Розробка акселерометричної системи керування маніпуляторами

Основні характеристики:

мікроконтролер ATmega328

Флеш-пам'ять 32 Кб (2 Kb використовуються для завантажувача)

ОЗУ 2 Kb

EEPROM 1 Kb

Тактова частота 16 МГц

Робоча напруга 3,3-5V

Вхідна напруга (рекомендований) 7-12V

Вхідна напруга (граничне) 6-20V

Цифрові входи / виходи 14(6 з яких з ШІМ)

Аналогові входи / виходи 8

Граничний струм через вхід / вихід 40 мА

Граничний струм для виведення 3.3В при 50мА

Розмір 6,9 * 5,3 * 1 см (Д * Ш * В)

4.3 Виконавчий маніпулятор

Для проведення експериментів з системою керування, був створений експериментальний зразок виконавчого маніпулятора.

Виконавчий маніпулятор виготовлений з текстоліту товщиною 1.5мм, і змонтований на поворотному штативі. Маніпулятор має 5 ступенів свободи і складається з 3 ланок. В суглобах встановлені 5 сервомеханізмів Tower Pro MG 995. Маніпулятор обладнаний двох пальцевим cхватом, для операцій з предметами. Кожен палець cхвата приводиться в рух за рахунок сервопривода Tower Pro SG90.

Рис.4.2 Експериментальний маніпулятор СH-1

Основні характеристики маніпулятора:

Загальна довжина руки: L - 44,7 см

Довжина ланок: L1 - 16,3 см

L2 - 9,7 cм

L3 - 18,7 см

Піднімаєма вага: - 166гр

4.3.1 Центральна плата

Центральна плата виконавчого маніпулятора виконана на основі мікроконтролера ATmega8A. ATmega8A, це 8-розрядний мікроконтролер, який має швидкий гарвардський процесор, пам'ять програм, пам'ять даних, порти вводу / виводу, і різні інтерфейсні схеми.

Гарвардська архітектура реалізує повний логічний і фізичний поділ не тільки адресних просторів, але також і інформаційних шин для звернення до пам'яті програм і до пам'яті даних, причому способи адресації і доступу до цих масивів пам'яті також різні.

Такий пристрій вже є близьким до пристрою цифрових сигнальних процесорів, і забезпечує суттєве підвищення продуктивності. Центральний процесор працює одночасно як з пам'яттю програм, так і з пам'яттю даних.

Рис.4.3 Центральна плата маніпулятора.

Основні характеристики ATMEGA8A-PU:

- 8Кбайт програмної flash пам'яті (10.000 циклів запису)

- 1024 х 8 біт внутрішньої оперативної пам'яті (SRAM)

- 512 байт пам'яті EEPROM

- захист пам'яті програм (flash і EEPROM)

- Зона кодів завантаження

- 23 програмовані лінії введення / виводу

- два 8-бітних таймера / лічильника

- один 16-бітний таймер / лічильник

- внутрішні і зовнішні переривання

- програмований USART

- 3 PWM канала

- двопровідний послідовний інтерфейс

- 6-канальний 10-бітний АЦП

- аналоговий компаратор

- Внутрішньосхемне програмування (SPI порт)

-watchdog таймер з осцилятором

- робоча частота 0 .. 16МГц

- внутрішній калібрований RC-генератор

-6 режимів зниженого споживання

- напруга живлення 2,7-5,5 В

- діапазон температур -40 .. +85 ° С

Сервоприводи маніпулятора підключаються до центральної плати, та управляються сигналом широтно - імпульсної модуляції.

В платі реалізовано інтерфейс RS232 для зв'язку маніпулятора з ПК. Даний інтерфейс основан на базі мікросхеми ST232BN відмітні особливості якої приведені в таблиці 5.

маніпулятор керування акселерометр сигнал

Таблиця 5

Кількість прийомо / передавачів	2/2
Швидкість передачі, кбіт/с	220
Напруга живлення, В	5
Кількість зовнішніх конденсаторів	5
Тип корпусу	DIP16
Температурний діапазон, С	-40…85
Номінальна ємність зовнішніх конденсаторів, мкФ	0.1

4.3.2 Сервопривід Tower Pro MG 995

Tower Pro MG 995 має дуже потужний двигун без сердечника, який ідеально підходить для механічної роботи. Продуктивність 13 кг на 1 см на 4,8 вольта або 15 кг на 6V. Цей сервопривід має такий же розмір, як і сервоприводи стандартного типу.

- Вага - 55гр.

