ФГБОУ ВПО

«Воронежский государственный технический университет»

Кафедра электропривода, автоматики и управления

в технических системах

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по выполнению курсового проекта по дисциплине

«Информационные устройства роботов и РТС»

для студентов направления

15.03.06 «Мехатроника и робототехника»

(профиль «Промышленная и специальная робототехника»)

очной формы обучения

Воронеж 2015

Составитель канд. техн. наук В.А. Трубецкой

УДК 621:338(075)

Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине «Информационные устройства роботов и РТС» для студентов направления 15.03.06 «Мехатроника и робототехника» (профиль «Промышленная и специальная робототехника») очной формы обучения / ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»; сост. В.А. Трубецкой. Воронеж, 2015. – 17 с.

Методические указания предусматривают расширение теоретических знаний студентов по дисциплине «Информационные устройства роботов и РТС» и формирование практических навыков по расчету и выбору информационно-измерительных устройств для выполнения конкретных функций в системах управления роботами. Работа включает разработку структуры объекта, расчет и выбор элементов структуры, разработку эскизного проекта, а также написание пояснительной записки и оформление графической части.

Методические указания подготовлены в электронном виде в текстовом редакторе WORD и содержатся в файле ИУК.doc.

Библиогр.: 11 назв.

Рецензент канд. техн. наук, доц. А.К. Муконин

Ответственный за выпуск зав. кафедрой, д-р техн. наук, проф. В.Л. Бурковский

Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

© ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2015

1. Общие положения

Курсовой проект по дисциплине «Информационные устройства и системы в робототехнике» предназначен для расширения теоретических знаний и формирования практических навыков по расчету и выбору информационно-измерительных устройств для выполнения конкретных функций в системах управления роботами.

В данных методических указаниях рассмотрены содержание, порядок и методика разработки курсового проекта.

В качестве объекта проектирования принимается информационный канал, представляющий собой совокупность устройств, обеспечивающих получение (измерение) информации, её функциональное преобразование, кодирование (декодирование), сохранение и алгоритмические преобразования.

Проектирование информационного канала представляет собой совокупность мероприятий, определяющих структуру, параметры и алгоритм функционирования системы.

Конкретное содержание курсового проекта определяется индивидуальным заданием, где указываются конкретные задачи разработки, тип и количество чертежей графической части и основные разделы пояснительной записки.

Количество разделов пояснительной записки определяется разработчиком по согласованию с руководителем проекта. В общем случае в пояснительной записке должно быть отражено следующее:

- назначение проектируемого объекта;

- описание и обоснование выбранных проектных решений;

- расчеты, подтверждающие обоснованность принятых проектных решений.

В курсовом проекте в соответствии с техническими требованиями к информационным системам задаются измеряемые величины, допускаемые погрешности измерения, типы измерительных устройств. Так как исходные данные не бывают полными, разработчик должен сам восполнить недостающие сведения на основе изучения отечественных и зарубежных аналогов, анализа возможных условий эксплуатации.

Формирование исходных данных позволяет студенту глубже понять задачу проектирования, сформулировать обоснованные технические требования, разработать новые технические и проектные решения.

При выполнении курсового проекта рекомендуется применять элементы системного подхода к проектированию технических систем. Он предполагает использование таких приемов построения систем как декомпозиция и агрегатирование. Синтез информационного канала должен производиться с учетом связи этого объекта в составе робота.

Структура процесса проектирования ИК предполагает наличие следующих этапов:

- изучение технического задания на проектирование, формирование вектора выходных показателей;

- аналитический обзор источников по рассматриваемому вопросу, выбор базового варианта системы;

- моделирование объекта, исследование модели;

- разработка структуры объекта и расчет параметров элементов структуры;

- оформление пояснительной записки и графической части проекта.

2. Тематика курсовых проектов

Темы курсовых охватывают круг вопросов по расчету и выбору элементов информационных каналов в робототехнических системах. В качестве измеряемых величин рассматриваются:

- положение и перемещение звеньев манипуляционного устройства с использованием аналоговых и цифровых датчиков;

- скорости с использованием тахогенераторов, датчиков;

- усилия с использованием тензодатчиков, магнитоупругих датчиков.

Примерные темы курсового проекта:

1. Выбор и расчет датчика конечных положений на базе элементов Холла.

2. Разработка информационного канала измерения линейного перемещения звена выдвижения руки манипулятора.

