 (фото с сайта .prorobot.ru)

В комплекте с KMR-M6 поставляется объемный набор дополнительных элементов: проставки, камера, сервомоторы, захваты. Робот несет на борту аккумулятор емкостью 800 мАч, бортовая сеть функционирует при напряжении 10,8 В. В комплект поставки также входит зарядное устройство, однако время автономной работы KMR-M6 производитель не заявляет. [prorobot]Robot Kit. Hexapod Robot Kit (Китай) - шестиногий паук (рис 4), который может передвигаться по пересеченной местности. CDS5516 сервомашинки имеют параметр 14kg/cm максимального крутящего момента, что позволяет роботу стоять даже на двух ногах. Платформа позволяет добавить множество датчиков и модулей для всех ваших потребностей. Цена данного продукта 40 000р. [electronshik]

Рис. 4. Hexapod Robot Kit

Наборы комплектующих. Также на рынке робототехники существуют комплектующие, на основе которых можно самому построить шестиногого шагающего робота, такие как сервоконтроллер Pololu Mini Maestro 12-каналов USB. Pololu Mini Maestro - очень универсальный сервоконтроллер и плата общего назначения ввода/вывода. Он поддерживает три способа управления: USB для прямой связи с компьютером, последовательный TTL для использования со встроенными системами, и с внутренними скриптами для автономного использования. Каналы могут быть сконфигурированы как серво выходы для использования с сервоприводами или как электронный регулятор оборотов, как цифровые выходы, или как аналоговые входы. У чрезвычайно точного импульса с высокой разрешающей способностью задержка меньше чем 200 нс, что позволяет этому сервоконтроллеру удовлетворить самые требовательные области как робототехника и аниматроника, встроенное управление скоростью и ускорением для каждого канала, позволяет получать плавные движения, без рывков и не требует чтобы источник контроля постоянно вычислял и передавал промежуточные обновления положения к Pololu Mini Maestro. Pololu Mini Maestro также позволяет конфигурировать частоту импульса от 1 до 333 Гц, этот широкий диапазон импульса дает большую точность и рабочий ход современным сервомоторам. Устройства могут быть сопряжены с дополнительными серво- и мото- контроллерами по единственной последовательной линии.

Программа конфигурации и управления, для Windows и Linux позволяет просто сконфигурировать и протестировать устройство по USB, создать последовательности перемещений сервомотора для аниматроники или шагающих роботов, пошагово записать и выполнить скрипты, сохраненные в сервоконтроллере. 8 Кбайт внутренней памяти Pololu Mini Maestro позволяет хранить скрипты с приблизительно 3000 позициями сервомоторов, которые могут быть автоматически воспроизведены без компьютера или внешнего микроконтроллера.

Поскольку каналы Pololu Mini Maestro могут также использоваться как цифровые выходы общего назначения и аналоговые входы, они предоставляют возможность считать показания с датчиков и управлять периферией непосредственно с ПК по USB. А также эти каналы могут использоваться системой совместно со скриптами для создания аниматроники, которые могут отвечать на внешние стимулы, вызывая дополнительные события при управлении сервоприводами. Стоимость этого микроконтроллера порядка 900 руб.

Так же имеются в продаже сервоприводы, такие как HSR-5498SG с увеличенным крутящим моментом. Скорость 0.22/0.19 сек, крутящий момент 6.0/7.4V 11/13.5 кг. Стоимость такой машинки порядка 2500 р. [all-robots.info].

 

2. КОНСТРУКЦИЯ ХОДОВОЙ ЧАСТИ

 

Классификация и общие принципы

Согласно общепринятой классификации, шагающие машины можно разделить на следующие категории, характеризуемые способом построения траектории движения опоры или управления ей: на основе замкнутых рычажных систем; с моделированной траекторией; с педипуляторным управлением и адаптивные.

Шагающие машины на основе замкнутых рычажных систем обеспечивают неизменную траекторию опоры. В качестве механизма шагания либо используется готовый механический преобразователь, либо по выбранной оптимальной траектории синтезируется нужный механизм. К характерным недостаткам этого класса машин можно отнести неравномерность вращения ведущего вала привода; отсутствие управления высотой машины; отсутствие возможности выбора точки опоры и др.

Более эффективным передвижением обладают шагающие машины с гибкой моделированной траекторией. В этом случае выбранная номинальная траектория может изменяться оператором по нужным параметрам. Существенный недостаток данного типа машин заключается в проблеме обеспечения устойчивости и простого способа управления.

Шагающие машины с педипуляторным управлением основаны на использовании обратной силовой связи. Человек контролирует свои физические действия посредством нескольких органов чувств, а основной механизм шагания реагирует на усилие и перемещение конечностей человека. При этом часть усилия на механизме шагания в виде отраженного сигнала через обратную силовую связь воздействует на органы чувств человека, воспроизводя в соответствующем масштабе реальную физическую картину внешнего воздействия. Другим направлением в создании систем с педипуляторным управлением явилось создание так называемых антропоморфных экзоскелетонов, крепящихся на тело человека в виде скафандра и предназначенных, во-первых, для увеличения силовых возможностей человека, во-вторых, для реабилитации двигательных функций парализованных больных. Шагающие машины с педипуляторным управлением имеют существенный недостаток - движение осуществляется при непосредственном участии человека и при этом интенсивность работы машины определяется физическими возможностями оператора.

Еще одним направлением является создание адаптивных шагающих машин, в которых человеческие возможности с точки зрения мышления и органов чувств заменяются датчиками адаптации и вычислительной техникой. Продолжающиеся успешные разработки систем управления и адаптации позволяют надеяться на возможность создания подобных шагающих механизмов, представляющих практический интерес. Машины этого направления имеют много общего и развиваются параллельно с промышленными роботами и манипуляторами, управляемыми от ЭВМ. [Афанасьев и др. 2005]

Среди известных механизмов шагания наиболее широко исследованы телескопическая, ортогональная, пантографная схемы (рис. 5) и плоские цикловые механизмы (рис. 6). Телескопическая, ортогональная и пантографные схемы, как правило, представляют собой плоские механизмы шагания. Возможно использование телескопических, ортогональных и пантографных пространственных схем. В этом случае их габариты значительно возрастают. «Лошадиная» и инсектоморфная (в частном случае антропоморфная) являются пространственными схемами. Эти схемы зачастую копируют конечности животных и насекомых (рис. 7). [Чернышев, 2008]

Рис. 5. Схемы шагающих движителей: телескопическая (а), ортого- нальнальная (б), пантографная (в), «лошадиная» (г), инсектоморфная (д)

Рис. 6. Цикловые механизмы шагания: 4-х звенный (а); 4-х звенный с измененяемым положением оси коромысла (б); 6-ти»звенный (в); 4-х звенный с корректором закона вращения кривошипа (г)

Рис. 7. Кинематическая схема инсектоморфного механизма шагания:

, 2, 3 - звенья механизма шагания, 4 - корпус машины

 

Разработка конструкции макета

Была разработана система управления ходьбой шестиногого робота, каждая из конечностей которого приводится в движение с помощью трех сервомоторов (всего 18 приводов). Наличие микроконтроллера в системе управления позволяет задать произвольный сдвиг фаз в работе двигателей и, таким образом, обеспечить реализацию походки любого типа. Очевидно, управление перемещением шагающего аппарата должно быть организовано так, чтобы при ходьбе ни одна из конечностей не создавала помех для другой. Естественно, самое простое решение проблемы предотвращения столкновений движущихся конечностей - принципиальное устранение самой возможности столкновений путем выбора границ зон достижимости каждой из ног таким образом, чтобы соседние зоны не имели перекрытий. [asar.my1.ru]. Однако в данном разрабатываемом макете данные зоны пересечения существует. Это связано с тем, что конструкция макета при размерах исключающих зоны пересечения конечностей будет иметь избыточный вес, что в свою очередь приведет к избыточной нагрузке на сервоприводы. А проблема пересечения зон решается программным путем управления конечностями.

О степенях свободы. Существует множество шестиногих и четырехногих моделей шагающих роботов, которые требуют больших степеней свободы в своих ногах. Соответственно, наличие большего количества степеней свободы требует большего количества управляющих механизмов для каждой из ног. Если для этой цели используются сервомоторы, то для каждой ноги потребуются два, три или даже четыре двигателя. Необходимость в таком количестве сервомоторов (приводов) диктуется тем, что требуется как минимум две степени свободы. Одна для опускания и поднимания ноги, а другая - для движения ее вперед-назад. Однако две степени свободы позволяют реализовать передвижение только вперед-назад и повороты, но не дают возможности использования разных видов походок.. На рис 8 представлена модель шестиногого шагающего робота имеющего всего три степени свободы. Эта модель разработана в лаборатории робототехники Политехнического музея. Модель приводится в движение за счет работы трех сервоприводов и механизма синхронизации ног.

Рис8. Робот с тремя степенями свободы

В разрабатываемом макете будет использоваться три степени походки на одну ногу (рис. 9). Схема избыточна, однако позволяет реализовать различные варианты походки.

Рис.9. Кинематическая схема ноги

Форма корпуса выбрана округлой, что позволяет реализовать движение в любых направлениях (рис 10).

Рис10. Укрупненная кинематическая схема робота

На рис 11 представлен внешний вид ноги.

Рис 11. Внешний вид ноги

Предложенная кинематическая схема и конструкция робота была промоделирована с помощь пакета 3Ds Max, см. рис 12.

Рис. 12 3D модель

Чертежи приведены в приложении 7.

Архитектура

Шагающая машина состоит из следующих основных частей: корпуса и систем электроснабжения, передвижения, управления, информации и связи с супервизором. Система энергоснабжения обеспечивает энергией все системы робота; система передвижения выполняет основную задачу - работу механизма шагания. Система управления стабилизирует положение корпуса робота в пространстве, обеспечивает движение по намеченному маршруту с перешагиванием или обходом препятствий, управляет ногами. Информационная система снабжает систему управления данными об окружающей среде. Она формирует сигналы управления приводами ног, осуществляет сбор информации о состоянии шагающего устройства, формирует стереотипы походок и корректирует их в зависимости от неровности поверхности пола, поддерживает проектное положение корпуса робота.

Общая архитектура представляет собой следующую схему: персональный компьютер, под управлением ОС Windows XP, подключен по каналу связи к группе контроллеров. Контроллеры должны быть объединены в сеть. Каждый контроллер в свою очередь управляет исполнительными механизмами и получает сигналы с датчиков. Схема общей архитектуры приведена на рис. 13.

Рис13. Общая архитектура

Обзор и обоснование выбора микроконтроллера

Микроконтроллер (MCU) - микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами. Типичный микроконтроллер сочетает в себе функции процессора и периферийных устройств, может содержать ОЗУ и ПЗУ. По сути, это однокристальный компьютер, способный выполнять простые задачи. Использование одной микросхемы, вместо целого набора, как в случае обычных процессоров, применяемых в персональных компьютерах, значительно снижает размеры, энергопотребление и стоимость устройств, построенных на базе микроконтроллеров.