- Розмір - 40,7 х 19,7 х 42,9 мм

- Швидкість - 0,20 сек/60 гр. (4,8V),0,16сек/60гр. (6V)

- Кут повороту 180 градусів

- Посилення - 8,5 кг/см(4.8V),10кг/см (6V)

- Робоча напруга - 4.8V - 7.2V

- Робоча температура - 0С - 55С

- Гніздо - JR (Fits JR and Futaba)

- Шестерінки з металу.

4.3.3 Сервопривід TowerPro SG90

TowerPro SG90 -- високоякісний аналоговий сервопривід. Особливістю даного сервоприводу є компактний розмір і мала вага - всього 9 грам.

Характеристики:

- Число оборотів холостого ходу: 0.12 секунди / 60 градусів (4.8V)

- Крутний момент: 1.6кг/см (4.8V)

- Робоча температура: -30 ~ +60 градусів Цельсія

- Час зупинки при позиціонуванні: 7 мікросекунд

- Робоча напруга: 4.8V-6V

- Споживаний Ток: менше ніж 500mA

- Довжина кабелю: 180 мм

- Вага: 9грам

Сервопривід працює на 90 градусів, що дозволяє його використовувати для рульового управління і для вирішення інших завдань.

4.4 Програмне забезпечення маніпулятору

4.4.1 Програма керування копіюючим маніпулятором

Одним з елементів системи управління маніпулятором є, програма, управління, яка написана мовою С#.

Ріс.4.3 Вікно програми керування копіюючим маніпулятором



Ріс.4.4 Блок-схема програми керування копіюючим маніпулятором

Програма управління реалізує принцип копіюючого управління маніпулятором, приймаючи значення з центральної плати Uno32, по USB шині, а саме, значення кутів які зчитують акселерометри, і відповідно до них, видавати команди повороту на відповідні мотори маніпулятора по RS232 протоколу.

Також програма управління дозволяє управляти в ручному режимі окремими двигунами маніпулятора за допомогою спеціальних движків. Також, програма замірює затримку між двома прийнятими командами з центральною плати системи управління і виводити їх на екран.

4.4.2 Внутрішня прошивка

До складу програмного забезпечення входять прошивки для контролерного модулю виконавчого маніпулятора а також модулів системи керуючого пристрою. Прошивки написані в середовищі програмування Arduino IDE, мовою Processing / Wiring. Написані на Wiring програми перетворюються (з мінімальними змінами) в програму мовою C/C++, і потім компілюються компілятором AVR-GCC. Так що, фактично, використовується спеціалізований для мікроконтролерів AVR варіант C/C++.

Програми буферних модулів керуючого пристрою, отримують данні з акселерометрів через інтерфейс SPI, перетворюють їх в значення кутів, і відправляють їх в центральний модуль керуючого пристрою, програма якого, об'єднує отримані данні з усіх модулів, і надсилає на ПК управління.

Прошивка маніпулятора реалізує управління сервомоторами, отримуючи команди з ПК через інтерфейс RS232.

4.5 Випробування

В рамках даної роботи проведені випробування роботи експериментального зразка керуючого пристрою, та виконавчого маніпулятору. Виконавчий маніпулятор продемонстрував такі показники по підйому ваги, а саме, 162гр - максимальна підйомна вага плечової ланки маніпулятора, і 153гр при підйомі ваги ліктьовою ланкою.

Проводився експериментальний аналіз характеристик двох акселерометрів, MMA7660FC та ADXL345, а також, проведено експеримент в режимі керування ланок маніпулятора. Виявлені найбільш прийнятні характеристики акселерометрів, для використання їх у якості сенсорних елементів задаючого пристрою системи копіюючого управління, які приведені в таблиці 6.

Таблиця 6

Прискорення (макс.),±g	1.5 - 2
Осі	XYZ
Чутливість,LSB/g	21.33 - 32
Роздільна здатність,біт	10

Важливим фактором, було визначення затримки, між видачею датчиком значення, перетворення його в кут, і прийомом значення кута на ПК. Затримкою є час між двома прийнятими командами. Вона визначалася програмно, за допомогою програми управління і склала близько 16ms.

5. ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА В НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ

5.1 Шкідливі і небезпечні фактори робочої зони

Під час вивчення стану організації робочих місць у лабораторії автоматизації експерименту та моделювання фізичних процесів кафедри експериментальної фізики встановлено: загальна площа лабораторії становить 36 м²; висота до стелі - 3,8 м; приміщення має два вікна, що виходять на захід; кількість робочих місць з ПК - 5; всі монітори ПК на електронно-променевих трубках (ЕПТ).

Проаналізовані різні складові можливого негативного впливу комп'ютера на працюючих в лабораторії. Такий вплив є комплексним.

