Техническое задание на разработку

«Манипулятора для людей с ограниченными возможностями»

Содержание

1. Введение

2. Базовые термины, понятия и сокращения

3. Перечень нормативно-технических документов, методических материалов, использованных при разработке ТЗ

4. Техническое задание

4.1 Общие требования

4.2 Назначение и цели создания манипулятора

4.3 Характеристики манипулятора

4.4 Требования к системе управления

4.4.1 Обоснование и выбор интерфейса управления

4.5 Состав и содержание работ по созданию манипулятора

4.6 Порядок контроля и приемки манипулятора

4.7 Источники разработки

5. Обоснование и выбор структурной схемы

6. Обоснование и выбор функциональной схемы

6.1 Обоснование и выбор двигателей

6.2 Обоснование и выбор редукторов

6.3 Обоснование и выбор датчиков положения, расстояния, перегрузки

6.4 Обоснование и выбор материалов механической системы

6.5 Обоснование и выбор конструкции манипулятора

6.6 Обоснование и выбор конструкции крепления манипулятора на основание

Приложение А. Функциональная схема разрабатываемой ТС

Приложение Б. Электрическая схема разрабатываемой ТС

Приложение В. Алгоритм работы ТС

Список литературы

Введение

На современном этапе развития мехатроника позволяет в значительной степени облегчить повседневную жизнь человека, а в некоторых случаях даже полностью освободить человека от непосильного труда, особенно, если речь идет о людях с ограниченными возможностями.

Итак, в данном проекте предлагается изготовить автономный носимый манипулятор (мехатронную руку), управляемый с помощью удобного, простого, адаптивного интерфейса.

Разрабатываемая роборука, предназначена для применения людьми с ограниченными физическими возможностями, инвалидами, утерявшими способность выполнять те или иные функции в следствии травмы, заболевания, врожденного дефекта.

Роборука должна иметь техническую возможность применить различные варианты подключаемых интерфейсов управления, должна обеспечивать комфортность использования и, с заданной точностью, выполнять функции руки здорового человека.

Кроме того, в функции роборуки следует заложить:

- управление движением - обеспечение движения манипулятора в целом, контроль работы отдельных механизмов и приборов;

- навигация - определение местоположения рабочего инструмента (схвата) в пространстве (вычисление текущих абсолютных координат);

- планирование движения - задание маршрута движения и необходимых маневров схвата, коррекция траектории движения и контроля точности выполнения движения;

- обратная связь – передача на бортовой компьютер информации с датчиков, используемых для обеспечения заданной функциональности роборуки, о наличии предмета в схвате, о положении схвата, о положении каждого сустава, об ошибках и неполадках, о преградах и препятствиях обнаруженных на пути движения, о перегрузке по весу и т.п.;

- автономность - возможность автономной работы от аккумуляторных батарей, возможность горячей самозамены комплекта батарей и установки сменного набора на подзарядку.

- адаптивность – предусмотреть возможность запоминания траектории, повторяющихся движений, управление моментом двигателей, «горячие клавиши» - режим транспортировки, постановка аккумуляторов на зарядку и т.п.

Следует помнить, что при аппаратной реализации системы управления необходимо добиваться быстродействия, необходимого для решения поставленных задач в реальном времени, с одной стороны, и стремиться к надежной, компактной, энергоэффективной системе с другой стороны.

Согласно техническому заданию манипулятор и система управления должны быть максимально адаптированы под использование людьми с ограниченными возможностями, учитывая основное назначение.

Базовые термины, понятия и сокращения.

Манипулятор (М) - грузоподъёмное устройство, используемое для перемещения предметов в пространстве и монтируемое (как правило) на мобильные платформы.

Система управления (СУ) - систематизированный (строго определённый) набор средств сбора сведений о подконтрольном объекте и средств воздействия на его поведение, предназначенный для достижения определённых целей.

Автоматизированная система управления (АСУ) - комплекс аппаратных и программных средств, предназначенный для управления различными техническими процессами. Термин "автоматизированная", в отличие от термина "автоматическая" подчёркивает сохранение за человеком-оператором некоторых функций, либо наиболее общего, целеполагающего характера, либо не поддающихся автоматизации.

Интерфейс пользователя (ИП), он же пользовательский интерфейс (UI - англ. user interface) - разновидность интерфейсов, в котором одна сторона представлена человеком (пользователем), другая - машиной/устройством. Представляет собой совокупность средств и методов, при помощи которых пользователь взаимодействует с различными, чаще всего сложными, машинами, устройствами и аппаратурой.

Адаптивная система (АС) - (самоприспосабливающаяся система) - система, автоматически изменяющая данные алгоритма своего функционирования и (иногда) свою структуру с целью сохранения или достижения оптимального состояния при изменении внешних условий.

Техническое средство (ТС) - это материальный объект искусственного происхождения, который состоит из элементов объединённых связями и вступающих в определённые отношения между собой и внешней средой, чтобы осуществить процесс (последовательность действий для изменения или поддержания состояния) и выполнить функцию ТС (цель, назначение, роль). ТС имеет структуру (строение, устройство, взаиморасположение элементов и связей, задающее устойчивость и воспроизводимость функции ТС). Каждая составная часть ТС имеет индивидуальное функциональное назначение (цели использования) в системе.