3. Расчет и выбор элементов информационного канала измерения углового перемещения руки манипулятора.

4. Расчет и выбор элементов системы очувствления руки МУ.

5. Расчет и выбор импульсного датчика измерения скорости поворота звена МУ.

6. Разработка канала измерения перемещения звена МУ на базе индуктивных датчиков.

7. Расчет и выбор элементов ИК измерения скорости на базе тахогенератора.

3. Этапы выполнения курсового проекта

Весь процесс выполнения курсового проекта разбивается на пять этапов:

1. Знакомство с исходными данными на проект, с литературой по данному вопросу. Формирование исходных данных, технических характеристик на проектируемый объект.

2. Разработка структуры объекта.

3. Расчет и выбор элементов структуры.

4. Разработка эскизного проекта.

5. Написание пояснительной записки и оформление графической части.

Для выполнения первого этапа студент должен провести анализ научно-технической литературы по теме проекта. На базе исходных данных он должен сформировать технические требования к проектируемому объекту, так как исходные данные не бывают полными и разработчик сам восполняет недостающие сведения.

При разработке алгоритма функционирования и структуры объекта студент должен использовать знания, полученные в лекционном курсе. Методологической основой проектирования следует принять системный подход, который предполагает использование моделей «черный ящик», «состава», «структуры», и «структурная схема».

Модель «черный ящик» должна содержать описания входов и выходов системы. Она позволяет учесть основные управляющие и возмущающие воздействия, оказывающие влияние на функционирование объекта, а также выходные характеристики, которые необходимо получить в ходе выполнения курсового проекта.

Модель «состава» включает перечень элементов и функциональных блоков, входящих в состав системы. Это блоки и элементы, которые осуществляют получение информации, её функциональное преобразование, кодирование и сохранение.

Модель «структуры» характеризует связи между элементами и блоками системы. Это могут быть механические связи, электрические, электромагнитные и т.д.

Модель «структурная схема» объединяет названные выше типы моделей и дает полное представление об элементах, входящих в систему, их связях между собой, а также о входах и выходах системы.

На третьем этапе производится детализация структурной схемы, определяются наборы функциональных узлов и их взаимодействие на уровне конкретных сигналов или кодов. Осуществляется выбор конкретного оборудования, удовлетворяющего не только требованиям задания, но и принятой компоновке.

При выполнении четвертого этапа следует учитывать, что конструктивное оформление системы определяется ее назначением и предъявляемым к ней требованиям. Конструктивно система может быть реализована в виде автономного или встраиваемого блока. На чертеже необходимо представить тот объект, в который должен быть встроен информационный канал. Необходимо разработать чертеж печатной платы, размещенной в блоке, конструкцию блока.

Структуру процесса проектирования технического объекта можно представить в виде рисунка 1.

Рисунок 1 – Структура процесса проектирования технического объекта

4. Содержание и оформление пояснительной записки и графической части проекта

В пояснительную записку включаются титульный лист и следующие разделы:

1) задание на проект;

2) введение;

3) разработка структурной схемы и алгоритмов работы;

4) разработка общей компоновки модулей и функциональной схемы;

5) расчет и выбор элементов системы;

6) описание конструктивного оформления;

7) литература.

Пояснительная записка выполняется на листах 11 (А4) формата в одностороннем исполнении. Она начинается титульным листом (без указания номера страницы). Все остальные страницы нумеруются и имеют поля.

В пояснительной записке обязательно должны быть приведены следующие иллюстрации: структурная и функциональная схема, блок-схемы алгоритмов, временные диаграммы работы модулей. Все расчеты выполняются в системе единиц СИ. Рекомендуется при расчетах использовать вычислительную технику. При оформлении пояснительной записки рекомендуется ознакомиться с пособием.

В графическую часть проекта включаются:

1) функциональная схема и (или) алгоритм функционирования объекта;

2) схема принципиальная электрическая;

3) чертежи печатной платы и временные диаграммы работы устройства;

4) общий вид устройства;

5) спецификация и перечень элементов.

Классификация и типы датчиков приведены в таблице 1 и на рисунке 2.