По-перше, монітор ПК на електронно-променевій трубці є джерелом:

- електростатичного поля між екраном і оператором;

- слабких електромагнітних випромінювань у низькочастотному, наднизькочастотному і високочастотному діапазонах (2 Гц -- 400 кГц);

- м'якого рентгенівського випромінювання;

- ультрафіолетового випромінювання;

- інфрачервоного випромінювання;

- випромінювання видимого діапазону;

- пилу, озону, окислів азоту й аероіонізації;

- шуму й вібрації.

По-друге, нерухома напружена поза оператора, призводить до втоми й виникнення болю у хребті, шиї, плечових суглобах.

По-третє, інтенсивна робота із клавіатурою викликає болючі відчуття в ліктьових суглобах, передпліччях, зап'ястях, кистях і пальцях рук.

По-четверте, значному навантаженню піддається зоровий апарат працюючих із ПК.

По-п'яте, робота комп'ютера супроводжується акустичними шумами.

Всі ці фактори можуть бути психофізичним фактором, що веде до певних функціональних розладів стану здоров'я працюючих, а саме, вони можуть викликати:

- фізичні нездужання: сонливість, стомлюваність, постійну втому (навіть після відпочинку);

- захворювання очей: швидку стомлюваність, почуття гострого болю, печію, сверблячку, слізливість, часте моргання, відчуття натертості.

- порушення візуального сприйняття: неясність зору на далекій відстані відразу після роботи за комп'ютером («завіса перед очима»); неясність зору на близькій відстані (зображення на екрані погано фокусується зоровою системою);

- погіршення зосередженості й працездатності (дуже часто виявляється наслідком візуальних порушень): зосередженість зменшується із працею (неможливо зберегти уважність протягом тривалого часу); дратівливість під час і після роботи; втрату робочої точки на екрані, пропуски рядків, слів, уведення повторних рядків, помилки при заповненні стовпчиків («невлучення»), переставлення слів або цифр місцями.

Аналіз умов роботи в лабораторії показав, що факторами, що найбільше впливають на зір при роботі з ПК, є такі:

1) Недосконалість способів створення зображення на екрані монітора. Ця група факторів містить у собі:

-- неоптимальні параметри схем розгортки ЕПТ,

-- несумісність параметрів монітора й графічного адаптера,

-- недостатньо високе розрізнення монітора, розфокусування, незведення променів і низький рівень інших його технічних характеристик;

-- надлишкову або недостатню яскравість зображення.

2) Непродумана організація та розташування робочих місць, що є причиною:

-- наявності відблисків на передній панелі екрана;

-- відсутності необхідного рівня освітленості робочих місць;

-- недотримання відстані від очей оператора до екрана.

Таким чином, більша частина факторів, що шкідливо впливають на користувача ПК, так чи інакше пов'язані з впливом на якість зорового сприйняття інформації, що є найважливішою складовою у діяльності людині, тому дуже важливим завданням у комплексі заходів із забезпечення сприятливих умов праці на робочих місцях в лабораторії автоматизації експерименту є створення належних умов розташування та освітленості робочих місць.

В лабораторії для живлення приладів використовувалася звичайна побутова електрична мережа з змінною напругою, 220V, 50 Гц. В експериментальній установці використовувалася постійна напруга 3.3V - 7.5V.

Приміщення, де проводилася розробка приладу, відноситься до приміщень без підвищенної небезпеки, оскільки:

- відносна вологість приміщення не більше 75%,

- неструмопровідна підлога приміщення.

- повітря в приміщенні без струмопровідного пилу.

- температура повітря в приміщенні в межах +22…+27°С.

Для забезпечення безпеки при виконанні роботи було використано:

- заземлення, занулення приладів та елементів приладів.

- правильне розміщення та використання приладів.

- електрична ізоляція елементів виготовленного приладу.

Робоче приміщення відноситься до категорії В по пожежній небезпеці, в ньому присутні тверді горючі та важкогорючі речовини і матеріали, здатні при взаємодії с киснем повітря лише горіти.

В приміщенні передбачені засоби для гасіння пожежі: вогнегасники ВВ-10, ящики з піском, азбестова ковдра, пожежний водопровід з краном та рукавами для гасіння пожежі.

У разі виникнення пожежі, необхідно:

- дану ділянку знеструмити загальним рубильником.

- вжити заходів до гасіння полум'я наявними протипожежними засобами (вода, вогнегасник);

- покинути приміщення;

- повідомити про пожежу і місце його знаходження черговому пожежної охорони.