Перечень нормативно-технических документов, методических материалов, использованных при разработке ТЗ

При разработке ААМ использовались требования следующих нормативных документов:

- ГОСТ 2.105-95 ЕСКД. Общие требования к текстовым документам;

- ГОСТ 2.105-95 ЕСПД. Техническое задание требование к содержанию и оформлению.

2. Техническое задание на разработку манипулятора

2.1 Общие требования

Полное наименование ТС: “Манипулятор для людей с ограниченными возможностями”.

ТС создается на основании знаний участников проекта, статей и Internet сайтов, а так же литературы указанной в перечне. Результаты проделанной работы по созданию ТС (её частей), являются открытой информацией для всех зарегистрированных участников проекта.

2.2 Назначение и цели создания ТС

Разработать, собрать и запрограммировать роботизированную руку, которая заменит человеку его собственную для некоторых повседневых задач.

Роборука-манипулятор управляется с помощью интерфейса управления и должна обеспечивать возможность брать и перемещать предметы разной формы и размера, находящиеся в зоне действия манипулятора-руки. Рука обладает 6-ю степенями свободы и трехпалым схватом.

В частном случае рука будет применяться для перемещения столовых предметов и мелкой бытовой техники.

2.3. Технические характеритики

Точность и режимы позиционирования механизмов ТС.

Общий вес ТС (без аккумуляторов) +6 кг

Грузоподъемность на плече 450 мм 1500 гр

Грузоподъемность на плече 900 мм 1000 гр

Радиус рабочего поля 900 мм

Линейная скорость при максимальной нагрузке 100 мм/с

Точность позиционирования рабочего инструмента 10 мм

Размеры перемещаемых предметов, не менее 10 мм

Общая потребляемая мощность, макс 250Вт

Напряжение питания 12 В

Время автономной работы, не менее 1 час

Рабочий инструмент ТС (схват):

Точность позиционирования фаланг схвата +1 мм

Точность удержания угла схвата +3 град

Режимы:

- запоминать движения и повторять их по нажатию одной кнопки;

- самозамена батарей и постановка их на зарядку;

- режим транспортировки;

- режим самотестирования и калибровки;

1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ПРИВОДА.

Редуктор предназначен для уменьшения количества оборотов стандартного мотор редуктора от стеклоподъемника ВАЗ 2110, а также является промежуточным звеном в системе с тросовой передачей крутящего момента.

Целью данной разработки является сочетание в одном корпусе редуктора и системы передачи крутящего момента через гибкий трос.

2.4 Требования к системе управления

Требования к системе в целом. Система управления должна обеспечивать управление положением И состоянием схвата.

Требования безопасности:

- требований к электробезопасности ;

- должна быть обеспечена пожаробезопасность.

Требования к эргономике и технической эстетике.

Система должна удовлетворять современным требованиям технической эстетики.

Требования к эксплуатации, техническому обслуживанию, ремонту и хранению ТС:

- эксплуатация ТС должна осуществляться автономно после включения;

- предусмотреть возможность проведения ежегодных регламентных работ при прохождении периодического технического осмотра;

- ремонт ТС в условиях специализированной мастерской ;

- хранение в соответствие с ГОСТ 15150-80.

Требования по сохранности информации при авариях: вся данные при авариях, потере питания должны сохраняться на информационные носители.

Требования к защите от влияния внешних воздействий:

Система должна функционировать в условиях воздействия радиопомех, электрических, магнитных и электромагнитных полей.

Требования к аппаратуре системы управления с точки зрения воздействия на смежные системы:

Система не должна шуметь, не излучать и т.д. ТС должно соответствовать стандарту ЭМС ___

Патентно-правовые требования:

Патентная чистота ТС и её частей должна быть обеспечена в отношении стран Евросоюза, США, Японии и России.

Требования технологичности, стандартизации и унификации:

Разработка КД ТС должна проводиться в соответствие с требованиями нормативно-технических документов, устанавливающих степень использования стандартных, унифицированных методов реализации функций (задач) ТС, поставляемых программных средств, типовых математических методов и моделей, типовых проектных решений и т.п.

Дополнительные требования:

- Требования к упаковке, маркировке, транспортированию и хранению,

- Требования к конструкторской, эксплуатационной и ремонтной документации;

- Комплектность ЗИП, специнструмент и приспособления;

- Экономические показатели и др.

Требования к видам обеспечения:

В пояснительной записке к проекту должны быть приведены:

- в рамках математического обеспечения ТС формулы и алгоритмы законов управления ТС;

2.5 Состав и содержание работ по созданию ТС:

В процессе выполнения работы должны быть разработаны: структурная, функциональная и электрическая схема ТС, алгоритм программы функционирования.

2.6 Порядок контроля и приёмки ТС:

Сроки

Срок сдачи прототипа – 21 апреля 2014 г.

Требования к документации:

Материалы проекта должны быть оформлены в соответствие с требованиями ГОСТ