Розроблення системи керування віддаленими об’єктами

3.2 Системи керування роботами. Сучасні роботи

Системи керування робототехнічними пристроями будуються на тому самому технічному базисі, що і всі інші автоматичні пристрої. Алгоритми систем керування роботами вивчаються у курсах теорії автоматичного керування, теоретичної механіки. Звичайно це лише найзагальніші курси, для глибшого вивчення рекомендується теорія навігаційних систем, наближена теорія гіроскопів, електротехніка, цифрова та аналогова схемотехніка та ін.

У сучасному світі, коли домінуючою течією є конвергенція технологій та наук, у керуванні роботами цікавих результатів досягають застосуванням знань людства з біології та моделей поведінки тварин.

Під керуванням роботом розуміється вирішення комплексу завдань, пов'язаних з адаптацією робота до кола розв'язуваних ним завдань, програмуванням рухів, синтезом системи керування та її програмного забезпечення.

За типом керування робототехнічні системи поділяються на:

Біотехнічні:

· командні (кнопкове і важільне керування окремими ланками робота);

· копіюючі (повтор рухи людини, можлива реалізація зворотного зв'язку, що передає додається зусилля, екзоскелети);

· напівавтоматичні (керування одним командним органом);

Автоматичні:

· програмні - найпростіший тип системи керування, використовується для керування маніпуляторами на промислових об'єктах. У таких роботах відсутня сенсорна частина, всі дії жорстко фіксовані і регулярно повторюються;

· адаптивні - роботи з адаптивною системою керування оснащені сенсорною частиною. Сигнали, що передаються сенсорами, аналізуються і залежно від результатів ухвалюється рішення про подальші дії, перехід до наступної стадії дій тощо;

· інтелектуальні - засновані на методах штучного інтелекту. Серед яких можна виділити, як найпоширеніші -- нечітку логіку та нейронні мережі;

Інтерактивні:

· автоматизовані (можливо чергування автоматичних і біотехнічних режимів);

· супервізорні (автоматичні системи, в яких людина тільки вказує цілі);

· діалогові (робот бере участь у діалозі з людиною за вибором стратегії поведінки, при цьому як правило робот оснащується експертною системою, здатною прогнозувати результати маніпуляцій і дає поради щодо вибору цілі).

Серед основних завдань керування роботами виділяють такі:

· планування положень;

· планування рухів;

· планування сил і моментів;

· аналіз динамічної точності;

· ідентифікація кінематичних і динамічних характеристик робота.

Сучасні роботи функціонують на основі принципів зворотного зв'язку, підлеглого керування і ієрархічності системи керування роботом.

Ієрархія системи керування роботом має на увазі ділення системи керування на горизонтальні шари, що управляють загальною поведінкою робота, розрахунком необхідної траєкторії руху маніпулятора, поведінкою окремих його приводів, і шари, що безпосередньо здійснюють керування двигунами приводів.

Концепція підлеглого керування служить для побудови системи керування приводом. Сенс концепції наступний: Хай необхідно побудувати систему керування приводом по положенню (наприклад, по куту повороту ланки маніпулятора). Система замикається зворотним зв'язком по положенню, а усередині системи керування по положенню функціонує система керування за швидкістю з своїм зворотним зв'язком за швидкістю, усередині якої існує контур керування по струму з своїм зворотним зв'язком.

Сучасний робот оснащений не тільки зворотними зв'язками по положенню, швидкості і прискоренням ланок. При захопленні деталей робот повинен знати, чи вдало він захопив деталь. Якщо деталь крихка або її поверхня має високий ступінь чистоти, будуються складні системи із зворотним зв'язком по зусиллю, що дозволяють роботові схоплювати деталь, не ушкоджуючи її поверхню і не руйнуючи її.

Керування роботом може здійснюватися як людиною-оператором, так і системою керування промисловим підприємством (ERP-системою), що погоджують дії робота з готовністю заготовок і верстатів з ЧПК до виконання технологічних операцій.

Серед найпоширеніших дій, що здійснюються промисловими роботами можна назвати такі:

· переміщення деталей і заготовок від верстата до верстата або від верстата до систем змінних палет;

· шовне та точкове зварювання;

· фарбування;

· виконання операцій різання з рухом інструменту по складній траєкторії.

Промисловий робот є пристроєм, що проводить якісь маніпулятивні функції, схожі з функціями руки людини.

«Робот» взагалі -- поняття невизначене, і тому до класу роботів можна віднести багато автоматичних пристроїв.

Промислові роботи є важливими компонентами автоматизованих гнучких виробничих систем, які дозволяють збільшити продуктивність праці. На жаль, повну і економічно виправдану автоматизацію виробництв ще не досягнуто.

Роботи, що працюють в спеціальних умовах (висока радіація, тиск, температура, підводний світ, космос) дозволяють, не ризикуючи життям людей, здійснювати різні операції як дослідницького, так і рятувального і антитерористичного характеру.

Роботи сьогодні.

Робот-гуманоїд.

Робот-гуманоїд (людиноподібний робот) -- це машина, шасі (ходова частина) якої виконано у вигляді людиноподібного тіла. Гуманоїдний дизайн робота зумовлений певною метою: функціональністю -- для використання людських інструментів чи середовищ життя людини; з експериментальною метою -- для вивчення прямоходіння; з медичною метою -- вивчення впливу на організм тих чи інших навантажень тощо. Загалом, людиноподібні роботи мають тулуб, голову, дві руки і дві ноги; хоча деякі види людиноподібних роботів можуть моделювати тільки частину тіла, наприклад, від голови -- до пояса. Деякі людиноподібні роботи можуть мати голову, призначену для реплікації людських рис обличчя (таких, як очі і рот тощо).