5.2 Розробка заходів безпеки праці

5.2.1 Заходи безпеки праці перед початком роботи

Для обмеження прямих відблисків від джерел природного та штучного освітлення в приміщенні передбачено зниження яскравості видимої частини джерел світла шляхом застосування спеціальних розсіювачів світла, а також правильне розміщення робочого місця відносно джерел світла.

Також передбачено заходи щодо обмеження відбитих відблисків на робочій поверхні (екран, стіл, клавіатура). Яскравість відблисків на екрані ПК не повинна перевищувати 80 кд/м², а яскравість стелі при застосуванні системи відбитого освітлення не повинна перевищувати 200 кд/м².

Нерівномірність розподілу яскравості в полі зору користувачів обмежують співвідношенням яскравості між робочим екраном та близьким оточенням (стіл, зошити, посібники і т. ін.), воно не повинно перевищувати 5:1, а між поверхнями робочого екрана і оточенням (стіл, обладнання) - 10:1.

Коефіцієнт запасу (К_з) для освітлювальних установок загального освітлення приймається рівним 1,4.

Величина коефіцієнта пульсації освітленості не перевищує 5%, що забезпечується застосуванням газорозрядних ламп у світильниках загального та місцевого освітлення з високочастотними пускорегулюючими апаратами (ВЧПРА) для світильників будь-яких типів. Якщо не має світильників з ВЧПРА, то лампи багатолампових світильників або світильники загального освітлення, розташовані поруч, слід вмикати на різні фази трьохфазної мережі. Для забезпечення нормованих значень освітленості у приміщеннях з ПК слід чистити шибки і світильники не менше двох разів на рік і вчасно замінювати лампи, що перегоріли.

Приміщення з комп'ютерною технікою рекомендується обладнувати ПК, корегований рівень звукової потужності яких не перевищує 45 дБА.

Зниження рівня шуму в приміщеннях можна здійснити таким чином:

- Використанням блоків живлення ПК з вентиляторами на гумових підвісках;

- Використанням ПК, в яких системи охолодження вмонтовані в блоці живлення та в критичних точках материнської плати (процесор, мікросхеми чіпсету), які дозволяють програмним шляхом регулювати як моменти ввімкнення систем охолодження, так і їх інтенсивність;

- Переведення жорсткого диска в режим очікування (Standby),якщо комп'ютер не працює на протязі визначеного часу. Цей час встановлюється в опціях керування напругою в операційних системах сімейства Windows. Якщо в режимі Standby немає необхідності, його можна вимкнути в BIOS материнської плати;

- Використанням ПК, в яких охолодження на процесорі встановлено виробником (ВОХ-процесор);

- Застосуванням материнських плат формату АТХ та АТХ-корпусів, що дозволяє регулювати автономну швидкість та момент часу відключення вентилятора блока живлення від електромережі;

- Використанням 24-32-х швидкісних CD-ROM для застосувань, які створюють менше шуму, аніж швидкісні 48-50-х CD-ROM, або застосовувати привід з одночасним зчитуванням декількох доріжок CD;

- Заміною матричних голчатих принтерів струменевими і лазерними принтерами, які забезпечують при роботі значно менший рівень звукового тиску;

- Застосуванням принтерів колективного користування, розташованих на значній відстані від більшості робочих місць користувачів ПК;

- Зменшенням шуму на шляху його розповсюдження через розміщенням звукоізолюючого відгородження у вигляді стін, перетинок, кабін;

- Акустичною обробкою приміщень;

- Зменшення енергії відбитих звукових хвиль шляхом збільшення площі звукопоглинання I (розміщення на поверхнях приміщення облицювань, що поглинають звук, розміщенням в приміщеннях штучних поглиначів звуку).

Захист від випромінювання здійснюється в таких напрямках:

- Екранування випромінювання. Для здійснення колективного захисту, якщо сусідні робочі місця потрапляють у зону впливу поля (на відстані 1,2-2,5 метрів від дисплея), встановити захисне покриття задньої і бічних стінок, змонтувати спеціальні екрануючі панелі, на задню і бічні сторони монітора, встановити перегородки між різними користувачами;

- Захист відстанню. Потужність еквівалентної дози іонізуючого електромагнітного випромінювання на відстані 0,05 м від екрана до корпуса термінала при будь-яких положеннях регулювальних пристроїв не повинна перевищувати 7,74 х 10 в ст. -12 А/кг, 0,1 мбер/год (100 мкР/год.). Тобто в залежності від розміру діагоналі монітору слід витримувати відповідну відстань до оператора ПК;

- Захист часом. При 8-годинній денній робочій зміні слід призначати регламентовані перерви для відпочинку тривалістю 15 хвилин через кожні дві години. При 12-годинній зміні регламентовані перерви повинні встановлюватись в перші 8 годин роботи аналогічно перервам при 8-годинній робочій зміні, а протягом останніх 4-х годин роботи через кожну годину тривалістю 15 хвилин. У всіх випадках, коли робочі обставини не дозволяють застосовувати регламентовані перерви, тривалість безперервної роботи с ВДТ не повинна перевищувати 4 години.