К микроконтроллерам можно предъявить следующие требования:

·   должен быть иметь развитую систему команд;

·        иметь flash ПЗУ для возможности внутрисхемного перепрограммирования;

·        должен быть оптимизирован под язык высокого уровня;

·        иметь легкодоступные средства для написания прошивок и их отладки;

·        должен иметь пониженное энергопотребление;

·        иметь невысокую стоимость.PIC. Один 8-ми разрядный RISC микроконтроллер, отличается своей системой команд, состоящей всего из пары десятков команд. Каждая команда выполняется за четыре такта. есть ряд достоинств, в первую очередь это низкое энергопотребление, и быстрый старт. В среднем PIC контроллере нет такого количества периферии, но зато самих модификаций PIC контроллеров существует такое количество, что всегда можно подобрать себе кристалл с периферией подходящей точно под задачу. На PIC‘ax традиционно построены бортовые компьютеры автомобилей, а также многочисленные бытовые сигнализации.. Микроконтроллеры AVR имеют более развитую систему команд, насчитывающую до 133 инструкций, производительность, приближающуюся к 1 MIPS/МГц, Flash ПЗУ программ с возможностью внутрисхемного перепрограммирования. Многие чипы имеют функцию самопрограммирования. AVR-архитектура оптимизирована под язык высокого уровня Си. Кроме того, все кристаллы семейства совместимы "снизу вверх".

Огромную роль сыграла доступность программного обеспечения и средств поддержки разработки. У Atmel много бесплатно распространяемых программных продуктов, в частности - бесплатная среда разработки AVR Studio, работающая под Windows.

Ведущие сторонние производители выпускают полный спектр компиляторов, программаторов, ассемблеров, отладчиков, разъемов и адаптеров.

Немаловажным является и то, что для программирования AVR можно обойтись вовсе без аппаратного программатора. Самым популярным способом программирования этих микроконтроллеров являются пять проводов, подсоединенных к параллельному порту персонального компьютера.

Можно считать, что AVR постепенно становится еще одним индустриальным стандартом среди 8-разрядных микроконтроллеров общего назначения. Они легкодоступны и отличаются в среднем невысокой стоимостью [myrobot]

Вследствие проведенного анализа и сравнения микроконтроллеров, мы видим, что AVR контроллеры являются не дорогими и универсальными микроконтроллерами, по сравнению с семейством PIC контроллеров. Исходя из этого, аппаратная часть робота будет базироваться на микроконтроллере Atmel AVR ATmega48.

 

3. КОНТРОЛЛЕР РОБОТА

 

Микроконтроллер

Основой контроллера является микросхема Atmel AVR ATmega48. ATMega48 - низкопотребляющий 8 битный КМОП микроконтроллер с AVR RISC архитектурой. Выполняя команды за один цикл, ATMega48 достигают производительности 1 MIPS при частоте задающего генератора 1 МГц.ядро объединяет богатую систему команд и 32 рабочих регистра общего назначения. Все 32 регистра непосредственно связаны с арифметико-логическим устройством (АЛУ), что позволяет получить доступ к двум независимым регистрам при выполнении одной команды. В результате эта архитектура позволяет обеспечить в десятки раз большую производительность, чем стандартная CISC архитектура.имеет следующие характеристики: 4 КБ внутри системно-программируемой Flash памятью программы; 256 байтную EEPROM память данных; 512 байтное SRAM (статическое ОЗУ); 23 линии ввода - вывода общего применения; 32 рабочих регистра общего назначения; три гибких таймера/счетчика со схемой сравнения; внутренние и внешние источники прерывания; последовательный программируемый USART; байт- ориентированный последовательный; 2-х проводный интерфейс; 6 канальный АЦП, 4 канала которых имеют 10- битное разрешение, а 2- 8- битное; программируемый сторожевой таймер со встроенным генератором; SPI порт и пять программно инициализируемых режима пониженного потребления. В режиме Idle останавливается ядро, а SRAM, таймеры/счетчики, SPI порт и система прерываний продолжают функционировать. В Power-down режиме содержимое регистров сохраняется, но останавливается задающий генератор и отключаются все внутренние функции микропроцессора до тех пор, пока не произойдет прерывание или аппаратный сброс. В режиме Power-save асинхронные таймеры продолжают функционировать, позволяя отсчитывать временные интервалы в то время, когда микропроцессор находится в режиме сна. В режиме ADC Noise Reduction останавливается вычислительное ядро и все модули ввода-вывода, за исключением асинхронного таймера и самого АЦП, что позволяет минимизировать шумы в течение выполнения аналого-цифрового преобразования. В Standby режиме задающий генератор работает, в то время как остальная часть прибора бездействует. Это позволяет быстро сохранить возможность быстрого запуска приборов при одновременном снижении потребления.

Встроенная ISP Flash позволяет перепрограммировать память программы в системе через последовательный SPI интерфейс программой-загрузчиком, выполняемой в AVR ядре, или обычным программатором энергонезависимой памяти. Программа-загрузчик способна загрузить данные по любому интерфейсу, имеющегося у микроконтроллера.поддерживается различными программными средствами и интегрированными средствами разработки, такими как компиляторы C, макроассемблеры, программные отладчики/симуляторы, внутрисхемные эмуляторы и ознакомительные наборы.

 

Сеть

C. Шина Inter IС Bus (шина соединения микросхем), или, кратко, I2C - синхронная последовательная шина, обеспечивающая двустороннюю передачу данных между подключенными устройствами. Шина ориентирована на 8-битные передачи со скоростью 0-100 Кбит/с в стандартном режиме (Standard Mode), до 400 kbit/s в быстром режиме (Fast Mode) и до 3,4 Мбит/с в высокоскоростном режиме (High speed).

Передача данных может быть как одноадресной, к выбранному устройству, так и широковещательной. Уровни сигналов - стандартные, совместимые с широко распространенной логикой ТТЛ, КМОП, N-МОП, как с традиционным питанием +5 В, так и с низковольтным (3,3 В и ниже). Микросхемы с интерфейсом I2C, как правило, имеют аппаратную поддержку протокольных функций. Протокол позволяет взаимодействовать на одной шине устройствам с различным быстродействием интерфейса. Требования к временным параметрам сигналов весьма свободные, так что на компьютерах и микроконтроллерах, не имеющих аппаратной поддержки шины I2C, ее протокол может быть реализован даже чисто программно.

Интерфейс использует две сигнальные линии: данных SDA (Serial Data) и синхронизации SCL (Serial Clock). В обменах участвуют два устройства - ведущее (master) и ведомое (slave). Ведущее и ведомое устройства могут выступать в роли и передатчика, и приемника данных. Протокол допускает наличие на шине нескольких ведущих устройств и имеет простой механизм арбитража (разрешения коллизий). Число устройств, которые могут быть соединены одной шиной, ограничено только максимальной емкостью шины 400 pF.

RS-232. RS-232 - это название стандарта (RS - recommended standard - рекомендованный стандарт, 232 - его номер), описывающего интерфейс для соединения компьютера и устройства передачи данных.

Стандарт был разработан достаточно давно, в 60-х годах 20-го века. В настоящее время действует редакция стандарта, принятая в 1991 году ассоциациями электронной и телекоммуникационной промышленности, под названием EIA/TIA-232-E.

Интерфейс RS-232 обеспечивает соединение двух устройств, одно из которых называется DTE (Data Terminal Equipment) - ООД (Оконечное Оборудование Данных), второе - DCE (Data Communications Equipment) - ОПД (Оборудование Передачи Данных).

Как правило, DTE (ООД) - это компьютер, а DCE (ОПД) - это модем, хотя RS-232 использовался и для подключения к компьютеру периферийных устройств (мышь, принтер), и для соединения с другим компьютером или контроллером.

Важно запомнить эти обозначения (DTE и DCE). Они используются в названиях сигналов интерфейса и помогают разобраться с описанием конкретной реализации.

RS-485. RS-485 - это номер стандарта, впервые принятого Ассоциацией электронной промышленности (EIA). Cейчас этот стандарт назывется TIA/EIA-485 Electrical Characteristics of Generators and Receivers for Use in Balanced Digital Multipoint Systems (Электрические характеристики передатчиков и приемников, используемых в балансных цифровых многоточечных системах).

Интерфейс RS-485 является наиболее широко используемым промышленным стандартом, использующим двунаправленную сбалансированную линию передачи. Он поддерживает многоточечные соединения, обеспечивая создание сетей с количеством узлов до 32 и передачу на расстояние до 1200 м. Использование специальных конвертеров RS 485 - повторителей интерфейса позволяет увеличить расстояние передачи еще на 1200 м или добавить еще 32 узла. Стандарт поддерживает полудуплексную связь. Для передачи и приема данных достаточно одной скрученной пары проводников.

Сеть, построенная на интерфейсе RS-485, представляет собой приемопередатчики, соединенные при помощи витой пары - двух скрученных проводов. В основе интерфейса RS-485 лежит принцип дифференциальной (балансной) передачи данных. Суть его заключается в передаче одного сигнала по двум проводам. Причем по одному проводу (условно A) идет оригинальный сигнал, а по другому (условно B) - его инверсная копия. Другими словами, если на одном проводе "1", то на другом "0" и наоборот. Таким образом, между двумя проводами витой пары всегда есть разность потенциалов: при "1" она положительна, при "0" - отрицательна.

Именно этой разностью потенциалов и передается сигнал. Такой способ передачи обеспечивает высокую устойчивость к синфазной помехе. Синфазной называют помеху, действующую на оба провода линии одинаково. К примеру, электромагнитная волна, проходя через участок линии связи, наводит в обоих проводах потенциал. Если сигнал передается потенциалом в одном проводе относительно общего, как в RS-232, то наводка на этот провод может исказить сигнал относительно хорошо поглощающего наводки общего ("земли"). Кроме того, на сопротивлении длинного общего провода будет падать разность потенциалов земель - дополнительный источник искажений. А при дифференциальной передаче искажения не происходит. В самом деле, если два провода пролегают близко друг к другу, да еще перевиты, то наводка на оба провода одинакова. Потенциал в обоих одинаково нагруженных проводах изменяется одинаково, при этом информативная разность потенциалов остается без изменений. Аппаратная реализация интерфейса - микросхемы приемопередатчиков с дифференциальными входами/выходами (к линии) и цифровыми портами.

 

Контроллер

Таким образом, в основе разработанного контроллера лежит 8-ми разрядная ОЭВМ ATMega48. Внешнее напряжение питания 12В подается через стабилизатор. Для внутрисхемного программирования иметься разъем для подключения программатора. Также есть разъемы для подключения датчиков и управляемых механизмов.

Соединение контроллера в сеть осуществляется через драйвер ADM485. Структурная схема архитектуры контроллера приведена на рис 14. Схема электрическая принципиальная контроллера приведена в приложении 1.

Рис 14. Структурная схема архитектуры контроллера

Внешний вид контроллера представлен на рис 15.

Рис 15. Внешний вид контроллеров

Датчики

В состав данного программно-аппаратного комплекса входят датчики определения расстояния, акселерометр и датчики касания.

-х осевой акселерометр MMA7361L собран на базе Freescale MMA7361L XYZ, датчике имеющем аналоговый выход по напряжению и регулируемую чувствительность (1,5 г или 6 г), а функция 0g-Detect выдает сигнал на отдельный цифровой выход в случае когда модуль находиться в свободном падении (сигнал по всем трём осям равен 0g). Работает в диапазоне напряжений от 2,2 до 3,6 В.