Індустріальний робот.

Промислові (індустріальні) роботи в останні десятиріччя майже повністю замінили людську працю в різноманітних галузях, особливо в технологічних процесах, де потрібна прецизійна точність, швидкість та одноманітність, повторюваність операцій -- в машинобудуванні та обробці матеріалів, у виробництві мікропроцесорів і навіть в таких технологіях як виробництво або складання паперово-картонної тари.

Сільськогосподарський робот або агроробот -- робот, який використовується у сільськогосподарських цілях (рис.3.5). Основна область застосування роботів у сільському господарстві -- процес збирання врожаю. Роботи, що збирають овочі або фрукти; трактор-розпилювач, що працює автономно; робот, який стриже овець, призначені для заміни людської праці у цій галузі. Індустрія сільського господарства відстає у використанні роботів від інших галузей, так як види робіт, пов'язані з сільським господарством, не є однозначними, і навіть часто повторювані дії кожного разу не завжди збігаються. У більшості випадків певна множина факторів (наприклад, розмір і колір плодів) повинна аналізуватись до початку виконання завдання. Роботи можуть бути використані при вирішенні таких рослинницьких задач, як обрізання, прополювання, оранка, поливання, моніторинг перебігу процесу вирощування тощо.

Побутовий робот.

Побутовий робот -- робот, призначений для допомоги людині в повсякденному житті. Наразі поширення побутових роботів є невеликим, проте футурологи передбачають широке їх використання у найближчому майбутньому.

Відомі наступні комерційні моделі побутових роботів:

· роботи-іграшки;

· соціальні роботи, які автономному чи напівавтономному режимі можуть взаємодіяти та спілкуватись з людьми;

· роботи-помічники, наприклад:

· роботи-прибиральники (робот-пилосос, робот для миття підлоги тощо)

· роботизовані газонокосарки;

· роботи для чищення басейнів, каналізаційних труб тощо.

Військовий робот

Бойовий робот (або Військовий робот) -- автоматичний пристрій, що може замінити людину в бойових ситуаціях для збереження життя або для роботи в умовах підвищеної складності для людей в військових цілях: розвідка, бойові дії, розмінування тощо.

Бойовими роботами є не тільки автомати, які частково або повністю замінюють людину і здатні виконувати антропоморфні дії, але й такі, що діють у повітряному та водному середовищах (авіаційні безпілотні з дистанційним керуванням апарати, підводні апарати і надводні кораблі). Пристрій може бути електромеханічним, пневматичним, гідравлічним або комбінованим.

Дослідний Центр Військово-морського флоту США опублікував концепцію використання бойових роботів. На відміну від попередніх документів такого роду, що готуються з 1960-х років, у цьому вперше запропоновано кардинально новий принцип: машини повинні знищувати тільки інші машини.

У документі, що називається Концепція Операцій Збройних Автономних Систем підкреслюється, що за нинішніх умов головним завданням армій є не виграш війни, а виграш миру. У цих умовах украй небезпечно використовувати бойову техніку, що апріорі небезпечна для мирного населення. Знищення мирних жителів у ході легітимних воєнних операцій є практично неминучим. Небезпека убивства безневинних зростає у разі, якщо в бій йдуть бойові роботи, не здатні відрізнити, наприклад, бойовика з вибуховим пристроєм у руці від жінки з відром.

Виходячи з цього, автори концепції пропонують від самого початку налаштовував роботів на боротьбу не з носіями зброї, а із самою зброєю. Наприклад, з появою супротивника, озброєного автоматом, робот повинен цілитися не в людину, а в автомат. Якщо при цьому буде убито або поранено ворожого солдата чи повстанця, подібні огріхи можна буде розцінювати, як нестрашну помилку.

3.3 Дослідження мобільного робота з системою відеоспостереження

Розглянемо систему керування: оператор - комп'ютер - віддалений керований об'єкт на базі диференціального робота. Метою даної системи є дослідження методів та підходів до вирішення завдання обходу перешкод за допомогою одиночної камери і розроблення вилученого діалогового керування мобільним роботом. При діалоговому керуванні, в разі не вирішення завдання обходу перешкоди, робот подає сигнал оператору і рухається за вказаним оператором напрямком.

Робот має виконувати такі задачі:

1. Дослідження можливостей бездротової передачі даних від терміналу керування до робота.

2. Дослідження можливостей застосування комп'ютерного зору для мобільного робота.

3. Розроблення мінімальної структури для реалізації мобільного робота з можливістю віддаленого дистанційного керування.

4. Розроблення алгоритму визначення і обходу перешкод.

5. Розроблення програмного забезпечення, що дозволяє підключатися до даного роботу, керувати ним, мати можливість спостереження навколишнього оточення навколо робота.

6. Проведення експериментів на отриманій реалізації робота.

Даний робот буде незамінним у тих випадках, коли людині-оператору неможливо перебувати в небезпечних для здоров'я і життя ситуаціях, без дистанційного керування неможливо обійтися. Слід згадати, що дистанційне керування може бути застосовне в управлінні будь-якою системою, що має електронне керування.

Дистанційне керування надає наступні переваги:

· економія часу при огляді керованого об'єкта, так як спостереження оператором ведеться з боку;

· можливість діяти з будь-якої відстані;

· одночасне керування декількома об'єктами з одного терміналу;

· підвищується рівень продуктивності робіт;

· підвищується безпека роботи;

· можливість зменшення кількості працюючого персоналу.

