Компьютерное моделирование коэффициента сервиса руки человека
Разработка структурной схемы руки человека. Методика определения коэффициента сервиса и координат точек ориентации. Разработка метода многомерной оптимизации для решения обратной задачи кинематики. Программная реализация определения коэффициента сервиса.
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 15.06.2013 |
| Размер файла | 1,2 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru
Размещено на http://www.allbest.ru
Факультет комп'ютерных систем и технологий
Кафедра системной инженерии
Пояснительная записка
К дипломной работе
На тему
Компьютерное моделирование коэффициента сервиса руки человека
Виполнила: студентка группы КТ-792
Коваленко М.О.
Руководитель:Пономаренко С.С.
Луганск 2013 р
Реферат
компьютерное моделирование рука сервис
Дипломная работа образовательно-квалифицированного уровня «бакалавр» содержит пояснительную записку, графическую часть, программное обеспечение на носителе. Пояснительная записка состоит из __стр. и включает в себя __рис., __табл., __литературных источников, __приложений.
Задачей данной работы является построение математической модели коэффициента сервиса руки человека и компьютерное моделирование этой задачи.
Ключевые слова: робот, структурная схема, модель, кинематика, манипулятор, коэффициент сервиса, метод многомерной оптимизации.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
2. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ РУКИ ЧЕЛОВЕКА
3. КОЭФФИЦИЕНТ СЕРВИСА РУКИ ЧЕЛОВЕКА
3.1 Методика определения коэффициента сервиса
3.2 Определение координат точек ориентации
4. МОДЕЛИРОВАНИЕ КИНЕМАТИКИ РУКИ ЧЕЛОВЕКА
4.1 Обратная задача кинематики о положениях
4.2 Решение обратной задачи кинематики руки человека
4.3 Разработка метода многомерной оптимизации для решения ОЗК
5. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА СЕРВИСА
5.1 Алгоритм определения коэффициента сервиса руки человека
5.2 Описание программы
5.3 Анализ результатов
6. Охрана труда
6.1 Правові основи охорони праці
6.2 Класифікація причин і методи аналізу виробничого травматизму та профзахворювань
6.3 Основи фізіології, гігієни праці та виробничої санітарії
6.4 Основи техніки безпеки на виробництві
6.5 Основи пожежної безпеки
6.6 Висновки
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
Приложения
ВВЕДЕНИЕ
Биомеханика - это дисциплина, которая подходит к изучению тела человека, как если бы оно было исключительно механической системой: все части тела аналогичны механическим структурам и изучаются аналогичным образом. Кинематика является одним из разделов биомеханики.
В биомеханике под кинематикой движений понимают геометрию, то есть пространственную форму движений человека без учета его массы и действующих сил. Кинематика дает в целом только внешнюю картину движений. Причины возникновения и изменения движений раскрывает динамика.
Человек состоит из набора сегментов, соединенных сочленениями - суставами. При этом сегменты объединяются в кинематические пары.
Кинематические пары в теле человека - это подвижные соединения двух костных звеньев, обеспечивающих их произвольные пространственные движения. Возможности движения кинематических соединений определяются скелетным строением тела и управляющим воздействием мышц.
Кинематические пары принято называть биокинематическими. Положение биокинематических пар в пространстве принято описывать их местоположением, ориентацией и позой. Самой сложной задачей является определение ориентации, она иллюстрирует поворот тела относительно неподвижной системы координат. Ее характеризуют три угловых координаты x,y,z (так называемые углы Эйлера).
В биомеханике с целью облегчить описание движений человека вводят понятия плоскостей тела. Основные плоскости тела и всякие другие, параллельные им, ориентированы в системе трех взаимно перпендикулярных осей тела.
Из всех биокинематических пар при изучении двигательных действий человека специалистов интересуют, прежде всего, верхние и нижние конечности тела, представляющие собой низшие вращательные кинематические пары. Представленная дипломная работа посвящена исследованию кинематики верхней конечности человека, то есть руки человека.
1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
В данной дипломной работе образовательно-квалифицированного уровня «бакалавр» необходимо построить математическую модель коэффициента сервиса руки человека и произвести компьютерное модерирование этой задачи.
Для определения коэффициента сервиса руки человека требуется решить следующие задачи:
- исследовать строение руки человека и построить ее структурную схему;
- исследовать подвижность руки и найти ограничения на ее движения;
- построить кинематическую модель руки человека;
- разработать метод решения обратной задачи кинематики;
- разработать метод многомерной оптимизации для решения системы нелинейных уравнений седьмого порядка;
- разработать методику определения коэффициента сервиса;
- разработать программную реализацию определения коэффициента сервиса;
- проанализировать результаты.