Датчик дальность Sharp - датчик расстояния 20 - 150 см GP2Y0A021YK0F - Аналоговый измеритель расстояния состоящий из комбинации датчика положения (PSD) и излучающего инфракрасного диода (IRED). Особенности: - диапазон измерения 10 - 80 см - потребляемый ток 33mА - напряжение питания 4.5-5.5 V

Датчик касания - представляет собой концевой выключатель. При касании на выходе появляется высокий потенциал. Схема включения приведена на рис 16, внешний вид датчиков представлен на рис 17.

Рис 16. Схема включения концевого выключател

Рис17. Внешний вид датчиков

Таким образом, архитектура, представленная в данном дипломном проекте, представляет собой три контроллера, каждый контроллер управляет одной парой ног: первый контроллер управляет передней левой и задней левой ногами, второй контроллер - передней правой и задней ногами, третий - средней левой и правой ногами. Так же к контроллерам подключены датчики: к первому контроллеру - датчики касания передней и задней левых ног, ко второму - датчики касания передней и задней правых ног, к третьему - два дальномера и акселерометр. Контроллеры объединены между собой по интерфейсу RS485 и соединены с ПК через USB-RS485 переходник. Структурная схема архитектуры представлена на рис. 18.

Рис 18. Структурная схема архитектуры

Система питания. Система питания логики и силовых установок раздельная. Это сделано для исключения помех в сети питания логики, это связано с тем, что при больших нагрузках сервоприводы начинают потреблять большую мощность, что может вызывать помехи.

 

4. БАЗОВЫЕ АЛГОРИТМЫ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

 

Программа контроллера

Программ контроллера работает следующим образом. При подаче питания на плату контроллера происходит инициализация порта RS485 для связи контроллера с ПК. Далее все сервоприводы устанавливаются в свое начальное положение. После чего происходит определение собственного адреса контроллера (адрес выставляется двумя перемычками на плате контроллера и может принимать значения от 0 до 2). Затем происходит инициализация регистров микроконтроллера для получения управляющих сигналов. После получения соответствующего сигнала, на выходах микроконтроллера образуются сигналы, по которым сервоприводы поворачиваются на определенный угол. Далее ожидаются следующие управляющие сигналы от ПК. Алгоритм работы программы представлен на рис. 19.

Рис 19. Алгоритм работы контроллера

 

Структура программного комплекса

Поскольку основное назначение шагающих машин - передвижение по сильно пересеченной местности, управление ими обязательно должно быть адаптивным. В системе управления при этом выделяют обычно следующие 3 уровня управления:

) нижний, уровень - управление приводами степеней подвижности ног;

) уровень - построение походки, т.е. координации движений ног, со стабилизацией при этом положения корпуса машины в пространстве;

) уровень - формирование типа походки, направления и скорости движения, исходя из заданного маршрута в целом.

Первый и второй уровни реализуются автоматически, а третий уровень осуществляется с участием супервизора.

Для реализации этих принципов управления был создан соответствующий программный комплекс. Программный комплекс состоит из отладочной утилиты - программы-монитора и демонстрационной программы.

Рис. 20 Структурная схема программного комплекса

Программа монитор

Она предназначена для написания и отладки макроопределений (mdf) и сценариев (hxs). Программа монитор написана на языке СИ. Работает под управлением ОС Windows XP. Программа монитор выглядит следующим образом (рис 21).

Рис 21. Интерфейс программы монитор

Интерфейс программы разделен на несколько областей: связь с роботом - устанавливает связь с котроллерами робота; исх. положение - при нажатии этой кнопки ноги робота принимают исходное нулевое положение; сценарий - запуск уже готового сценария движения робота; команда - ручная подача команд роботу; запомнить углы - запоминание выставленных углов. Так же имеются две большие области: левая сторона и правая сторона. Эти области идентичны друг другу по функциональности, различаются только тем, что левая сторона работает с контроллером, подключенного к левым ногам робота, а правая - с контроллером, подключенным к правым. В этих областях имеется шесть ползунков, с помощью которых можно задавать различные возможные углы каждому серво приводу, видеть значение углов и возможность их записи. Кнопка «сигнал» предназначена для тестирования связи программы с контроллером, подключенного к соответствующим ногам, так же можно вывести показания датчиков и значения регистров.

Сценарии. В файлах с расширением hxs описываются сценарии поведения робота. Файл представляет собой набор команд и макроопределений. Встроенные команды имеют вид:

Wait ID n,	ID - номер контроллера; n - значение вектора состояния	Программа переходит в режим ожидания, пока вектор состояния указанного контроллера не будет считан Пример: Wait 1 0
Sleep n	n - значение времени, указанное в миллисекундах.	Программа переходит в режим ожидания на указанный промежуток. Пример: Sleep 2000
Команда пересылки <addr> <from> <cmd> <n> <D[0]> ... <D[n-1]>	addr - адрес получателя from - адрес отправителя cmd - код команды len - длина команды	Пример: 1 0 t 2 50

Макроопределения. В файле с расширением mdf описываются макроопределения команд. Формат макроопределения:

<имя макроса>

командная строка 1

командная строка 2

...

командная строка N

#

Примеры mdf и hxs файлов представлены приложениях 5 и 6.

Демонстрационная программа

Демонстрационная программа реализует базовые алгоритмы управления шагающим роботом. Программа представляет собой консольное приложение, работающее под управлением ОС Windows XP. Написана на языке СИ. Внешний вид программы представлен на рис 22.

Рис 22. Интерфейс демонстрационной программы

Демонстрационная программа работает следующим образом: открывается COM-порт, по которому через переходник на RS485 интерфейс будут передаваться управляющие сигналы контроллерам. Далее происходит инициализация самих контроллеров. После чего идет считывание файла конфигурации mdf. Далее происходит считывание состояний датчиков и если после этого будет нажата клавиша на клавиатуре, то система переключается на ручной режим и управление производится с клавиатуры. Если же ничего не было нажато, то система переключается автоматический режим и робот передвигается самостоятельно, опираясь на данные полученные с датчиков. Завершение программы производится по нажатию клавиши «ESC».

Алгоритм работы программы приведен на рис. 23.

Рис. 23. Алгоритм работы демонстрационной программы

5. ЭКСПЕРИМЕНТЫ

Эксперименты проводились на основе созданного робота, внешний вид которого приведен на рис. 24.

Рис. 24. Внешний вид робота

В ходе разработки программно-аппаратного комплекса были проведены эксперименты, в ходе которых:

.        были отработанны элементарные действия робота;

.        были отработанны базовые движения робота;

.        были отработанны некоторые виды походок;

.        были отработанные реакции робота на появления различных препятствий.

6. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

Анализ рынка

Сегодня рынок потребительской робототехники остается юным и разрозненным. Разные производители делают разные и абсолютно несовместимые аппаратные средства. Технологии и инструменты затачиваются каждый раз под конкретные проблемы, их практически невозможно повторно использовать. Область очень сложна, требует самой высокой квалификации сотрудников, и при этом имеет место один малоприятный фактор: практически не происходит передачи опыта и знаний между разными областями. Для того, чтобы роботы могли делать что-то полезное в доме или в офисе, логика их поведения и управления ими должна выйти на новый уровень сложности. В целом же все процессы, идущие сегодня в робототехнике, очень напоминают те, что происходили во время становления рынка ПК.

В настоящий момент, производители шагающих роботов предлагают множество готовых изделий или наборов для конструирования шагающих роботов, которыми можно управлять и программно, и в реальном времени, с возможность опционально установки сенсоров температуры, влажности, инфракрасные, ультразвуковые для определения расстояния, акселерометры и пр. Однако данные продукты имеют весьма высокие ценные. К примеру: конструктор Hexapod Robot Kit, DFRobot, стоимостью порядка 40 000р. При приобретении комплектующие по отдельности, при средней стоимости одного сервопривода (с моментом силы 12кг/см) порядка 1500-1700р, стоимости готового микроконтроллера порядка 2500-3000р, и деталей крепежа общей стоимостью порядка 10 000р, конечная цена продукта составит примерно 45 000р.

В данном дипломном проекте, при создании программно-аппаратного комплекса, используется оригинальная конструкция, основанная на применении рулевых сервоприводов.

План производства

Себестоимость продукта включает в себя следующие составляющие:

·              Заработную плату сотрудников Зп;

·              Социальный налог на заработную плату Н2;

·              Накладные расходы на производство Нр (расходы на материалы, сырье, комплектующие);

·              Амортизационные отчисления за обоснованно используемое оборудование Ао;

·              Процентные отчисления за кредит;

·              Страховые платежи.

Для вычисления себестоимости рассмотрим каждую составляющую по отдельности.

Работа, предусмотренная выполнением производственного заказа, носит инженерный характер и предусматривает работу пользователя с программным обеспечением Windows XP, установленным на персональном компьютере. Полный цикл производства выполняется одним сотрудником, имеющими квалификацию и опыт по выполнению возложенного на него обязанности на разных этапах разработки.

Ниже приводится оценка продолжительности отдельных этапов проектирования, составляющих полный цикл разработки:

·              Предпроектные исследования и ТЗ 1 мес.

·              Реализация проекта 1 мес.

·              Разработка технической документации 0,5 мес.

·              Сдача работы и подписание акта о приемке 0,5 мес.

Таким образом, трудоемкость работы оценивается в 3 человеко-месяцев.

Заработная плата-инженера соответствующей квалификации оценивается в 18000 руб./мес., таким образом, суммарные расходы на заработную плату составляют

Зп = 18 000 * 3 = 54 000 руб.

Страховые взносы в Российской Федерации складываются из пенсионного фонда РФ (34%) от заработной платы. Сумма страховых взносов составит:

Н2 = 18 360 руб.

Оборудование рабочего места инженера включает в себя:

·              Персональный компьютер;

·              Комплект ПО;

Суммарная стоимость оборудования составляет 60 000 руб.

Амортизационные отчисления с вычислительной техники осуществляются в размере 33% ежегодно. За 3 месяцев работы АО = 4 950 руб.

В накладные расходы также входят:

·              Проездной билет - 900 руб;

За 3 месяца получаем:

900*3=2700

Согласно эргономическим требованиям к организации рабочих мест, площадь, выделяемая на одно рабочее место, должна составлять не менее 4 м2. Исходя из стоимости аренды 1 м2 площади 1200 руб/мес (с коммунальными услугами), получаем, что стоимость аренды помещения для одного рабочего места за 3 месяцев равняется 14 400 руб.

Общая сумма накладных расходов складывается из стоимости аренды помещения, коммунальных услуг, отчислений за оборудование, транспорт, стоимости расходных материалов и услуг связи и составляет за 8 месяцев работы

Нр = 14 400 + 4 950 + 2 700 = 22 050 руб.

Поскольку данный проект не требует существенных капиталовложений, то для его осуществления не требуется кредит. Страховые платежи в данном проекте также не рассматриваются.

План рисков

Данный проект теоретически сопряжен с факторами риска, которые могут осложнить разработку или сократить доход, полученный от ее осуществления. Можно отметить следующие факторы риска:

·              Нестабильность экономического и налогового законодательства и текущей экономической ситуации;

·              Внешнеэкономический риск, предполагающий возможность введения ограничений на торговлю и поставки из-за рубежа, закрытия границ и т.п.;

·              неопределенность политической ситуации, риск неблагоприятных социально-экономических изменений в стране или регионе;

·              неполнота и неточность информации о технико-экономических показателях, параметрах используемой техники и технологии;

·              колебания рыночной конъюнктуры, цен, валютных курсов и т.п.;

·              неопределенность природно-климатических условий, возможность стихийных бедствий и экологических катастроф;

·              производственно-технологический риск (отказы оборудования, перебои с электроснабжением);

·              неопределенность целей, поведения и интересов участников;

·              неполнота и неточность сведений о финансовом положении и деловой репутации заказчика.