У разі керування рухомим об'єктом оператору важливо бачити обстановку навколо даного об'єкта. Для керування роботом обстановку можна спостерігати з боку об'єкта або всієї місцевості включаючи і сам об'єкт зверху. Останній спосіб вимагає невизначену кількість камер, залежне від складності рельєфу, тому найчастіше сам об'єкт оснащується системою відеоспостереження.

Огляд досліджень та розробок за темою.

Зараз більше уваги приділяється мобільним системам, їх перевага у вільному пересуванні в просторі. Схема системи керування для різних видів керування в основному схожа: людина - оператор - пульт керування - керований об'єкт. Реалізацій багато, в основному різноманітність забезпечується за рахунок зв'язку пульт керування - керований об'єкт. В якості пульта керування може виступати як спеціально розроблений пристрій, так і комп'ютер зі спеціальною програмою.

У сфері мобільних роботів пріоритетним є завдання забезпечення безпеки робота від зіткнень з перешкодами, подолання шляху по заданих маршрутах. Способи знаходження перешкод залежать від використовуваних датчиків. Сучасною тенденцією керування роботами є дослідження застосування таких технологій, які дозволили б реалізовувати процеси так, як їх виконує людина. Це в першу чергу стосується і методик обходу перешкод. Для фіксації зображення навколишнього середовища подібно людському оку використовується, як правило, камера, а технологія називається комп'ютерний зір.

Згідно з останніми дослідженнями для орієнтації робота в просторі досить однієї камери. Проте, використовуючи одну камеру, ускладнюються алгоритми для розпізнавання перешкоди і визначення відстані до неї.

Для орієнтації робота в просторі необхідно вирішити ряд завдань :

1. Щоб рухатися до цілі, роботові необхідно сформувати досить точний образ навколишнього його простору. Дане завдання вирішується за допомогою датчиків. Однак при виборі датчиків варто враховувати середовище переміщення робота. Наприклад, при різній вологості повітря у ультразвукового датчика буде різний час відгуку, що позначиться на визначенні відстані до перешкоди. При використанні камери в якості датчика виявлення перешкоди потрібна велика обчислювальна потужність системи керування.

2. У ході руху робот має швидко і точно управляти мотором і положенням коліс. Розрахунок руху коліс найпростішого триколісного робота зводиться до системи диференціальних рівнянь (звідки і назва робота). В інших завданнях, пов'язаних з динамікою руху роботів (область теоретичної механіки), до знаходження відповіді ще дуже далеко, а пошук наближених коефіцієнтів, що визначають параметри руху, вимагає від бортового пристрою постійного рішення систем диференціальних рівнянь. Тому складності тут як технічні, так і теоретичні.

3. Робот повинен знати своє реальне місцезнаходження. Визначення координат рухомого об'єкта - це одна з фундаментальних завдань навігації. Рішення даної проблеми для мобільного робота полягає в побудові моделі навколишнього світу та прилеглих перешкод. Наприклад, Скотом Ленсером і Мануеллою Велосо з університету Карнегі-Меллона була розроблена радіальна модель. Дана модель зберігається в пам'яті робота і містить інформацію про об'єкти навколишнього середовища, при цьому зберігається інформація тільки про найближчі об'єкти, за рахунок чого робот може їхати в будь-якому напрямку і уникати перешкод, якщо тільки не з'явилися нові перешкоди за той час, поки область не була в зоні видимості.

4. Забезпечити безперебійний зв'язок з оператором, або передбачити дії робота у разі втрати зв'язку.

Аналіз літератури, присвяченої розробці методів обходу перешкод за допомогою обробки відеопотоку, показав, що в основному використовуються наступні основні методики:

· визначення країв об'єктів на зображеннях і на підставі цих даних формування висновків про близькість перешкод;

· стеження за зміною яскравості фрагментів кадру;

· розпізнавання об'єктів за кольором.

Для обробки відеопотоку на предмет виявлення перешкод можливі дві реалізації :

1. Потік обробляє безпосередньо бортовий комп'ютер робота. У виду цього випадку необхідний потужний мікроконтролер або мікрокомп'ютер.

2. Потік транслюється на робочу станцію оператора. Після аналізу робоча станція формує команду і передає її роботу. Для трансляції необхідний передавач, що дозволяє передавати відео достатньої для розпізнавання якості.

Для трансляції відео оператору використовується стандарт IEEE 802.11 b/g/n, це дозволяє забезпечити безперебійну (в рамках стандарту) передачу даних і достатній радіус дії моделі.

Проведення досліджень

Для дослідження функціонування бездротової системи керування роботом, запропонована схема системи керування рухомим об'єктом (рис 3.1). Система має можливість керування декількома рухомими об'єктами від одного термінального пристрою і забезпечує необхідний рівень завадозахищеності.



Рис. 3.1 Схема зв'язку між комп'ютером (А) і керованим об'єктом (Б)

Передавання команд від термінального пристрою на об'єкт керування здійснюється за допомогою радіозв'язку, яка реалізована на модулях частотної модуляції HOPE RF HM - R433 і HOPE RF HM - T433. Модулі частотної модуляції підключаються до термінального пристрою і до пристрою керування рухомого об'єкта через послідовний інтерфейс RS-232 (СОМ - порт). Пристрій керування рухомим об'єктом побудовано на мікроконтролері ATmega 8 фірми Atmel (рис. 3.9). Контролер отримує команди через радіозв'язок, аналізує їх і видає відповідні керуючі сигнали на блок керування об'єкта. Команди представляють собою коди ASCII.