5.2.2 Заходи безпеки під час проведення робіт

Небезпека ураження електричним струмом існує завжди, якщо є контакт з пристроєм, що живиться напругою 36 В і вище, а тим паче від електричної мережі 220 В. Це може статися за помилки у випадку дотику до відкритих струмоведучих частин, але частіше за все через різні причини (перевантаження, не зовсім якісна ізоляція, механічні пошкодження та ін.). В процесі експлуатації може погіршитися ізоляція струмоведучих частин, у тому числі шнурів живлення, в результаті чого вони можуть опинитись під напругою, і випадковий дотик до них загрожує електротравмою, а у важких випадках - і загибеллю людини.

Зоною підвищеної електронебезпеки є місця підключення електроприладів і установок. Часто розетки розташовують на підлозі, що неприпустимо. Також часто відбувається інша помилка - перенавантаження розеток за потужністю, і, як наслідок, відбувається порушення ізоляції, що приводить до короткого замикання.

Для зведення до мінімуму потенційної небезпеки електротравмування необхідно дотримуватися вимог, встановлених "Правилами експлуатації електроустановок споживачів" і "Правилами техніки безпеки при експлуатації електроустановок споживачів" (ПЕ і ПТБ електроустановок споживачів), а також "Правилами улаштування електроустановок" (ПУЕ).

Для запобігання уражень електричним струмом при роботі з комп'ютером слід встановити додаткові захисні пристрої, що забезпечують недоступність струмопровідних частин для дотику; з метою зменшення небезпеки можна використовувати розділовий трансформатор для розв'язки з основною мережею, і обов'язковим у всіх випадках є наявність захисного заземлення або занулення (захисного відключення) електрообладнання. Для якісної роботи комп'ютерів створюється окремий заземлюючий контур.

В процесі обслуговування ПЕОМ виникає необхідність ремонтних, монтажних і профілактичних робіт. Згідно ДСанПін 3.3.2.007-98 та НПАОП 0.00.1.31-2010, заборонено проводити ремонт ВДТ і ПЕОМ безпосередньо в робочих, навчальних та дошкільних приміщеннях.

Під час роботи з електроустановками поряд з безумовним дотриманням певних організаційних заходів, встановлених ПЕ і ПТБ електроустановок споживачів, слід суворо виконувати всі технічні заходи, що забезпечують безпеку робіт зі зняттям напруги, а саме: відключення обладнання на ділянці, виділеній для виконання робіт, та вживання заходів проти помилкового чи самовільного включення; огородження при необхідності робочих місць і залишених під напругою струмоведучих частин; встановлення попереджувальних плакатів і знаків безпеки; перевірка відсутності напруги; накладання заземлення.

При виконанні електромонтажних і ремонтних робіт необхідно також всі види обслуговування ЕОМ виконувати одночасно не менш ніж двом фахівцям, щоб у разі електротравми було кому відключити струм і надати першу долікарську допомогу. При цьому робітник повинен знаходитися на гумовому килимку і перевіряти електричну схему, не торкаючись корпусу і струмоведучих ланцюгів.

Під час ремонту обчислювальної техніки забороняється:

- Застосовувати для з'єднання блоків і приладів дроти з пошкодженою ізоляцією;

- Проводити пайку і монтаж деталей в обладнанні, що знаходиться під напругою;

- Вимірювати напругу і струм переносними приладами з неізольованими дротами і щупами;

- Підключати блоки та прилади до устаткування, що знаходиться під напругою;

- Замінювати запобіжники при включеному обладнанні;

- Працювати на високовольтних установках без захисних засобів.

Для усунення можливої несиметрії напруги в разі аварійної ситуації на інших електроустановках в силовій мережі, для надійного відключення комп'ютерного обладнання від мережі та з метою забезпечення електробезпеки користувача і збереження техніки необхідно виконувати ряд монтажних вимог:

- всі з'єднання ПЕОМ та зовнішнього обладнання повинні проводитися при відключеному електроживленні;

- всі вузли одного персонального комп'ютера і підключене до нього периферійне устаткування повинні живитись від однієї фази електромережі;

- корпуса системного блоку і зовнішніх пристроїв повинні заземлюватися окремо на зовнішній контур;

- для відключення комп'ютерного обладнання повинен використовуватися окремий щит з автоматами захисту і одним рубильником.