Ввиду специфики дипломного проектирования и небольшого объема работ считаем перечисленные риски маловероятными.

Финансовый план и финансовая стратегия

Уравнение баланса предприятия за рассматриваемый период имеет вид:

n·Ср = n·Ск + Зп + Нр + Нр1 + H1 + H2 + H3 + Пр (1)

где n - количество реализованных единиц продукции, в нашем случае n = 1;

Ср стоимость реализации единицы продукции;

Ск = 0 стоимость комплектации единицы продукции;

Зп = 54 000 руб. заработная плата;

Нр = 22 050 руб. накладные расходы;

Нр1 = 0 страховые платежи;

H1 налог на добавленную стоимость;

Н2 = 18 360 руб. ЕСН;

Н3 налог на прибыль;

Пр чистая прибыль.

Сумма налога на добавленную стоимость вычисляется как 18% от разности между стоимостью реализации и стоимостью комплектации продукции:

Н1 = 0,18 * (Ср - Ск) (2)

Сумма налога на прибыль вычисляется, исходя из ставки 20% от валовой прибыли, установленной для малых предприятий:

Н3 = 0,2 * Вп (3)

где Вп - валовая прибыль предприятия.

Валовая прибыль рассчитывается по формуле:

Вп = Др - Сб, (4)

Где Др - доход от реализации продукции.

Себестоимость продукции вычисляется как разность между доходом от реализации и валовой прибылью:

Сб = Др - Вп (5)

Значение чистой прибыли вычисляется из значения валовой прибыли с вычетом налога на прибыль:

Пр = Вп - НЗ = 0,8 * Вп (6)

Рентабельность работы (т.е. продаж R) вычисляется как отношение чистой прибыли к доходу от реализации без учета НДС:

R = (Вп/Сб) * 100% = 30% (7)

В результате получаем следующую систему линейных уравнений:

Ср = Зп + Нр + 0,18 * Ср + H2 + 0,2 * Вп + 0,8 * Вп

,82 * Ср = 1,26 * Зп + Нр + Вп

Сб = Зп + Нр + Н2 = 94 410

Вп = 0,3 * Сб = 28 323

Н3 = 0,2 * Вп = 36 00

Пр = 0,8 * Вп = 22 658

Ср = 140 700

Н1 = 18 100

Принимая значение рентабельности продаж равным R=30%, решаем систему относительно переменной Ср и получаем стоимость реализации продукции, при которой достигается такая рентабельность, и прибыль, которая может быть при этом получена. Ниже приводится показатели, полученные при решении данной системы:

Таблица 9 Решение системы

№	Категории расходов	Значение
1	Заработная плата	54 000 руб
2	Накладные расходы	22 050 руб
3	НДС	18 100 руб
4	Страховые взносы (ЕСН 34% от з/п)	18 360 руб
5	Налог на прибыль	3 600 руб
6  7 8 9	Рентабельность При данной рентабельности получаем: Валовая прибыль предприятия Стоимость реализации единицы продукции Чистая прибыль	30%  28 323 руб 140 700 руб 22 658 руб

Ниже представлена диаграмма, характеризующая экономические параметры работы:

Рис 25 Диаграмма характеризующая экономические параметры работы

Экономическая эффективность

Экономический эффект составит

Срок окупаемости составит 7 месяцев.

Прибыль за три года составит 675 000 руб.

Экономичность данного программно-аппаратного комплекса и его универсальность, позволяет использовать его в учебном процессе и исследовательских целях. При увеличении количества реализуемых единиц продукции приведет к снижению ее себестоимости и как следствие - увеличение ее рентабельности, что приведет к росту чистой прибыли.

 

7. ОХРАНА ТРУДА.

Введение. Охрана груда - это система обеспечения безопасности жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности, включающая в себя правовые, социально-экономические, организационно-технические, санитарно-гигиенические, лечебно-профилактические, реабилитационные и иные мероприятия.

Любой производственный процесс, в том числе работа с ЭВМ, связан с появлением опасных и вредных факторов [ст. 209 ТК РФ].

Опасным производственным фактором является такой фактор производственного процесса, воздействие которого на работающего приводит к травме или резкому ухудшению здоровья.

Вредные производственные факторы - это неблагоприятные факторы трудового процесса или условий окружающей среды, которые могут оказать вредное воздействие на здоровье и работоспособность человека. Длительное воздействие на человека вредного производственного фактора приводит к заболеванию.

Негативные факторы трудового процесса приводят к снижению трудоспособности и ухудшению качества выпускаемой продукции. Длительное воздействие неблагоприятных условий труда может привести к нарушению здоровья работающего, развитию профессионального заболевания или инвалидности.

Задачей охраны труда является гарантирование безопасных и здоровых условий труда и поддержание трудоспособности рабочих. Безопасными условиями труда считаются такие условия, при которых воздействие на работающих вредных или опасных производственных факторов исключено либо уровни их воздействия не превышают установленные нормативы.

Исследование опасных и вредных факторов при работе с ЭВМ. Для разработки программного обеспечения в данной дипломной работе были использованы следующие основные элементы вычислительной техники:

1.Персональный компьютер IBM РС Соге 2 Duo:

·   частота - 2 400 МГц;

·   оперативная память - 2Гб;

·   жесткий диск - 2 х 320Гб;

·   DVD-ROM

2.Монитор Philips 107р40:

· кадровая развертка - 50 ~ 160 Гц,

· строчная развертка - 30 ~ 70 КГц,

· рекомендуемое разрешение - 1024 х 768 при 100Гц,

· максимальное разрешение - 1280 х 1024 при 85Гц.

При использовании указанных элементов вычислительной техники могут возникнуть опасные и вредные факторы:

Безопасным для человека считается напряжение менее 40В. Персональный компьютер питается от двухфазной сети переменного тока с частотой 50Гц и напряжением 220В. Это напряжение является опасным для человека, поскольку прикосновение к токоведущим частям может привести к поражению электрическим током, что обуславливает появление опасного фактор - поражение электрическим током.

Воздействие электрического тока на человека может носить следующий характер:

· термический - нагрев тканей,

· электролитическое - влияние на состав крови,

· биологическое - раздражение нервных окончаний тканей, судорожное

· сокращение мышц.

· механический - разрыв тканей, получение ушибов, вывихов.

При поражении электрическим током человек может получить травмы следующего вида:

I. Общие повреждения - электроудары.

Различают электроудары четырех степеней сложности:

· первая степень: судорожное болезненное сокращение мышц без потери сознания;

· вторая степень: судорожное болезненное сокращение мышц, сопровождающееся потерей сознания, но с сохранением дыхания и

· сердцебиения;

· третья степень: судорожное сокращение мышц, потеря сознания,

· нарушение работы сердца или дыхания (либо и то, и другое вместе),

· четвертая степень: наступление клинической смерти, т.е. прекращение дыхания и кровообращения.

II. Местные повреждения - ожоги, металлизация кожи, электрические знаки, уплотнение кожи, электроофтальмия, механические повреждения.

При работе за экраном монитора человек попадает под воздействие излучения электромагнитных полей кадровой и строчной разверток на малых частотах, что вызывает появление вредного фактора - излучение электромагнитных полей низкой частоты. Данный вредный фактор влияет на человека следующим образом:

-может вызвать обострение некоторых кожных заболеваний: угревой сыпи, себорроидной экземы, розового лишая, рака кожи и др.;

-воздействие на метаболизм может вызвать изменение биохимической реакции крови на клеточном уровне, что ведет к стрессу;

· может возникнуть нарушение в протекании беременности;

· способствует увеличению возможности выкидыша у беременных в два раза,

· способствует нарушению репродуктивной функции и возникновению

· злокачественных образований;

· способствует нарушению терморегуляции организма;

- способствует изменениям в нервной системе (потере порога чувствительности);

· может привести к понижению/повышения артериального давления;

-может привести к функциональным нарушениям сердечнососудистой и центральной нервной систем человека.

Результатом длительного нахождения в мощном ореоле низкочастотных электрических полей могут стать головные боли и нарушение визуального восприятия изображения на экране после нескольких часов работы на компьютере.

При работе за экраном дисплея пользователь попадает под воздействие ультрафиолетового излучения (УФИ). Это электромагнитное излучение в области, которая примыкает к коротким волнам и лежит в диапазоне длин волн ~ 200 - 400 нм. При повышении плотности данного излучения, оно становиться для человека вредным фактором. Его воздействие особенно сказывается при длительной работе с компьютером. Необходимо учитывать, что человек подвергается суммарному воздействию:

-УФИ, испускаемого монитором,

-УФИ, излучаемого люминесцентными лампами,

-УФИ, проникающего сквозь оконные проемы.

Такая совокупность излучения может превысить нормируемую плотность УФИ, равную 10 Вт/м2.

При длительном воздействии и больших дозах УФИ могут быть следующие последствия:

· серьезные повреждения глаз (катаракта);

· рак кожи;

· кожно-биологический эффект: гибель клеток, мутация, канцерогенные

· накопления;

· фототоксичные реакции.

происходит образование чужеродных соединений молекул белка, обладающих даже токсическими свойствами;

-        происходит изменение внутренней структуры веществ в организме, приводящее к развитию матокровия, к образованию злокачественных опухолей, катаракты глаз.

Во время работы на персональных ЭВМ при прикосновении к любому из элементов оборудования могут возникнуть разрядные токи статического электричества. Вследствие этого происходит электризация пыли и мелких частиц, которые притягивается к экрану. Собравшаяся на экране электризованная пыль ухудшает видимость, а при повышении подвижности воздуха в помещении более 0.2 м/с, попадает на лицо и в легкие человека, вызывая заболевания кожи и дыхательных путей. Статическое электричество при превышении нормированного значения 15 кВ/м становится вредным фактором [37].

Особенно электростатический эффект наблюдается у компьютеров, которые находятся в помещении с полами, покрытыми синтетическими коврами. При повышении напряженности поля Е>15кВ/м, статическое электричество может привести к выходу компьютера из строя, замыканию клавиатуры и потере информации на экране.

К вредным факторам при работе за компьютером можно также отнести блики и мерцание экрана из-за низкой частоты вертикального обновления или из-за низкого качества развертки монитора. Экспериментальные данные показывают, что вышеуказанные факторы способствуют возникновению:

· близорукости и переутомлению глаз;

· мигрени и головной боли;

· раздражительности, нервному напряжению и стрессу.

При работе за компьютером для вывода информации на бумажный носитель применяется принтер. Но, поскольку, принтер работает кратковременно, вредного воздействия на человека по шуму он не оказывает.

Из анализа опасных и вредных факторов, возникающих при работе на компьютере, можно сделать вывод, что оператор нуждается в средствах защиты от их воздействия.

Методы защиты пользователей от опасных и вредных факторов

Зашита от поражения электрическим током

Для защиты от напряжения прикосновения используется зануление. Занулением называется преднамеренное соединение нетоковедущих частей с нулевым защитным проводником (рис 3.1). Зануление применяется в трехфазных сетях с заземленной нейтралью в установках до 1000 Вольт и является основным средством обеспечения электробезопасности.