Для керування об'єктом на комп'ютері встановлена програма Terminal 1.9b, яка дозволяє відправляти в СОМ-порт і отримувати з СОМ-порту інформацію. Термінальна програма імітує роботу органу керування об'єктом типу джойстик або клавіатури і використовується лише для налагодження системи керування.

Команди передаються у вигляді пакета даних. Пакет даних при передачі команди має наступний формат:

· байт для виходу передавача із сплячого режиму;

· 10 однакових символів для ідентифікації пакета із загального шуму;

· код приймача (номер танка);

· код команди;

· уточнення для команди;

· ознака кінця пакета.

Пристрій керування об'єкта приймає пакет даних, обробляє його і виконує відповідну команду. У разі отримання команди відправки даних на сервер пристрій керування об'єкта відправляє пакет з наступною структурою:

· байт для включення передавача;

· 10 однакових символів для ідентифікації пакета із загального шуму;

· код передавача (номер об'єкта);

· заряд батареї;

· рівень заряду з датчика для виявлення події попадання в танк;

· ознака кінця пакета.

Пристрій керування рухомого об'єкта реалізовано на мікроконтролері ATmega 8 фірми Atmel, структурна схема якого показана на рис. Радіомодулі підключаються до пристрою керування через послідовний інтерфейс UART мікроконтролера. Модуль приймача HM-R433 до входу RXD, а модуль передавача до TXD. Для керування швидкістю обертання двигунів використовується широтно-імпульсна модуляція (ШІМ), яка реалізована за допомогою таймерів мікроконтролера. Для керування лівим двигуном використовується вихід ОС1A мікроконтролера, а для керування правим - ОС1В. Напрямок обертання лівого і правого двигуна задається сигналами з висновків PB5 і PB6.

Датчик вимірювання рівня заряду батареї підключається до входу ADC0 аналого-цифрового перетворювача (АЦП) мікроконтролера. Датчик інфрачервоного освітлення - до входу ADC1.



Рис. 3.2 Структурна схема пристрою керування об'єктом

Дана система працює на відстані 30 м. Швидкість передачі 9600 бод. Для передачі відео необхідна швидкість передачі не менше 1,8 Мб/с. Таким чином для камери необхідний окремий передавач.

Провівши аналіз апаратних засобів, для реалізації керованого робота, з можливістю відеоспостереження та обходом перешкод, були визначені апаратні засоби, необхідні для створення простого мобільного робота для даного дослідження:

1. Рухлива платформа.

2. Датчики для визначення перешкод.

3. Приемопередатчик для передачі інформації про стан мобільного робота і команд мобільному роботу від оператора.

4. Пристрій керування роботом, яке буде розташовуватися на рухомій платформі і обробляти команди оператора і формувати повідомлення про поточний стан.

5. Робоча станція оператора.

6. Пристрій спостереження за роботом.

Принцип роботи даної системи наведений на рисунку 3.3.



Рис. 3.3 Загальна схема пристрою

В якості робочої станції оператора використовується ноутбук з Wi-Fi-передавачем. Пульт керування можливо реалізувати на базі телефону з ОС Android.

Як датчик і передавача інформації про середовище навколо робота використовується IP-камера WEBCAM for ISO ANDROID. Характеристики камери наступні:

· радіус дії камери відповідає стандарту IEEE 802.11 b/g/n;

· обсяг переданих даних 30 bps;

· Розмір кадру 640х480 р;

· Формати стиснення LPEG і MJPEG.

У даному дослідженні обхід перешкод реалізується з використанням тільки відеопотоку, тому в якості датчиків використовується відеокамера. З огляду на те, що алгоритм обробки відеопотоку ще на стадії розробки і в ході дослідження піддається модифікаціям, вирішено використовувати варіант обробки відеопотоку на терміналі керування. Значною перевагою цього вибору є те, що мобільний робот не потребує потужного бортовому комп'ютері, а отже можна обійтися мікроконтролером сімейства ATtiny або ATmega фірми Atmel.

В якості передавача обраний Wi-Fi модуль SPB800. Модуль обраний завдяки наступним характеристикам:

· Швидкість передачі даних: 1, 2, 5.5, 6, 9, 11, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Мбіт/c;

· Апаратне прискорення шифрування (протоколи WEP і AES, довжина ключа до 128 біт);

· Підтримка інтерфейсу UART, швидкість передачі від 9600 біт/с до 3.6 Мбіт/с;

· Підтримка протоколів: TCP / IP, DHCP, UDP, ICMP, HTTP;

· Підтримувані режими роботи: ad-hoc, infrastructure.

Для подачі керуючого сигналу на двигуни станції використовується драйвер L293D. Схема L293D містить одразу два драйвера для керування електродвигунами невеликої потужності (чотири незалежних канали, об'єднаних у дві пари). Є можливість керувати за допомогою широтно-імпульсної модуляції (ШІМ). L293D забезпечує поділ електроживлення для мікросхеми і для керованих нею двигунів, що дозволяє підключити електродвигуни з великою напругою живлення, ніж у мікросхеми.

Алгоритм керування складається з наступних кроків:

· отримання опису зображення середовища з відеокамери;

· опрацювання зображення (виділення меж об'єктів, розпізнавання зображення перешкоди на кадрі);

· визначення параметрів і орієнтації перешкоди;

· формування даних для системи керування.

Алгоритми обробки відеоданих здійснені завдяки бібліотеці OpenCV.