Для захисту комп'ютерів від неякісного електроживлення (підвищеної або зниженої напруги, провалів і стрибків напруги, відхилення частоти і форми кривої напруги), що є основною причиною збоїв електроніки під час роботи (зависання, помилки при запису або читанні диска і т. п.), застосовуються джерела безперебійного живлення (ДБЖ). Їх основне призначення - забезпечення навантаження електроенергією при аварії в основній мережі. При використанні ДБЖ необхідно, щоб захисний контур (земля) і нейтральний провід прокладалися окремо. Крім усього іншого, неякісне заземлення знижує захист від електромагнітних перешкод, що наводяться джерелом на обладнання (монітор). Крім того, не рекомендується включати в ДБЖ лазерні принтери, так як під час розігріву принтера споживаний струм значно перевищує номінальне значення, що може привести до виходу ДБЖ з ладу.

5.2.3 Заходи безпеки після закінчення робіт

В приміщенні після закінчення роботи, з усіх електроустановок та електроприладів, а також з мереж їх живлення відключається напруга (за винятком чергового освітлення, протипожежних та охоронних установок, а також електроустановок, що за вимогами технології працюють цілодобово).

Обігрівання приміщення лабораторії здійснюється тільки приладами центрального водяного опалення.

Вентиляційні камери, шахти і повітроводи очищаються від горючих предметів і пилу не рідше ніж два рази на рік.

Під час експлуатації кондиціонерів не допускається:

використовувати як опорні конструкції горючі елементи конструкцій рам(у разі встановлення кондиціонера у віконному прорізі);

кустарно (самотужки) переробляти кондиціонери;

замінювати триполюсні штепсельні роз'єднувачі на двополюсні;

встановлювати кондиціонери у внутрішніх протипожежних перегородках та стінах

Після закінчення роботи необхідно уважно оглядати приміщення, усунути виявлені недоліки а також прибрати сміття.

5.2.4 Заходи безпеки в аварійних ситуаціях

При експлуатації ЕОМ не виключена небезпека різного роду загорянь. У сучасних комп'ютерах дуже висока щільність розміщення елементів електронних систем, в безпосередній близькості один від одного розташовуються сполучні дроти, комунікаційні кабелі. При протіканні по них електричного струму виділяється значна кількість теплоти, що може привести до підвищення температури окремих вузлів до 80-100 °C. При цьому можливі оплавлення ізоляції сполучних дротів, їх оголення і, як наслідок, коротке замикання, що супроводжується іскрінням, яке веде до неприпустимих перевантажень елементів електронних схем. Перенагріваючись, вони згорають з розбризкуванням іскор.

Для відведення надлишкового тепла від ЕОМ служать системи вентиляції та кондиціонування повітря. Однак ці системи також представляють додаткову пожежну небезпеку для машинного залу та інших приміщень, оскільки, з одного боку, димарі забезпечують подачу кисню, що є окислювачем, у всі приміщення, а з іншого - при виникненні пожежі швидко поширюють вогонь і продукти горіння по всіх приміщеннях і пристроях, з якими вони пов'язані.

Живлення до електрообладнання подається по кабельних лініях, які становлять особливу пожежну небезпеку. Наявність горючого ізоляційного матеріалу, ймовірних джерел запалювання у вигляді електричних іскор і дуг, розгалуженість і важкодоступність роблять кабельні лінії місцями найбільш вірогідного виникнення і розвитку пожежі.

Експлуатація ЕОМ пов'язана з необхідністю проведення обслуговуючих, ремонтних і профілактичних робіт. При цьому використовують різні мастильні матеріали, легкозаймисті рідини, прокладають тимчасові електропроводки, ведуть пайку та чистку окремих вузлів і деталей. Виникає додаткова пожежна небезпека, що вимагає відповідних заходів пожежної профілактики. Для попередження спалаху всі види кабелів прокладають в металевих газонаповнених трубах. У машинних залах кабельні лінії прокладають під технологічними знімними підлогами, які виконують з негорючих або важкогорючих матеріалів з межею вогнестійкості не менше 0,5 ч.

У приміщеннях обчислювального центру пожежні крани встановлюють в коридорах, на майданчиках сходових кліток, у входів. Ручні вуглекислотні вогнегасники встановлюють у приміщеннях з розрахунку один вогнегасник на 40-50 м².

Для запобігання розповсюдження вогню під час пожежі з однієї частини будівлі на іншу влаштовують протипожежні перешкоди у вигляді протипожежних стін, перегородок, перекриттів, зон, тамбурів-шлюзів, дверей, вікон,люків,клапанів.