Защита человека от поражения электротоком в сетях с заземлением осуществляется тем, что при замыкании одной из фаз на зануленный элемент машины в цепи этой фазы возникает ток короткого замыкания, который вызывает перегорание предохранителя (автомата) в оборудовании, в результате чего происходит отключение аварийного участка от сети.

Расчет возможной величины тока короткого замыкания производится на основе следующих данных.

.        В качестве нейтральной электропроводки (НЭП) используются три провода, параметры которых приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1

Провод	Длина, м	Площадь сечения, Материал
1	430	2	Алюминий
2	100	2	Алюминий
3	65	0,5	Медь

2.   Коэффициент, учитывающий тип защитного устройства: k=3.

3.   Фазовое напряжение: U = 127В.

4.   Паспортная величина сопротивления обмотки трансформатора:

rτ= 4 Ом.

5.   Удельное сопротивление медных проводников ρ = 0,0175 Ом*м.

6.   Удельное сопротивление алюминиевых проводников: ρ = 0.028 Ом*м.

7.   Расчет величины возможного тока короткого замыкания по заданным параметрам:

(3.1)

где  - ток короткого замыкания [А];

 - фазовое напряжение [В];

 - общее сопротивление цепи [Ом];

 - сопротивление катушек трансформатора [Ом].

 , (3.2)

Где  - сопротивление первого и второго проводника соответственно [Ом];

 - сопротивление нулевого защитного проводника [Ом];

Расчет сопротивления проводника производится по формуле:

 , (3.3)

где  - удельное сопротивление материала проводника [Ом*м];

l - длина проводника [м];

S - площадь поперечного сечения проводника [мм~]. Таким образом, получаем следующие значения:

 = 0,028*(430/2) = 6,02 (Ом),

 = 0,028*(100/2) = 1,4 (Ом);

 = 0,0 1 75*(65/0,5)=2,275(Ом);

 = 6,02+1,4+2,275=9,695(Ом);

 = 127/(0,312/ 3 + 9,695) = 12,961 (А).

По величине тока короткого замыкания  определим, с каким  необходимо к

цепи питания ПЭВМ включить автомат. При замыкании фазы на зануленный корпус электроустановка автоматически отключается, если ток однофазного короткого замыкания  удовлетворяет условию:

 , (3.4)

где  - номинальный ток срабатывания защитного устройства, [А];

k - коэффициент, учитывающий тип защитного устройства.

Таким образом, номинальный ток срабатывания защитного устройства:

 , (3.5)  (А).

Отсюда следует, что во избежание поражения электрическим током и выхода из строя ПЭВМ и периферийного оборудования, в случае возникновения короткого замыкания или других причин появления напряжения прикосновения в цепь питания ПЭВМ необходимо включить автомат с номинальным током Iном= 10 А.

Защита от излучения электромагнитных полей низкой частоты

Для снижения уровня воздействия электромагнитных полей желательно пользоваться следующими мерами.

· Осуществлять экранирование экрана монитора, суть которого заключается в

· покрытии поверхности экрана слоем оксида олова, либо в стекло электролучевой трубки добавляется оксид свинца.

· Убирать рабочее место от источника электромагнитного поля: оператор должен

· находиться на расстоянии вытянутой руки от экрана монитора.

· Необходимо рациональное размещение оборудования. Располагать ЭВМ

· следует на расстоянии не менее 1.22 м от боковых и задних стенок других

· мониторов.

· Запрещается работать при снятых внешних кожухах (корпусах) персональных

· компьютеров.

· Необходимо ограничивать время работы за компьютером. Время непрерывной

· работы должно составлять не более 4 часов в сутки. За неделю суммарное

· время работы не должно превышать 20 часов.

Защита от ультрафиолетового излучения

Для ослабления ультрафиолетового излучения необходимо:

· использовать в помещении, где установлена вычислительная техника,

· люминесцентные лампы мощностью не более 40 Вт;

· стены в помещении должны быть побелены обычной побелкой, или побелкой с

· добавлением гипса (что ослабляет воздействие УФИ на 45-50%);

· использовать светофильтры (очки, шлемы) из тёмно-зелёного стекла, полную

· защиту от УФИ всех длин волн обеспечивают очки «флинтглаз» (стекло,

· содержащее окись свинца) толщиной 2 мм;

- рекомендуется находиться в одежде из ткани, наименее пропускающих УФИ (например, из поплина или фланели).

Защита от рентгеновского излучения

Защиту от рентгеновского излучения можно обеспечить:

1.   выбором длительности работы с компьютером;

2.   выбором расстояния до экрана монитора;

3.   экранированием.

Рассмотрим более подробно каждый пункт.

-Время работы на персональном компьютере по санитарным нормам не должно превышать четырех часов в сутки.

-Все компьютеры, не соответствующие шведскому стандарту МРКII (МРКII базируется на концепции о том, что люди живут и работают в местах, где уже есть магнитные и электрические поля, поэтому устройства, которые мы используем, такие, как монитор для компьютера, не должны создавать электрические и магнитные поля, большие, чем те, которые уже существуют), на расстоянии 5 см от экрана имеют мощность дозы рентгеновского излучения 50-100 мкР/час.

Для определения величины облучения оператора, рассчитаем дозу, которую можно получить на различном расстоянии от экрана монитора.

Для этого необходимо определить мощность дозы облучения  на расстоянии r от экрана, которая рассчитывается по формуле:

, (3.6)

где Ро - начальная мощность дозы на расстоянии 5 см от экрана, равная 100мкР/ч;

r - расстояние от экрана, измеряемое в сантиметрах;

μ - линейный коэффициент ослабления рентгеновского излучения воздухом, измеряемый в 1/см.

Поскольку энергетический уровень рентгеновского излучения неизвестен, для расчета возьмем 1.

Рассчитаем мощность дозы облучения на расстояниях: 5, 10, 20, 30, 40, 50. 60. 70. 80. 90, 100 см (обычно оператор не находится от монитора далее, чем на 1 метр). Результаты расчетов приведены в таблице 3.2, где в первой строке укачано расстояние, а во второй величина дозы облучения.

На основании таблицы 3.2 можно построить график зависимости мощности дозы излучения от расстояния до экрана (рис. 3.2).

Как правило, пользователь располагается на расстоянии 50 - 60см от экрана дисплея. Таким образом, он подвергается дозе облучения 15.2-21 мкР/ч (для дальнейших расчетов будем использовать максимальное значение 21 мкР/ч). Годовая норма дозы облучения составляет 0.1 Р/год. Для определения годовой нормы облучения оператора за год рассчитаем данную величину, учитывая, что человек находился перед монитором по 4 часа в сутки (максимально допустимое время) и 5 дней в неделю.

Из расчета получено, что годовая доза облучения составляет 0,018480 Р/год. что не

Таблица 6.2

r, см.	5	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
Р, МкР/ч.	100	73.1	53.4	39	28.5	21	15.2	11.1	8.1	5.9	4.3

превышает нормированное значение. Таким образом, при нахождении оператора на расстоянии 50-60 см от монитора по 4 часа в сутки 5 дней в неделю соблюдено условие защиты человека от радиации.

Пользователи, использующие мониторы, не соответствующие стандарту МРRII, нуждаются в дополнительной защите от воздействия рентгеновского излучения. Такая защита обеспечивается экранированием. Экранирование - это использование специальных экранов для монитора. Лучшим из них считаются экраны: "Ergostar", дающие ослабление 0.03 мкР/ч на 5 см., а также "Global Shield” , соответствующие стандарту МРRII.

Защита от статического электричества

Для защиты от статического электричества необходимо выполнять следующие требования:

1.   Обеспечить подвижность воздуха в помещении не выше 0.2 м/сек.

2.   При проветривании помещения люди в нем должны отсутствовать

3.   Обеспечить регулярное проведение влажной уборки, для снижения количества

4.   пыли в помещении.

5.   Покрытие полов должно быть антистатичным.

6.   Помещение должно быть оборудовано кондиционером и пылеуловителем, а

7.   иногда "Люстрой Чижевского" (ионизатор воздуха), эти устройства снижают

8.   количество пыли в помещении (а "Люстра Чижевского" еще и подавляет

9.   статические поля).

10.После занятий на компьютере необходимо умыться холодной водой.

11.В помещении крайне нежелательно применение мела, поскольку мел

12.постепенно переходит с доски на лица людей путем разгона статическими

13.полями (если в помещении должна быть доска, то она должна быть маркерной).

14.В помещении должны быть в наличии нейтрализаторы статического

15.электричества. Наиболее эффективным способом нейтрализации статического

16.электричества является применение нейтрализаторов, создающих вблизи наэлектризованного диэлектрического объекта положительные и отрицательные ионы.

17.Различают несколько типов нейтрализаторов:

· коронного разряда (индуктивные и высоковольтные);

· радиоизотопные;

· комбинированные;

· аэродинамические.

Нейтрализаторы радиоизотопного и аэродинамическою типов используют во взрывоопасных производствах. Индуктивные нейтрализаторы применимы в случаях, когда их можно расположить очень близко к наэлектризованному материалу (20 мм и менее). Кроме того, они не ликвидируют заряд полностью, остаточная плотность заряда на материале может достигать 5x10 Кл/м2. Высоковольтные нейтрализаторы высокоэффективны, и их работа не зависит от величины заряда на материале.

Для защиты от статического электричества существуют специальные шнуры питания с встроенным заземлением. Там, где это не используется (отсутствует розетка) необходимо заземлять корпуса оборудования. Все корпуса оборудования, клавиатура, защелки дисководов и кнопки управления должны быть выполнены из изоляционного материала.

Блики и мерцание экрана

Мерцание экрана зависит исключительно от характеристик монитора, поэтому уменьшить воздействие данного вредного фактора можно лишь, уменьшив время, проведенное за экраном монитора. Блики на экране монитора могут возникнуть из-за неправильного освещения в помещении.

Эргономические требования к рабочим местам пользователей

Помимо выполнения рассмотренных методов защиты от воздействия опасных и

вредных факторов при работе за компьютером важным является соблюдение эргономических требований при организации рабочих мест.

Выполнение эргономических рекомендаций по эксплуатации компьютеров позволяет значительно снизить вредные воздействия находящихся в эксплуатации ЭВМ [40]. В первую очередь безопасность при работе с ЭВМ может быть обеспечена за счет правильного выбора визуальных параметров дисплея, рационального размещения компьютеров в помещениях, оптимальной с точки зрения эргономики организации рабочего дня пользователей, а также за счет применения средств повышения контраста и защиты от бликов на экране, электромагнитных излучений и электростатического поля.

Требования к визуальным эргономическим параметрам дисплеев с учетом их эксплуатации

Визуальные эргономические параметры дисплеев являются важнейшими параметрами безопасности, и их неправильный выбор однозначно влияет на зрительный дискомфорт и утомление человека-пользователя.

Для надежного считывания информации, при соответствующей степени комфортности ее восприятия, выбор параметров монитора должен обеспечивать работу оператора в оптимальных и допустимых диапазонах значений соответствующих параметров. Оптимальные и допустимые значения визуальных эргономических параметров должны быть указаны в технической документации на монитор для режимов работы различных категорий пользователей (детей, студентов, профессиональных специалистов и т.п.).

При выборе дисплея необходимо в первую очередь обращать внимание на следующие параметры:

         размер видимого изображения по диагонали,

-        размер точки изображения,

-        максимальное разрешение изображения.