Як результат, реалізовано і досліджено зв'язок між керуючим терміналом (комп'ютером) і рухомим об'єктом. З'ясовано, що для реалізації системи відеоспостереження можливостей даної реалізації недостатньо.

Обгрунтовано вибір мінімальної конфігурації для реалізації мобільного робота з відеокамерою в якості єдиного датчика. Передбачена можливість трансляції відео оператору.

Проведено аналіз базових алгоритмів обробки відеоданих і виявлення перешкод.

4. ОХОРОНА ПРАЦІ

4.1 Охорона праці при роботі з персональним комп'ютером

Перелік нормативно-правових актів, що так чи інакше регулюють дане питання, є досить широким. Так, обов'язки роботодавця щодо забезпечення працівникам комфортних та безпечних умов для здійснення роботи, а також права працівників на такі умови передбачено частиною 2 ст. 2 та ч. 1 ст. 21 КЗпП, а також ст. 13 Закону України «Про охорону праці». Даний закон визначає основні положення щодо реалізації конституційного права працівників на охорону їх життя і здоров'я у процесі трудової діяльності, на належні, безпечні і здорові умови праці, регулює за участю відповідних органів державної влади відносини між роботодавцем і працівником з питань безпеки, гігієни праці та виробничого середовища і встановлює єдиний порядок організації охорони праці в Україні.

Вимоги щодо розміщення і планування приміщень для роботи з комп'ютером: відповідні робочі місця заборонено облаштовувати у підвальних або цокольних приміщеннях будинків. В обладнанні приміщень забороняється використання полімерних матеріалів, що виділяють шкідливі хімічні речовини. Також слід приділити увагу забезпеченню достатнім для здійснення роботи рівнем освітлення (природного та штучного - у темну пору доби) та звукоізоляції. Для регуляції рівня освітлення природним світлом бажано застосовувати жалюзі. Окрім того, у приміщеннях, де здійснюється робота з комп'ютерами, щодня має здійснюватися вологе прибирання з метою недопущення запиленості підлоги та меблів.

Заземлені конструкції, що знаходяться в приміщеннях, де розміщені робочі місця операторів (батареї опалення, водопровідні труби, кабелі із заземленим відкритим екраном), мають бути надійно захищені діелектричними щитками або сітками з метою недопущення потрапляння людини під напругу.

Особливої уваги заслуговують заходи дотримання протипожежної безпеки. Так, у всьому офісі лінії електромережі мають бути забезпечені від виникнення короткого замикання, а також від перепадів мережевої напруги, що може спричинити збої в роботі електронно-обчислювальної техніки. Приміщення (окрім тих, де розташовуються сервери) мають бути оснащені системою автоматичної пожежної сигналізації та вогнегасниками. Під час монтажу та експлуатації ліній електромережі необхідно повністю унеможливити виникнення електричного джерела загоряння внаслідок короткого замикання та перевантаження проводів, обмежувати застосування проводів з легкозаймистою ізоляцією і, за можливості, застосовувати негорючу ізоляцію. У приміщенні, де одночасно експлуатуються понад п'ять комп'ютерів, на помітному та доступному місці встановлюється аварійний резервний вимикач, який може повністю вимкнути електричне живлення приміщення, крім освітлення.

Вимоги щодо організації та обладнання робочих місць: площа, відведена на одне робоче місце має становити не менше 6 кв. м., а об'єм - не менше 20 куб. м. Конструкція робочого місця повинна забезпечувати підтримання оптимальної робочої пози (тобто такої, яка дозволяє працівникові виконувати роботу з мінімальним напруженням тіла, і яка дозволяє уникнути перевтоми в ході і після закінчення робочого процесу). Раціональна робоча поза має важливе значення для збереження здоров'я працівника, оскільки тривале перебування його в незручній і напруженій позі може призвести до таких захворювань, як сколіоз (викривлення хребта), варикозне розширення вен, плоскостопість тощо. Установлено, що робота в зігнутому положенні збільшує затрати енергії на 20%, а при значному нахиленні -- на 45% порівняно з прямим положенням корпуса.

За потреби особливої концентрації уваги під час виконання робіт суміжні робочі місця операторів необхідно відділяти одне від одного перегородками висотою 1,5 - 2 м.

Робочі місця слід розташовувати відносно джерела природного світла (вікон) таким чином, щоб світло падало збоку, переважно зліва. Також робоче місце має відповідати сучасним вимогам ергономіки:

- стіл повинен мати висоту поверхні 680 - 800 мм., ширину 600 - 1400 мм. і глибину 800 - 1000 мм. (такі параметри забезпечують можливість виконання операцій в зоні досяжності працівника);

- робочий стілець робочий стілець має бути підйомно-поворотним, з можливістю регулювання висоти, бажано зі стаціонарними або змінними підлікотниками і напівм'якою нековзкою поверхнею сидіння, що легко чиститься і не електризується;

- екран комп'ютера має розташовуватися на оптимальній відстані від користувача, що становить 600 - 700 мм., але не менше за 600 мм. з урахуванням літерно-цифрових знаків і символів.

Вимоги безпеки під час роботи з комп'ютером:

Щодня перед початком роботи оператор повинен:

- оглянути своє робоче місце; про виявлення ознак пошкодження обладнання інформувати свого безпосереднього керівника;

- відрегулювати освітленість на робочому місці, переконатися в відсутності відблисків на екрані комп'ютера, відсутності зустрічного світла;

- перевірити правильність підключення обладнання ЕОМ до електромережі;

- очистити екран комп'ютера від пилу та інших забруднень;

- перевірити правильність організації робочого місця й за необхідності провести відповідні коригування.