Таблица 1 – Классификация датчиков

Контактные
Тактильные	Силомоментные
Касания (ДДК) 1. Электромагнитные а) индуктивные (Lx) б) емкостные (Сх) в) индукционные (Е, В) г) резистивные д) магнитные 2. Магнитострикционные 3. Тензометрические 4. Пьезоэлектрические	Моноблочные
	Стержневые
Контактного давления (ДНК) а) электромагнитные б) индуктивные в) емкостные г) индукционные д) магнитные е) магнитострикционные ж) тензометрические з) пьезоэлектрические	Многомодульные (многокомпонентные)
Проскальзывания 1. Эластомеры 2. На основе композицион­ ных материалов 3. Полупроводниковые

Продолжение таблицы 1
Бесконтактные
Локационные		Технического зрения
Акустические		Фотоэлектронные Фотодиодные и фо­тотранзисторные матричного типа
Излучатель	Приемник	Фотодиодные и фототранзисторные матричного типа
Пьезоэлектри­ческие	Конденсатор­ные микрофо­ны
f=(1÷100) кГц [ 00) кГц
Пьезоэлектрические f= (100÷1000) кГц
Излучатели гиперзвука	Термисторы
f=(l÷100) МГц
Оптические Излучатели: а) фотоэлектронные б) сканирующие локаторы в) лампы рентгеновского спектра		Электроннолучевые 1. Диссектор 2. Видикон
Электромагнитные а) радиоволновые (ДЛ) б) индуктивные (БЛ) в) индукционные (БЛ) г) емкостные (БЛ) д) магнитные (БЛ)		Фотоприборы с заря­довой связью
Пневматические локаторы
Радиационные локаторы

Рисунок 2 - Типы датчиков

Текст курсового проекта печатается на листах формата А4. Поля на листах: слева – не менее 30 мм, с других сторон – не менее 20 мм. Допускается представлять иллюстрации, таблицы и распечатки с ЭВМ на листах формата А3 в виде приложений. Рекомендуется использовать текстовый редактор Word, шрифт Times New Roman размером 12, интервал 1,5. Нумерация страниц – в соответствии с принятой в научных журналах. Нумерация глав по порядку арабскими цифрами. Нумерация разделов внутри глав состоит из двух цифр разделенных точкой: номера главы и порядкового номера раздела – 1.1. или 1.2 и т.д. (слово «раздел» или «подраздел» писать не нужно). Нумерация подразделов внутри разделов состоит из номера главы, номера раздела и порядкового номера подраздела – 1.1.1 или 1.1.2 и т.д. Более дробное подразделение нежелательно.

Текст пояснительной записки по стилю изложения должен быть близок к стилю научной статьи. Сокращения часто повторяющихся терминов должны быть расшифрованы при их первом употреблении. Это относится ко всем обозначениям в математических формулах. Иные сокращения, кроме общепринятых, а также небольшого числа (двух-трех) специально оговоренных, не допускаются.

Кроме этого в тексте не допускается (ГОСТ 2.105):

- применять для одного и того же понятия различные научно-технические термины, близкие по смыслу (синонимы), а также иностранные слова и термины при наличии равнозначных слов и терминов в русском языке;

- сокращать обозначения единиц физических величин, если они употребляются без цифр, за исключением единиц физических величин в головках и боковиках таблиц и в расшифровках буквенных обозначений, входящих в формулы и рисунки;

- применять сокращения слов, кроме установленных правилами русской орфографии, пунктуации, а также соответствующими государственными стандартами;

- использовать в тексте математический знак минус (-) перед отрицательными значениями величин. Вместо математического знака (-) следует писать слово "минус";

- применять без числовых значений математические знаки, например, › (больше), ‹ (меньше), = (равно), ≥ (больше или равно), ≤ (меньше или равно), ≠ (не равно), а также знаки № (номер), % (процент);

- обозначения нормативных документов (ГОСТ, ОСТ, СТП), технических условий (ТУ) и других документов без регистрационного номера;

- применять обороты разговорной речи, техницизмы, профессионализмы;

- применять производные словообразования;

- применять знак "" для обозначения диаметра (следует писать слово "диаметр"). При указании размера или предельных отклонений диаметра на чертежах, помещенных в тексте РПЗ, перед размерным числом следует писать знак "".

Чертежи конструкций должны оформляться в соответствии с действующими стандартами. В пояснительной записке к курсовому проекту к числу таких рисунков относятся принципиальные электрические схемы, структурные и блок-схемы, алгоритмы и пр. Содержание графической части рекомендуется в количестве 1-2 листов формата А-1.

Чертежи, схемы выполняют простым карандашом, черной тушью или посредством компьютерной печати на листах чертежной бумаги стандартных форматов по ГОСТ 2.301 с рамкой и основной надписью по ГОСТ 2.104.