Требования к помещениям и оборудованию рабочих мест

1. Конструкция рабочего стола должна обеспечивать оптимальное размещение на рабочей поверхности используемого оборудования (монитора, системногоблока, клавиатуры, принтера и т.д.) с учетом его количества и конструктивных особенностей, характера выполняемой работы, а также возможности выполнения трудовых операций в пределах досягаемости. Поверхность стола должна быть ровной, без углублений. Высота рабочей поверхности стола должна регулироваться в пределах 680-800 мм. При отсутствии такой возможности высота рабочей поверхности - 725 мм. Рабочий стол должен иметь пространство для ног высотой не менее 620 мм, шириной - не менее 550 мм, глубиной на уровне колен - не менее 450 мм, и на уровне вытянутых ног - не менее 650 мм.

2. Конструкция рабочего стула (кресла) должна обеспечивать поддержание рациональной рабочей позы при работе, позволять изменять позу с целью снятия статического напряжения мышц шейно-плечевой области и спины для предупреждения развития утомления. Рабочий стул (кресло) должен быть подъемно-поворотным и регулируемым по высоте и наклону сиденья и спинки, а также по расстоянию спинки от переднего края сиденья. При этом регулировка каждого параметра должна осуществляться независимо от других, легко, и иметь надежную фиксацию. Поверхность сиденья должна быть полумягкой, с не электризуемым, воздухопроницаемым покрытием, а также легко чистящейся. Ширина и глубина поверхности сиденья - не менее 400 мм, регулировка высоты - в пределах 400-500 мм и углам наклона вперед - до 150, назад - до 50, высота опорной поверхности спинки стула (кресла) -300 мм (+/-)

20 мм, ширина - не менее 380 мм, угол наклона спинки в вертикальной плоскости от 0 до 30˚.

3. Экран монитора должен находиться на расстоянии 500-700 мм от глаз пользователя.

4. Панель клавиатуры должна быть установлена в удобной для рук зоне так, чтобы предплечье находилось в горизонтальном положении, а плечо - примерно вертикально. Желательно избегать установки клавиатуры внутрь стола для освобождения рабочего места.

5. Линия взгляда должна быть в пределах от 00 до 60° вниз от горизонтали.

6. Подставка для бумаг должна находиться не под экраном, а возле него на той же высоте, что и экран, и на расстоянии, обеспечивающем хорошую считываемость символов. Подставка для книг должна иметь минимальную ширину опорной поверхности - 400 мм, минимальную глубину опорной поверхности - 300 мм, наклон опорной поверхности к горизонтали - 10°, или регулируемый. Край опорной поверхности должен быть регулируемым по высоте в пределах 40-150мм от пола. Если регулировка не произвольная, то она должна иметь три положения. Опорная поверхность должна быть скользкой, и подставка должна плотно прилегать к полу.

7. Рекомендуемый микроклимат в помещениях при работе с ПЭВМ:

· температура 19-21° С;

· относительная влажность воздуха 55-62%.

8. Площадь на одно рабочее место должна составлять примерно 6 м2.

9. Поверхность пола в помещениях должна бать ровной, без выбоин, нескользкой,

10.удобной для чистки и влажной уборки, обладать антистатическими свойствами

Требования к режиму работы и отдыха

Режимы труда и отдыха при работе с ПЭВМ зависят от категории трудовой деятельности. Все работы с использованием ПЭВМ делятся на три категории:. Эпизодическое считывание и ввод информации в ПЭВМ или работа в режиме диалога (не более 2-х часов за 8-часовую рабочую смену).. Считывание информации с предварительным запросом не более 40 тыс. знаков или ввод информации не более 30 тыс. знаков или творческая работа в режиме диалога не более 4-х часов за 8-часовую смену.. Считывание информации с предварительным запросом более 40 тыс. знаков или ввод информации более 30 тыс. знаков или творческая работа в режиме диалога более 4-х часов за 8-часовую рабочую смену.

Время регламентированных перерывов за рабочую смену следует принимать в зависимости от категории трудовой деятельности с ПЭВМ, а также продолжительности смены.

Продолжительность непрерывной работы с ПЭВМ без регламентированного перерыва не должна превышать 2 часов.

Продолжительность обеденного перерыва определяется действующим законодательством о труде и Правилами внутреннего трудового распорядка предприятия (организации, учреждения).

При 8-часовой рабочей смене регламентированные перерывы целесообразно устанавливать:

для I категории работ с ПЭВМ через 2 часа от начала смены и через 2 часа

после обеденного перерыва продолжительностью 15 минут каждый;

для категории работ II через 2 часа от начала смены и через 2 часа после обеденного перерыва продолжительностью 15 минут каждый или продолжительностью 10 минут через каждый час работы;

для III категории работ с ПЭВМ через 2 часа от начала смены, через 1,5 и 2,5 часа после обеденного перерыва продолжительностью 5-15 минут и через каждый час работы.

При 12-часовой рабочей смене регламентированные перерывы устанавливаются в первые 8 часов работы аналогично перерывам при 8-часовой рабочей смене, а в течение последних 4 часов работы, независимо от категории и вида работ, через каждый час продолжительностью 5-10 минут. При работе с ПЭВМ в ночную смену, независимо от вида и категории работ, продолжительность регламентированных перерывов увеличивается на 60 минут.

С целью уменьшения отрицательного влияния монотонного труда целесообразно применять чередование типов и темпа выполнения операций. Например, чередовать чтение осмысленного текста и ввод числовых данных.

В случаях возникновения у работающих с ПЭВМ зрительного дискомфорта и других неблагоприятных субъективных ощущений, несмотря на соблюдение санитарно-гигиенических, эргономических требований, режимов труда и отдыха следует применять индивидуальный подход в ограничении времени работ с ПЭВМ и коррекцию длительности перерывов для отдыха или проводить смену деятельности на другую, не связанную с использованием ПЭВМ.

Требования к освещенности рабочих мест

Рациональное освещение помещений - один из наиболее важных факторов, от которых зависит эффективность трудовой деятельности человека. Назначение его состоит в следующем:

· снижать утомляемость,

· увеличивать условия зрительной работы,

· способствовать повышению производительности труда и качества продукции,

· оказывать благоприятное воздействие на психику,

· уменьшать уровень травматизма и увеличивать безопасность труда.

К освещению в помещения предъявляются следующие требования:

1. Помещения должны иметь естественное и искусственное освещение

2. Оконные проемы должны иметь регулируемые жалюзи или занавеси, позволяющие полностью закрывать оконные проемы. Занавеси следует выбирать одноцветные, гармонирующие с цветом стен, выполненные из плотной ткани и шириной в два раза больше ширины оконного проема. Для дополнительного звукопоглощения занавеси следует подвешивать в складку на расстоянии 15-20 см от стены с оконными проемами.

3. Рабочие места по отношению к световым проемам должны располагаться так, чтобы естественный свет падал сбоку, преимущественно - слева.

4. Для общего освещения в помещении должна быть обеспечена норма освещенности, равная 400 Лк.

5.Для исключения возникновения бликов экран монитора должен быть покрыт антибликовым покрытием. При его отсутствии необходимо использовать экраны и фильтры, обеспечивающие устранение бликов и повышение контрастности изображения. Наилучшими характеристиками обладают фильтры "полной защиты", состоящие из 3-5 антибликовых слоев, поглощающего слоя и проводящего металлизированного слоя. Однако наиболее распространенными являются более простые фильтры, которые делятся на несколько типов:

-        из нейлоновой сетки: повышают контрастность при уменьшении общей яркости изображения;

-    стеклянные с заземлением: предположительно снимают электростатику, повышают контрастность изображения и уменьшают фронтальное электромагнитное излучение;

-        из нейлоновой сетки с графическим покрытием и заземлением: повышают контрастность и снимают электростатику.

6. В рабочей зоне освещение должно быть в такой мере, чтобы человек имел возможность хорошо видеть процесс работы, не напрягая зрение и не наклоняясь (менее чем на 0,5 метра до глаз) к объекту.

7. Освещение не должно создавать резких теней, бликов и оказывать слепящее действие. Глаза должны быть защищены от прямых источников света.

8. Спектральный состав света должен быть приближен к естественному свету.

9. Уровень освещенности должен быть достаточен и соответствовать условиям зрительной работы.

10.Уровень освещенности должен обеспечивать равномерность и устойчивость уровня освещенности.

11.Освещение не должно создавать блескости как самих источников света, так и предметов, находящихся в рабочей зоне.

Дополнительные требования к освещению в вычислительных центрах

1. Местное освещение не рекомендуется. Используется общее освещение. Максимальная освещенность 400 лк, блескость менее 15 ед., пульсация менее 10%.

2. Освещенность на поверхности стола в зоне размещения рабочего документа должна быть 300-500 лк. Допускается установка светильников местного освещения для подсветки документов. Местное освещение не должно создавать бликов на поверхности экрана и увеличивать освещенность экрана более 300 лк.

3. Следует ограничивать прямую блескость от источников освещения, при этом яркость светящихся поверхностей (окна, светильники и др.), находящихся в поле зрения, не должна быть более 200 кд/ кв.м.

4. Следует ограничивать неравномерность распределения яркости в поле зрения монитором и ПЭВМ, при этом соотношение яркости между рабочими поверхностями не должно превышать 3:1 - 5:1, а между рабочими поверхностями и поверхностями стен и оборудования 10:1.

5. Лампы рекомендуется использовать белого света, холодного белого света, наиболее близкие к естественному свету. Мощность ламп 36-40 ВТ, температура 3000-4200 градусов Кельвина, тогда они не дают высокого ультрафиолетового излучения.

6. Основной поток естественного света должен быть слева. Солнечные лучи и блики не должны попадать в поле зрения работающего с ПЭВМ.

7. Помещения должны иметь естественное и искусственное освещение. Желательна ориентация оконных проемов на север или северо-восток.

8. Для устранения бликов на экране, также как чрезмерного перепада освещенности в поле зрения, необходимо удалять экраны от яркого дневного света.

9. Рабочие места должны располагаться от стен с оконными проемами на расстоянии не менее 1,5 м, от стен без оконных проемов на расстоянии не менее 1,0м.

10.Площадь на одно рабочее место должна составлять примерно 6 м2.

11.Поверхность пола в помещениях должна бать ровной, без выбоин, нескользкой, удобной для чистки и влажной уборки, обладать антистатическими свойствами.

12.Для подсветки документов допускается установка светильников местного освещения, которые не должны создавать бликов на поверхности экрана и увеличивать его освещенность до уровня более 300 лк. Следует ограничивать прямые блики от источников освещения. В качестве источников света при искусственном освещении необходимо применять преимущественно люминесцентные лампы типа ЛБ. Допускается применение ламп накаливания в светильниках местного освещения. Для того, чтобы избегать ослепления необходимо устранять из поля зрения оператора источники света (лампы, естественный солнечный свет), а также отражающие поверхности (например, поверхность блестящих полированных столов, светлые панели мебели). При электрическом освещении упомянутые требования могут быть удовлетворены при выполнении следующих условий:

· освещение должно быть не прямым, для чего необходимо избегать на потолке зон чрезмерной освещенности;

· освещенность должна быть равномерной;

· потолок должен быть плоским, матовым и однородным;

· необходима достаточная высота потолка для возможности регулировать

· высоту подвеса светильников, в помещениях больших размеров необходимо устанавливать ряды светильников, параллельных окнам, для того, чтобы иметь возможность включать и выключать определенные ряды светильников в зависимости от уровня естественного освещения.