4.2 Безпека на автоматизованих на роботизованих виробництвах

Науково-технічний прогрес, полегшуючи працю, підвищуючи його продуктивність і безпеку, не виключає повністю проблеми охорони праці і захисту навколишнього середовища. Це обумовлено наявністю об'єктивних і суб'єктивних факторів:

- Створенням сучасних виробничих одиниць великої потужності, зростанням обсягів виробництв і, отже, кількості шкідливих речовин, що надходять в виробниче середовище;

- Інтенсифікацією виробничих процесів і, отже, прискоренням ритму виробництва;

- Підвищенням складності устаткування;

- Появою нових шкідливих і небезпечних виробничих факторів;

- Збільшенням обсягу інформації, що надходить для сприйняття в одиницю часу;

- Відставанням темпів підвищення кваліфікації персоналу від темпів впровадження нової техніки;

- Відставанням термінів впровадження нових правил техніки безпеки від термінів впровадження нового обладнання;

- Недостатньою інформацією про небезпечні та шкідливі фактори і методи запобігання їх виникнення;

- Монотонністю праці і зростанням гіподинамічного навантажень.

Ступінь впливу механізації і автоматизації праці на виробничий травматизм оцінюють за методикою, що розподіляє нещасні випадки в залежності від видів робіт (операцій), при яких вони мали місце, а також по групам робітників, що виконують роботу механізованим способом і вручну.

Застосування в промисловості автоматів і роботів змінює зміст роботи людини, скорочує ручної некваліфіковану працю, покращує умови праці і дозволяє вивільняти і спрямовувати на більш престижні роботи значну кількість робітників. Автомати та роботи знижують травматизм на підприємствах. Але при їх роботі можливий вплив на працюючих фізично небезпечних виробничих факторів: рухливих пристроїв автоматів і роботів і пересувається (рухається) матеріалу (виробів, заготовок, інструменту і т.п.). Основними причинами впливу на працюючих небезпечних виробничих факторів при використанні промислових роботів, роботизованих технологічних комплексів і ділянок можуть бути:

- Непередбачені руху виконавчих пристроїв робота під час навчання або при налагодженні, регулюванні, ремонті;

- Аварія на обслуговуваній роботом ділянці (відмова робота або технологічного обладнання, спільно з яким він працює);

- Помилкові (ненавмисні) дії оператора при налагодженні, ремонті або під час роботи робота в автоматичному режимі;

- Вхід людини в робочий простір і робочу зону робота;

- Порушення умов експлуатації робота і (або) роботизованого технологічного комплексу і, зокрема, використання робота не за призначенням і не відповідно з його технічними даними;

- Порушення вимог ергономіки та безпеки праці при організації роботизированного ділянки, зокрема, неправильне розташування обладнання, транспортнихзасобів, тари, пультів управління, завантажувальних і розвантажувальних пристроїв, накопичувачів.

Механізовані і автоматизовані технологічні лінії повинні задовольняти вимогам охорони праці, викладеним нижче.

Розташування. Автоматичні лінії (ділянки) розташовуються в спеціально спроектованих цехах (будівлях) і відокремлюються від сусідніх ліній (ділянок), стін, під'їзних шляхів проходами. Наприклад, автоматизовані великі цехи металопокриттів розташовуються в два поверхи, причому на першому поверсі влаштовані допоміжні ділянки приготування розчинів, нейтралізації стічних вод, а також обладнання вентиляції, джерела живлення, фільтри. Розміри проходів дано на рис. 1 (ОСТ 22-1424-80). Проходи поточно-механізованих зварювальних ліній розташовуються на відстані не менше 5 м від місць зварювання.

Автоматичні лінії, які обслуговуються з двох сторін, при відсутності в них безпечних проходів обладнають переходами (містками), які розташовують на відстані, що не перевищує 25 м. Відповідно, лінії, які мають не доступні з підлоги елементи (які необхідно періодично обслуговувати), постачають стаціонарними майданчиками або галереями. Містки, майданчики, галереї повинні мати двосторонні поручні. Висота поручнів і ширина настилу не менш 800-1000 мм; настил не повинен бути слизьким.

У автоматичних лініях металообробних верстатів конвеєр в місцях проходу людей повинен знаходитися на висоті не менше 2200 мм від підлоги.
Органи управління. Розміщення елементів управління автоматичних ліній виключає можливість їх випадкового включення і виключення. Органи керування повинні мати чітко виконані написи або символи, що пояснюють призначення кожного з них. На лініях з великим фронтом обслуговування органи управління дублюються. Управління обладнанням на однотипних лініях уніфіковано, тобто однаково розташовані рукоятки, педалі, кнопки, діють одні й ті ж правила управління, і т. д.

Зони розміщення органів управління на пультах і засоби відображення інформації (СОІ) відповідають вимогам ГОСТ 22269-76, 12.2.033-78, ГОСТ 12.4.040-78 *, ГОСТ 23000-78. Зокрема, на органи управління і контролю або на елементи конструкції виробничого обладнання (пульти, панелі, щитки і т. п.) наносять символи, приклади чого дано на рис 2. На протязі лінії встановлюють кнопки екстреної зупинки механізмів.

На поточно-механізованих зварювальних лініях пульт управління транспортно-підйомними пристроями об'єднаний з пультом управління зварювальним обладнанням і передбачена система роздільного управління зварювальними та підйомно-транспортними операціями в аварійних ситуаціях.