У будівлі на випадок виникнення пожежі передбачається не менше двох евакуаційних виходів, але через машинний зал, що має також не менше двох виходів, не повинні проходити шляхи евакуації співробітників, що працюють в інших підрозділах. В інших виробничих приміщеннях допускається проектувати один вихід, якщо відстань від найбільш віддаленого місця до виходу не перевищує 25 м, а кількість працюючих у зміні не більше 25 осіб. Проходи, коридори і робочі місця не слід захаращувати архівними матеріалами, папером. На евакуаційних шляхах встановлюють як природне, так і штучне аварійне освітлення.

Для зберігання носіїв інформації використовують вогнетривкі металеві шафи, двері до сховищ також повинні бути вогнетривкими.

Комплекс організаційних і технічних заходів пожежної профілактики дозволяє запобігти пожежі, а в разі її виникнення забезпечити безпеку людей, обмежити поширення вогню, а також створити умови для успішного гасіння пожежі.

Дотримання правил і вимог електробезпеки дозволяє максимально забезпечити захист користувача від ураження електричним струмом. Однак, якщо стався нещасний випадок, в першу чергу необхідно будь-яким способом негайно припинити дію струму, для чого треба вимкнути рубильник, відкинути електропровід від потерпілого сухою палицею або чимось неструмопровідним і обов'язково викликати лікаря. Якщо потерпілий у свідомості і відчуває деяке нездужання, до приходу лікаря слід забезпечити йому спокій, свіже повітря, тепло.

При важкому стані потерпілого (втрата свідомості, відсутній пульс, переривчасте дихання) необхідно терміново почати штучне дихання за способом "з рота в рот" з частотою 12-15 вдувань за хвилину та непрямий масаж серця з частотою одне натискання в секунду і продовжувати ці дії до поліпшення стану хворого (діаметр зіниць відновлюється, тобто зменшується до нормального, пульс повертається, дихання нормалізується). Коли людина приходить до тями, треба продовжувати надавати допомогу ще 5-10 хвилин, потім покласти його в теплі і давати рясне пиття у вигляді теплого чаю. У будь-якому випадку треба забезпечити надання кваліфікованої медичної допомоги.

Виконання правил безпеки не дає стовідсоткової гарантії запобігання надзвичайних ситуацій. В процесі роботи з електрообладнанням можуть виникнути різноманітні позаштатні ситуації, серед яких, наприклад, короткі замикання та перевантаження обладнання що можуть спричинити іскріння та навіть загоряння обладнання та оточуючих його горючих речовин, надмірне диміння, оплавлення ізоляції що робить можливим випадкове торкання до джерела електричного струму та ураження ним та інші ситуації. При виникненні позаштатної ситуації слід негайно попередити всіх людей які знаходяться в зоні надзвичайної ситуації та звернутись за допомогою до відповідних служб.

5.3 Розрахунок системи загально обмінної вентиляції

Розрізняють чотири основні схеми організації повітрообміну при загальнообмінній вентиляції: зверху вниз, зверху вверх, знизу вверх, знизу вниз.

Вибираємо схему організації повітрообміну-зверху вниз (рис 5.1.)

Рис.5.1 Організація вентиляції

Вхідні дані:

- Приміщення - офісного типу.

- Працівники: 1(одна) людина.

- Розмір приміщення 10 м. ? 7 м. ?4.2 м.

Для визначення необхідної продуктивності необхідно розрахувати два значення повітрообміну: по кратності і по кількості людей, після чого вибрати більше з цих двох значень.

Розрахунок повітрообміну по кратності:

L_кр = n ?V=2,5?274=685 м³/год,

де

L -- необхідна продуктивність припливної вентиляції, м³/год;

n -- нормована кратність повітрообміну: для житлових приміщень n = 1, для офісів n = 2,5

V -- об'єм приміщення, м³;

Розрахунок повітрообміну по кількості людей:

L_кіл = N ? L_норм =1 ? 60 = 60 м³/год

де

L -- необхідна продуктивність припливної вентиляції, м³/год;

N -- кількість людей;

Lнорм -- норма витрати повітря на одну людину(норма для роботи в офісі -- 60 м3/год)

Отже, Lкр > Lкіл

L=685 м³/год

Вибираємо стандартні розміри круглого повітропроводу з листової сталі d=500 мм.

Потрібний тиск, необхідний для передачі повітря повітропроводами, визначають через розрахунок суми втрат тиску на тертя і місцеві опори в сітці. Втрати тиску на тертя для кожної ділянки (починаючи з найввідаленої)і в вітках розраховуються за формулою, Па.