13.Конструкция рабочего стола должна обеспечивать оптимальное размещение на рабочей поверхности используемого оборудования с учетом его количества и конструктивных особенностей, характера выполняемой работы, а также возможности выполнения трудовых операций в пределах досягаемости.

Рекомендации по защите пользователей от излучений ЭВМ

Если в помещении эксплуатируется более одного компьютера, то следует учесть, что на пользователя одного компьютера могут воздействовать излучения от других ПЭВМ, в первую очередь со стороны боковых и задних стенок дисплея. Учитывая, что от излучения со стороны экрана дисплея можно защититься применением специальных фильтров, необходимо, чтобы пользователь размещался от боковых и задних стенок других дисплеев на расстоянии не менее 1.5м.

При подборе вычислительной техники следует отдавать предпочтение мониторам с низкими уровнями излучений, отвечающим шведским стандартам МРR 1990:8, МРR 1990:10, ТСО91 и повышенными визуальными характеристиками. На мониторы рекомендуется устанавливать защитные фильтры класса полной защиты (Тоtа1 shield), обеспечивающие практически полную защиту от всех вредных воздействий монитора в электромагнитном спектре и позволяющие уменьшить блик от электронно-лучевой трубки, а также повысить читаемость символов.

Выводы

1. При использовании человеком вычислительной техники могут возникнуть опасные и вредные факторы, такие как: поражение электрическим током, излучение электромагнитных полей низкой частоты, ультрафиолетовое излучение, рентгеновское излучение, статическое электричество.

2. Необходимо не только знать о влиянии на человека данных факторов, но и уметь обезопасить себя от их воздействия.

3. Безопасность при работе с ЭВМ может быть обеспечена за счет:

· правильного выбора визуальных параметров дисплея,

· рационального размещения компьютеров в помещениях,

· оптимальной с точки зрения эргономики, организации рабочего дня пользователей,

· применения средств защиты от вредных и опасных факторов,

· правильного оборудования рабочего места,

· правильного подбора освещения и микроклимата в помещении.

4. Используемые методы и способы по защите от воздействия опасных и вредных факторов, защитных автоматов и соблюдение эргономических требований обеспечивают безопасность разработчика и пользователей.

8. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном дипломном проекте был разработан программно-аппаратный комплекс, с помощью которого можно проводит исследования в области шагающих робототехнических устройств.

В ходе выполнения работы был решен ряд задач:

.        Были изучены общие принципы построения многозвенных механизмов и систем управления.

.        Была разработка конструкции исполнительных механизмов платформы шагающего робота;

.        Был спроектирован и изготовлен корпус робота.

.        Была разработана архитектура автономной системы управления шагающим роботом;

.        Была разработка системы очувствления, использующая дальномеры, тактильные и инерциальные (акселерометры и гироскоп) датчики;

.        Были разработаны алгоритмы, обеспечивающие управление системой приводов и реализующие как супервизорное, так и автоматическое управление;

.        Были спроектированы и реализованы схемы универсальных контроллеров;

.        Было разработано программное обеспечение микроконтроллеров.

.        Была разработана система управления высокого уровня;

.        Был проведен ряд экспериментов по управлению шагающим роботом;

.        Были рассчитаны экономические показатели;

.        Были разработаны меры безопасности.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.  [Афанасьев и др. 2005] Афанасьев О.А., Гендель В.С., Зимин А.В. Шагающие машины Теория Механизмов и Машин. 2005. №1. Том 3

2.       [Буданов, 2005] Буданов В.М. Алгоритмы планирования движений шестиногого шагающего аппарата , 2005г.

.        [Тимонов 2002] Тимонов А.В. Разработка алгоритмов управления шестиногим шагающим аппаратом "Катарина" на основе заданных походок 2002г.

.        [Чернышев, 2008] Чернышев В.В. Методы расчета и проектирования шагающих движителей циклового типа мобильных робототехнических систем, 2008г.

5.       [prorobot] KMR-M6: робот-паук для энтузиастов робототехники //URL: #"563652.files/image054.gif">

 

. Листинг программы контроллера

/*****************************************************: Программа подчинённого контроллера / XPod

Timer1: ШИМ: управление: 1.07

Date : 11.07.2011: 16.12.2011Иванов Н.В.: МИЭМ:type : ATmega88type : Applicationfrequency : 7,372800 MHzmodel : SmallSRAM size : 0Stack size : 256

*****************************************************/

#include <mega48.h>

#include <stdio.h>

#include <delay.h>

#include "m48lib.h"

#include "usart48.h"

#include "shim48fx.h"

#include "..\mxpdlib.h"

#include "..\mxpdproto.h"

//----------------------------------------------------------currAng[PWM_CH_NUM] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};goalAng[PWM_CH_NUM] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};

// Начальное положение манипулятораstartAng[PWM_CH_NUM] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};

// Массив флагов для управления сервоприводамиneedrotate[PWM_CH_NUM] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};

#define AStepDefault 2 // Начальное значение шага изменения угла поворотаAStep = AStepDefault; // Шаг угла поворотаTICK_CNT = 0;wasBlocked = 0; // Флаг блокировки движенияADCVAL[8] = {0,0,0,0,0,0,0,0};

// Маска и значение прерывания операции CMD_SET_INT

BYTE INT_MASK = 0x00;INT_VALUE = 0xFF;SetStartPos(void);[TIM2_OVF] void timer2_ovf_isr(void)

// Рабочий таймер (7200 Hz)

// Эффективная частота - 28 Hz (7200/255) Hz / T2Div = 10 Hz

{

#define EFreq2 20 // 20 эффективная частота, Hz

#define T2Div2 (W_T2_FREQ/EFreq2)

int i;int CN = 0;n, bvalue;=W_TCNT2_RESET_VAL;++;(CN>=T2Div2) CN=0; else return;

//if(TICK_CNT%2) cmdIndic=1; else cmdIndic=0; //Этот индикатор нужен для диагностики ошибки

//if(TICK_CNT%2) out1=1; else out1=0;_CNT++;

// Пищалка(PIP_CNT>0) PIP_CNT--;SOUND = 0;= REGIST[REG_ASTEP];

// Проверяем датчики блокировки(i=0;i<8;i++)

{= (REGIST[REG_SBMASK] & (1<<i));(n)

{= 1;(!wasBlocked)

{= 1;();;

};

}

}

}= 0;= 0;

// Управляем сервомашинками(i=0;i<fxPWM_CH_NUM;i++)

{(currAng[i]!=goalAng[i])

{[REG_STAT] |= (BYTE)(1<<i); // Установить разряд i в '1'(abs(currAng[i]-goalAng[i])<AStep)

{[i]=goalAng[i];

}

{(currAng[i]<goalAng[i])[i]=currAng[i]+AStep;[i] = currAng[i] - AStep;

}

// Выставляем флаг

//ShimSetAng(i, currAng[i]);[i] = 1;

}

{

// Гасим флаг[i] = 0;

// Команда отработана[REG_STAT] &= (BYTE)(~(1<<i)); // Установить разряд i в '0'

}

}

}SetStartPos(void)

// Установить в начальное положение

{i;(i=0;i<fxPWM_CH_NUM;i++)

{(i, startAng[i]);[i] = currAng[i] = startAng[i];[REG_STAT] = 0x00;

}

}StopAllServo(void)

// Останов всех сервоприводов

{i;

for(i=0;i<fxPWM_CH_NUM;i++)[i] = currAng[i];

}

//----------------------------------------------------------

//

//----------------------------------------------------------main(void)

{addr, MY_ADDR, U1, U2, a1, a2;char num, angle;i;_485Init();();_CH_NUM = 6;

USART_Init(BR57600);

// Установить в начальное положение

SetStartPos();

// Timer/Counter 2 initialization

// Clock source: System Clock

// Clock value: 7,200 kHz

// Mode: Normal top=FFh

// OC2A output: Disconnected

// OC2B output: Disconnected=0x00;A=0x00;B=0x07;=0x00;A=0x00;B=0x00;

// Timer/Counter 2 Interrupt(s) initialization=0x01;

// Global enable interrupts

#asm("sei")

//--------------------------------------------------------

// Определяем собственный адрес=ReadByteADC(6);

a1=U1>100;=ReadByteADC(7);=U2>100;_ADDR=a1+a2*2;(MY_ADDR);

// Инициализация регистров[REG_ASTEP] = AStepDefault;[REG_SBLIM] = (signed char)0xff;[REG_SBMASK] = 0x00;[REG_STAT] = 0x00;

//--------------------------------------------------------

// Основной цикл

//--------------------------------------------------------CTL = U485READ;(1)

{

//------------------------------------------------------

// Считываю байты с портов

for(i=0;i<8;i++)[i] = ReadByteADC(i);

//------------------------------------------------------

// Управление сервомашинками

//------------------------------------------------------(i=0;i<fxPWM_CH_NUM;i++)

{(needrotate[i])

{(i, currAng[i]);

needrotate[i] = 0;

}

}

//------------------------------------------------------

// Проверяем условие прерывания операции CMD_SET_INT

//------------------------------------------------------(i=0;i<8;i++)

{= (INT_MASK & (1<<i));(num)

{(ADCVAL[i]>=INT_VALUE) // Блокируем движение

{();_MASK = 0;;

}

}

}(UWasChar1()) addr = ReadCommand(); else continue;(addr!=MY_ADDR) continue;CTL = U485WRITE;_us(DELAY_TIME);(MRcmd)

{CMD_GET_REG:(HEADER_BYTE);(MRfrom);(MY_ADDR);(CMD_SENS_COND);(MAX_REGIST);(i=0;i<MAX_REGIST;i++)(REGIST[i]);;CMD_READ_SENS: // Отправляем значения АЦП(HEADER_BYTE);(MRfrom);(MY_ADDR);(CMD_SENS_COND);(8);(i=0;i<8;i++)(ADCVAL[i]);;CMD_SENS_COND: // Пропускаю командуCMD_ACK:;CMD_PIP: // Пищалка();;CMD_STARTPOS: // Исходное положение();;CMD_SET_FAST:CMD_SET_SLOW:= MRDATA[0];= MRDATA[1];(num<0 || num>=fxPWM_CH_NUM) break;(angle>MaxAng) angle = MaxAng;(angle<MinAng) angle = MinAng;(MRcmd==CMD_SET_FAST) // Быстрый поворот

{[num] = goalAng[num] = angle;((int)num, (int)angle);

}// Медленный поворот[num] = angle;;CMD_SET_VECT_SLOW:CMD_SET_VECT_FAST:(MRlen>fxPWM_CH_NUM) MRlen = fxPWM_CH_NUM;(i=0;i<MRlen;i++)

{= MRDATA[i];(angle>MaxAng) angle = MaxAng;(angle<MinAng) angle = MinAng;(MRcmd==CMD_SET_VECT_FAST) // Быстрый поворот

{[i] = goalAng[i] = angle;(i, (int)angle);

}// Медленный поворот[i]=angle;

};CMD_SET_REG: // Установить значение регистра= MRDATA[0];(num<0 || num>=MAX_REGIST) break;[num] = MRDATA[1];;

//----------------------------------------------------

// Для версии SlaveXPod

//----------------------------------------------------CMD_STOP: // Останов всех сервоприводов();;CMD_SET_INT: // Прервать выполнение операции по состоянию датчика. Аргументы: <маска датчиков> <значение>_MASK = MRDATA[0];_VALUE = MRDATA[1];;

}

// Посылаем подтверждение приема(MRcmd!=CMD_GET_REG && MRcmd!=CMD_READ_SENS)

{(HEADER_BYTE);(MRfrom);(MY_ADDR);(CMD_ACK);

putchar(0);

}

// Ждем, пока не освободится буфер вывода

while(tx_counter0);_us(DELAY_TIME);485CTL = U485READ;

}

3. Листинг демонстрационной программы

/*

Автор: Иванов Н.В.