Розташування пульта управління лінією повинно забезпечувати можливість візуального контролю за виконанням робочих і транспортних операцій. Робоче місце оператора пульта обладнується кріслом-сидінням, конструкція якого відповідає ГОСТ 21889-76 *. У деяких випадках робоче місце оператора знаходиться в закритій кабіні, яка забезпечує захист від дії шкідливих виробничих факторів даного технологічного комплексу.

Рекомендуються такі мінімальні розміри кабіни: висота 2100 мм, ширина дверного отвору 600 мм, площа 1700х2000 мм 2. У кабіну подається повітря в кількостях не менше 30 м 3 / год на людину (СН 245-71), при цьому параметри мікроклімату і якісний склад повітряного середовища відповідає вимогам ГОСТ 12.1.005-76; інтенсивністьтеплового потоку через оглядові скла кабіни не перевищує 350 Вт / м 2, рівень звуку в кабіні - не більше 80 дБ (А) (ГОСТ 12.1.003-83), освітленість на пульті управління - не менше 400 лк.

Сигналізація. При виборі попереджувальних або аварійних сигналів перевага віддається звуковим, коли шум в цеху відповідає ГОСТ 12.1.003-83. В іншому випадку доцільно використовувати для сигналізації яскраве мерехтливе світло. Рівень звукового тиску сигналу зазвичай 90-100 дБ у смузі частот 125-500 Гц, проектування за ГОСТ 21786-76. Сигнально-попереджувальна забарвлення і знаки безпеки автоматичних ліній відповідають вимогам ГОСТ 12.4.026-76 *, ТУ-024-5471-80Е.

Засоби сигналізація оснащуються світлофільтрами червоного, жовтого, зеленого, синього та білого кольорів. Червоний колір забороняє роботу, вказує на необхідність негайного втручання в робочий процес. Жовтий колір попереджає про перехід до автоматичного циклу роботи або про наближення якого-небудь параметра до граничного значення. Зелений колір свідчить про знаходження системи чи обладнання в підготовчому стані до роботи або сповіщає про нормальні параметри і режими роботи. Синій колір застосовується для подачі інформації в спеціальних випадках, коли не можуть бути застосовані попередні кольору. Білий (молочний) колір сигналізує про допоміжних діях, які не можуть здійснюватися в автоматичному циклі, а також підтверджує наявність напруги, обраного напрямку руху, заданої швидкості.

ВИСНОВКИ

1. Метою даного дипломного проекту було розроблення системи керування певним віддаленим об'єктом. Аналіз популярних систем керування, виконаний в роботі, показав доцільність та актуальність даної теми у промисловому та повсякденному житті.

2. У ході роботи було розглянуто застосування системи віддаленого керування: у персональних комп'ютерах, у промислових об'єктах на виробництві, а також у робототехніці.

3. Досліджено розробку моделі віддаленого керування теплоенергетичним об'єктом та моделі самохідного робота із системою відео спостереження.

4. Написано код програми на мові С++ для управління безпілотним літальним апаратом - квадрокоптером.

5. На основі досліджених матеріалів можна зробити висновок що, віддалене керування комп'ютером - це універсальний спосіб віддаленого налаштування програм, мереж, адміністративного обслуговування та підтримки, адже використання інтернету дозволяє здійснювати керування на віддалених одне від одного комп'ютерах, відстань між якими може становити тисячі кілометрів, при цьому не встаючи із-за робочого місця.

6. Зазначимо, що сучасні системи віддаленого керування вирішують цілу низку завдань: визначення реальних параметрів і стану обладнання, завдання швидкості обробки інформації, зниження витрат і підвищення безпеки тощо. Такі системи дозволяють уникнути істотних економічних втрат підвищують швидкість реакції на зміни в системі, що дає можливість швидше приймати правильні рішення.

7. Таким чином, впровадження систем віддаленого керування на підприємствах набуває особливого значення, оскільки дозволяє забезпечити їх ефективну роботу в заданих режимах, підвищити якість продуктів, що випускаються, забезпечити безаварійність і екологічну безпеку виробництва, підвищити продуктивність праці.

8. Усім відомо, що сучасний робот володіє мобільністю, здатний самостійно досліджувати навколишнє середовище, вирішувати ряд завдань, передбачених творцями, проте все це не гарантує його повної самостійності. Саме тому тема віддаленого керування є досі актуальною.

9. Отже, завдяки своїй актуальності робототехніка просунулася далеко вперед з дня її появи. Зараз автоматизовані пристрої є майже всюди. Вони використовуються на промислових об'єктах, у воєнній справі, в побуті, для розваг та для роботи. Вони можуть бути також віртуальними у вигляді комп'ютерної програми.

10. Застосування роботів постійно зростає і удосконалюється, адже вони можуть працювати в небезпечних та несприятливих умовах для людини, а також краще виконують одноманітну повторювальну роботу по певному алгоритму, чим можуть повністю замінити людську працю.

СПИСОК ДЖЕРЕЛ ІНФОРМАЦІЇ

1. Шипулін С. Тенденції розвитку ПЛІС і їх застосування для цифрової обробки сигналів / Шипулін С., Губанов Д., Стешенко В., Храпов В. - Електронні компоненти, 1999, №5. - с.42 - 45.

2. В. Втолін. Методи стиснення даних/ В. Ватолін, А Ратушняк, М. Смірнов, В. Юкін. - М.: Діалог - МІФІ, 2002. - 384 с.

3. Гриньов Д.В. Кодування зображень / Д.В. Гриньов. - Х.: НТУ „ХПІ”, 2003. - № 26. - (Вісник НТУ „ХПІ”: зб. наук. пр. Тематичний випуск: Інформатика і моделювання).