Па

Де R - питомі втрати тиску на 1 м довжини трубопроводів. - довжина ділянки або вітки, м.

Питомі втрати тиску можуть бути визначені за табличними даними або за формулою,

Па/м

Де - коефіцієнт опору тертя, який залежить від шорсткості стінок повітропроводу(для стальних повітропроводів /d = 0,031); - швидкість повітря м/с, d- діаметр повітропроводів, мм; - питома вага,Н/м³;g - прискорення сили тяжіння,м/с².

Значення приймаємо згідно залежно від діаметру повітропроводу d, і швидкості транспортування повітря v_p.

Втрати тиску в місцевих опорах розраховують також послідовно для кожної ділянки і в вітках за формулою, Па:

,

де - коефіцієнт місцевих опорів.

Коефіцієнти місцевих опорів в трійнику враховують як зі сторони руху повітря магістралі, так із сторони віток. Втрати тиску у хрестовині дорівнюють сумі коефіцієнтів місцевих опорів двох трійників.

Загальні витрати тиску на кожній розрахунковій ділянці і вітках, Па:

Вибір вентиляційного обладнання

Необхідна потужність електродвигуна вентилятора,кВт

кВт

Де L -кількість пилу що надходить в робочу зону,м³/г;Н - тиск, що створюється вентилятором, Па;К-коефіцієнт запасу, К = 1,1….1,5; - ККД вентилятора (0,5…0,8).

Під час виконання експериментальної частини дипломної роботи були виявлені потенційно небезпечні фактори та проведено роботу по їх усуненню або мінімалізації їх негативного впливу.

Встановлено необхідну кількість якісних люмінесцентних ламп.

Проведено розрахунок вентиляції і з'ясовано, що для створення в даному приміщенні з габаритами 10 х 7 х 4,2 м. необхідної продуктивність припливної вентиляції, що дорівнює 685 м³/год, необхідно встановити вентилятор з двигуном потужності 0,04 кВт.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ ТА ВИСНОВКИ

1. Розглянуті області застосування та існуючі технічні рішення до побудови систем керування маніпуляторами, а також проведено їх порівняльний аналіз.

2. Виведені рівняння, які описують маніпулятор як виконавчий об'єкт керування.

3. Проаналізовано роботу акселерометру з точки зору визначення кутів нахилу окремих ланок маніпулятору, за яким встановлено, що необхідна обов'язкова програмна корекція роботи акселерометрів.

4. Проведено зв'язок значень кутів акселерометра з формуванням сигналів управління маніпулятором.

5. Проведено порівняльний аналіз акселерометрів і встановлені оптимальні характеристики для використання в системі керування, а саме: прискорення: 1.5 -- 2g, чутливість: 21.33 -- 32LSB/g, Роздільна здатність: 10біт.

6. Розроблені структурна та електрична схеми системи копіюючого маніпулятора.

7. Виготовлено експериментальний зразок системи.

8. Проведено тестування маніпулятора та його налагодження. Експериментальний маніпулятор продемонстрував такі показники по підйому ваги, а саме, 162гр - максимальна підйомна вага плечової ланки маніпулятора, і 153гр при підйомі ваги ліктьовою ланкою.

9. Розроблено програмне забезпечення системи копіюючого керування маніпулятором.

10. Проведені випробування системи, за якими досягнута висока швидкість реакції на керуючі ланки маніпулятора, що визначається затримкою між зміною кута задаючою ланки, та моментом виконання команди на зміну кута маніпулятору, та складає велечину меншу ніж 16ms.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

Толмачёв Р. П. Система копирующего управления орбитальным манипулятором / Р. П. Толмачёв, М. М Милых // Материалы XV Международной молодежной научно-практической конференции «Человек и Космос» (10 апр. - 12 апр. 2013 г.). - Днепропетровск : Национальный центр аэрокосмического образования молодежи им. Макарова [и др.], 2013. - DVD, ISSN 2221-4550.

Frank L.Lewis , Darren M.Dawson , Chaouki T.Abdallah . Robot Manipulator Control Theory and Practice Second Edition, Revised and Expanded . Marcel Dekker, Inc. 2004.

K.Jayarajan, Manjit Singh. Master - Slave manipulators: Tehnology and recent developments. 2006.

Using an Accelerometer for Inclination Sensing by Christopher J.Fisher. (AN-1057.pdf)

Е.И. Юревич, Управление роботами и робототехническими системами, Санкт-Петербург 2000 .

Определение угла наклона акселерометром - http://bitaks.com/resources/inclinometer/content.html

ADXL345 Data Sheet. - http://www.analog.com

Размещено на Allbest.ru