Версия 1.02

Дата создания: 31.08.2011

Дата последней модификации: 16.12.2011

*/

#include <stdio.h>

#include <time.h>

#include <math.h>

#include <stdarg.h>

#include <conio.h>

#include <windows.h>

#include <vcl.h>

#include "popular.h"

#include "rs232lib.h"

#include "hxpdlib.h"

#pragma hdrstop

#pragma argsused*Title = "\nSimple XPod Ctl 1.02\n";PortName = "COMX";ComPortSpeed = 57600; // Скорость*IniFile = "hxctl.ini";*MacroFile = "hxctl.mdf";

//-----------------------------------------------------TUsrComPort::Open()

// Разбираемся с COM-портом

{res;= new TComPort(PortName, BaudRate, res);

Ready = (Port!=NULL && res!=0);(!Ready)("\nUnable to open '%s' at %d",PortName, BaudRate);("OK");

}ReadSensors(void)

{BYTE cn = 0;

#define ATTR_INFO 0xF1cnimg[] = {'-', '|', '/', '-', '\\', '*'};

#define OFFS 4

#define SharpRight OFFS+0

#define SharpLeft OFFS+1_LEN = 0;(ExecCommand("readsensors")!=E_OK)("*** Exec command 'readsensors' error\n");(RDPACKAGE_LEN<=0)("Read sensors error");sx, sy;= wherex();= wherey();(1,1);(ATTR_INFO);();(int i=0;i<8;i++)("%3d ", (int)RDPACKAGE[OFFS+i]);(" %c", cnimg[++cn % (sizeof(cnimg))]);(sx,sy);

}ExShowCommand(char *s)

{("%s \r",s);

}ExPrintf(char *s)

{

printf("%s",s);

}

//----------------------------------------------------------

// Основная программа

//----------------------------------------------------------

void main(void)

{s;("\n%s\n",Title);

//--------------------------------------------------------

// Чтение файла конфигурации

//--------------------------------------------------------

FILE *f;

if((f=fopen(IniFile,"r"))==NULL)("Open inifile '%s' error",IniFile);

// Чтение файла конфигурации(!SkipRemarkLine(f, PortName))("Read PortName error");(!SkipRemarkLine(f, s))("Read ComPort speed error");= atoi(s);(f);(MacroFile);("\nTry init port '%s' at %d... ",PortName, ComPortSpeed);= new TUsrComPort(PortName,ComPortSpeed);>Open();("\n\n");

//--------------------------------------------------------

// Основной цикл

//--------------------------------------------------------eoj = 0;(!eoj)

{(10);();

#define DIST 50

//-----------------------------------------------------(RDPACKAGE[SharpLeft]<=DIST && RDPACKAGE[SharpRight]<=DIST)

{("StepFwd\n");("StepFwd");

}if(RDPACKAGE[SharpLeft]>=DIST && RDPACKAGE[SharpRight]>=DIST)

{("StepBack\n");("StepBack");

}if(RDPACKAGE[SharpLeft]>=DIST)

{("StepRight\n");("StepRight");

}if(RDPACKAGE[SharpRight]>=DIST)

{("StepLeft\n");("StepLeft");

}

//-----------------------------------------------------c;(kbhit())

{= getch();(c)

{27: eoj = 1; break;'w':(ExecCommand("StepFwd")!=E_OK)("\n*** Exec command error\n");;'a':(ExecCommand("StepLeft")!=E_OK)("\n*** Exec command error\n");;'d':(ExecCommand("StepRight")!=E_OK)("\n*** Exec command error\n");;'s':(ExecCommand("StepBack")!=E_OK)("\n*** Exec command error\n");;'r':("start.hxs");;

}

}

}

}

 

1. Краткое руководство пользователя

1.       Включаем связь с роботом

2.       С помощью кнопок "Сигнал" можно проверить работоспособность контроллеров: при нажатии должен раздаться звуковой сигнал от каждого

.        Перемещая ползунки, настраиваем положение ног робота

.        Когда все выставлено, нажимаем "Запомнить углы".

.        После того, как выставлены основные положения, заходим в файл xpd.lst, для просмотра и условного обозначения координат

<macro>

;

0 w 6 27 -44 -3 45 -44 -3

0 w 6 -27 44 3 -45 44 3

#

Первые три числа - координаты точек передней левой лапки, в название так и зафиксируем, левая передняя бок поставить

6.       Включаем связь с роботом

7.       Включаем 2 контроллера, должен раздаться звуковой сигнал от каждого

.        Перемещая курсор, настраиваем положение каждой ножки робота

.        Когда все выставлено, нажимаем «Запомнить углы».

.        После того, как выставлены основные положения, заходим в файл xpd.lst, для просмотра и условного обозначения координат. Первые три цифры - координаты точек передней левой лапки, в название так и зафиксируем, левая передняя бок поставить.

.        В файле wnp.mdf делаем описание всех движений.

 

. Пример фрагмента mdf файла

; Команды

; имя макроса

; командная строка 1

; командная строка 2

; ...

; командная строка N

; #

0 p 0

#

0 p 0

#

0 p 0

#100010001000

#

;wait 1 0

;wait 2 02000

#

;-----------------------------------------------------------

0 a 0

#

0 a 0

#

0 a 0

#

#

;-----------------------------------------------------------

ВсеИсхПоложение

0 w 6 0 0 0 0 0 0

0 w 6 0 0 0 0 0 0

0 w 6 0 0 0 0 0 0

#

;-----------------------------------------------------------

; ЛЕВАЯ ПЕРЕДНЯЯ НОГА

;-----------------------------------------------------------

ЛПИсх

; исходное положение

0 w 3 0 0 0

#

ЛПисходУпор

0 t 2 1 -50

0 t 2 2 15

#

 

. Пример hxs файла

;-------------------------

; Иванов Н.В.

; 6-ногий робот

; Ходит, загребает немного

;-------------------------

; Ноги в исх положение

ВсеИсхПоложение2000

;-------------------------

ЛПисходУпор

ЛСисходУпор

ЛЗисходУпор

ППисходУпор

ПСисходУпор

ПЗисходУпор

;-------------------------

ППвпередВверх

ЛСбокВверх

ПЗисхЛапверх

ЛПназадУпор

ПСназадУпор

ЛЗназадУпор

ППвпередУпор

ЛСвпередУпор

ПЗвпередУпор

ЛПИсх

ПСИсх

ЛЗИсх

ППназадУпор

ЛСназадУпор

ПЗназадУпор

ЛПисходУпор

ПСисходУпор

ЛЗисходУпор

 

7. Чертежи макета

Рис 1 Крепеж

Рис 2 Нога

Рис 3 Плечо

Рис.4 Корпус

 

. Протокол внутренней связи контроллера

Параметры связи: 57600, 8N1

Общий формат команды:

<header><addr> <from> <cmd> <n> <D[0]> ... <D[n-1]>

header - заголовочный байт 0xFF

addr - адрес получателя

from - адрес отправителя

cmd - код команды

len - длина команды

Регистры

Регистр	Название	Значение	Значение по умолчанию
R[0]	REG_ASTEP	Шаг угла поворота сервопривода или шаг изменения скорости. Определяет скорость вращения.	2 (0x02)
R[1]	REG_SBLIM	Пороговое значение блокирующего датчика	255 (0xFF)
R[2]	REG_SBMASK	Маска номеров блокирующих датчиков (АЦП 0 - 7)	0 (0x00)
R[3]	REG_STAT	Регистр статуса исполнительных устройств (i-й разряд: 0 - устройство i готово, 1 - в работе)
R[4]	REG_USR0
R[5]	REG_USR1
R[6]	REG_USR2
R[7]	REG_USR3

Команды

Команда (символ)	Обозначение	Аргументы	Описание
‘a’	CMD_READ_SENS	нет	Опрос АЦП 0..7. Реакцией на эту команду является ответ в виде команды 's'
‘s’	CMD_SENS_COND	n V0 … V7	Ответ на запрос значений АЦП 0-7 (команда ‘a’) или на запрос значений регистров R0-R7 (команда ‘g’) В этой команде n=8 V0 … V7 - передаваемые значения
‘p’	CMD_PIР	нет	Однократный звуковой сигнал (пищалка)
‘x’	CMD_ACK	нет	Подтверждение приема команды
'f'	CMD_STOP	нет	Останов всех сервоприводов
'i'	CMD_SET_INT	mask val	Прервать выполнение операции по состоянию датчика. Аргументы: <маска датчиков> <значение>
Работа с отдельными приводами
‘z’	CMD_STARTPOS	нет	Установить приводы в исходное положение
‘n’	CMD_SET_FAST	num value	Быстрый поворот привода num на угол value. value - значение угла в градусах: -60..+60. num - номер сервопривода: 0..5
‘t’	CMD_SET_SLOW	num value	Медленный поворот привода num на угол value. value - значение угла в градусах: -60..+60. num - номер сервопривода: 0..5 Для ходового контроллера: value - скорость в % (-100..100).
Векторные операции
‘w’	CMD_SET_VECT_SLOW	n A0 ... An-1	Медленный поворот сервоприводов 0..n-1 на углы A0…An-1.
‘v’	CMD_SET_VECT_FAST	n A0 ... An-1	Быстрый поворот сервоприводов 0..n-1 на углы A0…An-1.
Операции с регистрами
‘r’	CMD_SET_REG	num value	Установить значение регистра R[num] num - номер регистра (0..7) value - устанавливаемое значение.	CMD_GET_REG	нет	Выдать значения регистров R0-R7 Реакцией на эту команду является ответ в виде команды 's' (CMD_SENS_COND)

Регистры REG_SBLIM и REG_SBMASK. Эта пара регистров определяет условия аварийного останова контроллера. Разряды регистра REG_SBMASK задают номера блокирующих датчиков (АЦП 0 - 7). На каждом такте работы система считывает значения сигналов с датчиков (АЦП), номера которых определяются разрядами REG_SBMASK и сравнивает со значением, находящимся в регистре REG_SBLIM. Если считанное значение превышает пороговое значение, то контроллер прекращает отработку управляющих сигналов.

Пример. Предположим, что на входы АЦП 0 и 1 поступают сигналы с бамперов - датчиков аварийного останова. Тогда содержимое регистров определяется так:_SBMASK := 000000112_SBLIM := 0

Регистр REG_STAT позволяет определить, отработало ли устройство i заданный угол. Для этого из регистра выделяется значение i-го разряда.

Пример использования:

Send(“1 0 w 6 10 20 30 40 50 60”) -- Выдать управляющую команду

- Ждать, пока не отработают все исполнительные механизмы

do {

Send(“1 0 g 0”) -- Отправить команду чтения регистров

Read(R) -- Считать значения всех регистров

C := R[REG_STAT]-- Получить значение регистра статуса

} while C!=0;