4. Юревич Е.И. «Основы робототехники». - 2-е изд., перераб. и доп. - Спб.: БХВ-Петербург, 2005. - 416 с.: ил.

5. Белов А.В. Конструирование устройств на микроконтроллерах / А.В. Белов // Наука и техника, 2005. - 457 с.

6. Глинський Я.В. С++ та С++ Builder / Я.В. Глинський. - Львів : Вид-во НУ "Львівська політехніка", 2005. - 237 с.

7. Ульрих В.А. Микроконтроллеры PIC16X7XX. Справочник по КМОП - микросхемам с АЦП / В.А. Ульрих // Наука и техника, 2002. - 547 с.

8. Поляков А.К. Языки VHDL и Verilog. М.: СОЛОН-Пресс, 2003 - 320 с.

9. 3. Костюков В.Н. Мониторинг безопасности производства / В.Н. Костюков. - М.: Машиностроение, 2002. - 224c.

10. Євтушенко К.В., Перекрест А.Л. Обґрунтування структури мережевої лабораторії з дистанційним доступом через Internet // Збірка наукових праць VII Всеукраїнської науково-технічної конференції молодих учених і спеціалістів «Електромеханічні та енергетичні системи, методи моделювання та оптимізації». - Кременчук, КрНУ, 2010. - С. 55-56.

Додаток

Код програми на С++ для квадрокоптера

//neutral accelerometer/gyro positions

#define X_ZERO 332

#define Y_ZERO 324

#define Z_ZERO 396

#define PITCH_ZERO 249

#define ROLL_ZERO 249

#define YAW_ZERO 248

#define GYRO_CON 1.47

#define ACCEL_CON 0.93

#define TIME_CON 0.02

#define SEN_CON 0.95

//motor speed vars

int speeds[4];

//gyro inputs - current tilt vars

float pitch, roll, yaw;

int pitchzero, rollzero;

//accelerometer inputs - current acceleration vars

float xin, yin, zin;

//human inputs - control info vars

float pitchin, rollin, yawin, zhuman;

//random other vars

float xaverage=0, yaverage=0;

int y=0;

int blah;

//proportionality constants

float p=2.5; // P proportionality constant

float d=0.5; // D proportionality constant

void setup() {

zhuman=0;

rollin=0;

Serial.begin(9600);

for(int x=6; x<10; x++) {

pinMode(x, OUTPUT);

}

//send upper bound for human inputs to the motor speed controllers

for(int x=6; x<10; x++) {

pulsout(x,2000);

}

delay(5000);

//get zeros for pitch and roll human inputs

for(int x=0; x<10; x++) {

y=y+analogRead(3);

}

pitchzero=y/10;

y=0;

for(int x=0; x<10; x++) {

y=y+analogRead(4);

}

rollzero=y/10;

}

void loop () {

//accelerometer and gyro inputs ranged -232 to 232?

xin=(analogRead(0)-X_ZERO)*ACCEL_CON;

yin=(analogRead(1)-Y_ZERO)*ACCEL_CON;

zin=(analogRead(2)-Z_ZERO)*ACCEL_CON;

pitch=(pitchzero-analogRead(3))*GYRO_CON;

roll=(rollzero-analogRead(4))*GYRO_CON;

yaw=(analogRead(5)-YAW_ZERO)*GYRO_CON;

//get human inputs through radio here range of -30 to 30 except for zhuman which has an ideal range of 1000-2000, only 2 pulses per loop

if(blah==0) {

yawin=0.06*((signed int) pulseIn(2,HIGH)-1500);

pitchin=0.06*((signed int) pulseIn(3,HIGH)-1500);

blah=1;

}

else {

zhuman=(signed int) pulseIn(4,HIGH);

rollin=0.06*((signed int) pulseIn(5,HIGH)-1400); //1400 instead of 1500 is to correct for the underpowered motor #4 by trimming it in code

blah=0;

}

//averaging, etc.

xaverage= SEN_CON *( xaverage + TIME_CON * pitch) + ( 1 - SEN_CON ) * xin;

yaverage= SEN_CON *( yaverage + TIME_CON * roll) + ( 1 - SEN_CON ) * yin;

//calculate the motor speeds

if(zhuman<1150) {

for(int x=0; x<4; x++) {

speeds[x]=zhuman;

}

}

else {

if(zhuman > 1450) {

zhuman = 1450;

}

speeds[0] = zhuman - p*(xaverage - pitchin) - p*(yawin) - d*pitch;

speeds[1] = zhuman - p*(pitchin - xaverage) - p*(yawin) + d*pitch;

speeds[2] = zhuman - p*(yaverage - rollin) + p*(yawin) - d*roll;

speeds[3] = zhuman - p*(rollin - yaverage) + p*(yawin) + d*roll;

}

//set the upper and lower bounds for motor speeds (1000=no speed, 1600=upper speed limit, 2000=maximum possible speed)

for(int x=0; x<4; x++) {

//speed limit between 1000 and 1600

if(speeds[x]<1000) {

speeds[x]=1000;

}

if(speeds[x]>1600) {

speeds[x]=1600;

}

}

//pulsouts to motor speed controllers

for(int x=0; x<4; x++) {

pulsout(x+6,speeds[x]);

}

}

void pulsout (int pin, int duration) {

digitalWrite(pin, HIGH);

delayMicroseconds(duration);

digitalWrite(pin, LOW);

}

Размещено на Allbest.ur

...