Применяемые масштабы должны соответствовать ГОСТ 2.302.

Чертежные линии и шрифты должны выполняться по ГОСТ 2.303, ГОСТ 2.304.

Чертежи и схемы выполняют по правилам, изложенным в соответствующих стандартах ЕСКД.

Схемы алгоритмов и программ выполняются в соответствии с требованиями стандартов единой системы программной документации (ЕСПД) и другой нормативной документации.

Чертежи в автоматизированной системе управления (АСУ) выполняют по стандартам ЕСКД, ЕСПД и АСУ.

Графическая часть системы автоматизированного проектирования (САПР) выполняется в соответствии с ЕСКД, ЕСПД, САПР.

Чертежи проектной документации для строительства выполняются в соответствии с требованиями стандартов системы проектной документации для строительства (СПДС).

Таблицы и рисунки в тексте даются в сплошной нумерации. Таблицы и рисунки размещаются внутри текста работы на листах, следующих за страницей, где в тексте впервые дается ссылка на них. Все рисунки и таблицы должны иметь названия (заголовки). Использованные на рисунках условные обозначения должны быть пояснены в подрисуночных подписях.

Иллюстрации должны быть выполнены в соответствии с требованиями стандартов ЕСКД, СПДС. Иллюстрации за исключением иллюстраций приложений, следует нумеровать арабскими цифрами сквозной нумерацией. Если рисунок один, то он обозначается "Рисунок 1". Слово «Рисунок» и его наименование располагают посередине строки.

Список литературы

1. Лукинов А. П. Проектирование мехатронных и робототехнических устройств [Текст]: учеб. пособие / А.П. Лукинов. – СПб.: Издательство «Лань», 2012. – 608 с. (+CD).

2. Воротников С. А. Информационные устройства робототехнических систем [Текст]: учеб. пособие / С.А. Воротников. – М.: Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2005. – 384 с.

3. Анненков А. Н. Информационные устройства робототехнических систем [Текст]: учеб. пособие / А.Н. Анненков. – Воронеж: Воронежский государственный технический университет, 2006. – 133 с.

4. Корендясев А. И. Теоретические основы робототехники [Текст]. В 2 кн. Кн. 1 / А. И. Корендясев, Б. Л. Саламандра, Л. И. Тывес; под ред. С. И. Каплунова. – М.: Наука, 2006. – 383 с.

5. Корендясев А. И. Теоретические основы робототехники [Текст]. В 2 кн. Кн. 2 / А. И. Корендясев, Б. Л. Саламандра, Л. И. Тывес; под ред. С. И. Каплунова. – М.: Наука, 2006. – 376 с.

6. Юревич Е. И. Основы робототехники [Текст]: учеб. пособие / Е.И. Юревич. – СПб.: БХВ-Петербург, 2010. – 368 с.

7. Булгаков А. П. Промышленные роботы. Кинематика, динамика, контроль и управление. Серия «Библиотека инженера» [Текст] / А.П. Булгаков, В.А. Воробьев. – М.: Сокол-пресс, 2007. – 488 с.

8. Келим Ю. М. Типовые элементы систем автоматического управления [Текст]: учеб. пособие для студентов учреждений среднего профессионального образования / Ю.М. Келим. - М.: Форум: ИНФРА-М, 2002. – 384 с.

9. Зенкевич С. Л. Основы управления манипуляционными роботами [Текст]: учебник для вузов / С.Л. Зенкевич, А.С. Ющенко. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: Издательство МГТУ имени Н. Э. Баумана, 2004. – 480 с.

10. Ревнёв С. С. Основы моделирования технических систем [Текст]: учеб. пособие / С. С. Ревнёв, В. А. Трубецкой, Ю. С. Слепокуров. – Воронеж: ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2008. – 115 с.

11. Козырев Ю. Г. Захватные устройства и инструменты промышленных роботов [Текст]: учеб. пособие / Ю. Г. Козырев. – М.: Кнорус, 2011. – 312 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Форма титульного листа пояснительной записки и задания на курсовой проект

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ФГБОУ ВПО «ВГТУ», ВГТУ)

______________________________________________________________________

(факультет)

Кафедра_______________________________________________________________

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине _________________________________________________________

______________________________________________________________________

Тема _________________________________________________________________

______________________________________________________________________