Решение этих задач позволит значительно упростить исследования кинематики движения руки человека и создание человекоподобных роботов.
2. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ РУКИ ЧЕЛОВЕКА
Для построения кинематической модели руки человека, необходимо исследовать строение руки и построить ее структурную схему.
Человек состоит из набора сегментов, соединенных суставами. При этом сегменты объединяются в кинематические пары. Кинематические пары в теле человека - это подвижные соединения двух костных звеньев, обеспечивающих их произвольные пространственные движения. Такие кинематические пары принято называть биокинематическими.
Верхняя конечность включает: плече-лопаточный сустав, плечевую кость, локтевой сустав, предплечье (локтевую и лучевую кости), лучезапястное сочленение и кисть (рис.1).
Рис.1 Схематическая структурная схема руки человека
Плечевой шаровой шарнир руки представляет собой сферическую биокинематическую пару III класса (рис.2).
Рис.2 Сферическая биокинематическая пара III класса
Эта кинематическая пара подвижная и допускает обширные движения: до 190° в вертикальной (глубинной) плоскости, до 180° в стороны (в поперечной плоскости) и до 100° во фронтальной плоскости.
Локтевой сустав представляет собой вращательную кинематическую пару V класса. Он обеспечивает сгибание-разгибание руки в плоскости движения предплечья в пределах до 145°.
Соединение между предплечьем и кистью (лучезапястное сочленение) представляет собой сферическую кинематическую пару III класса (рис.2) и обладает двумя видами подвижности: вращение вверх-вниз на 170°, вращение вправо-влево на 60°. Рука человека имеет способность поворачивать предплечье с кистью относительно его продольной оси. Общий диапазон этих движений превосходит 180°.
Для построения структурной схемы руки человека произведем разложение сферической кинематической пары III класса на три вращательных кинематических пары V класса (рис.3).
Рис.3 Замена сферической кинематической пары на 3 вращательные кинематические пары
Если преобразовать схематическую структурную схему, используя замену, то структурная схема руки человека примет вид, показанный на рис.4
Рис.4 Структурная схема руки человека
Где
звенья 1,2,3 - это вращательные кинематические пары V класса, которые образуют плече-лопаточный сустав;
звено 4 - вращательная кинематическая пара V класса, представляет собой локтевой сустав;
звенья 5,6,7 - вращательные кинематические пары V класса, образующие лучезапястный сустав.
3. КОЭФФИЦИЕНТ СЕРВИСА МАНИПУЛЯЦИОННОГО РОБОТА
Коэффициент сервиса - это характеристика манипуляционного робота, которая дает качественную оценку кинематических свойств манипулятора и определяет возможность подхода рабочего органа к заданной точке рабочей зоны с различных направлений.
Степени подвижности манипуляционного робота позволяют манипулятору и его рабочему органу подходить к заданной точке рабочей зоны с различных направлений при различном положении оси рабочего органа. При этом ось рабочего органа (его вектор подхода) всегда должна проходить через заданную точку рабочей зоны.
Совокупность возможных положений (ориентаций) оси рабочего органа, при которых центр рабочего органа находится в одной заданной точке рабочей зоны, определяет пространственный (телесный) угол, который называется углом сервиса (рис.5).
Рис.5 Схематическое изображение угла сервиса
Коэффициентом сервиса Ks в данной точке рабочей зоны называется отношение угла сервиса в этой точке к углу :
(1)
Угол сервиса и, следовательно, коэффициент сервиса Ks в каждой точке рабочей зоны зависят от количества и типа кинематических пар, ограничений на относительные перемещения звеньев и координат точки в рабочей зоне.
Для оценки способности манипулятора к выполнению сложных действий по всей рабочей зоне используется средний коэффициент сервиса, который определяется по формуле:
.
3.1 Коэффициент сервиса руки человека
Коэффициент сервиса - один из основных критериев оценки двигательных возможностей руки человека.
Коэффициентом сервиса в точке Х рабочей зоны будем называть отношение (1), в котором есть телесный угол сервиса. Величина определяется связями, накладываемыми на положение оси схвата кинематикой манипулятора при известных конструктивных ограничениях на обобщенные координаты .
Коэффициент сервиса руки человека может изменяться от нуля на границе рабочей зоны (где ось схвата может занимать только одно положение) до единицы для точек так называемой зоны стопроцентного, или полного, сервиса (в этих точках ось схвата может занимать любое пространственное положение).
Коэффициент сервиса руки человека Ks дает возможность качественной оценки кинематических свойств манипуляционного робота в целом. Расчеты среднего коэффициента сервиса и коэффициента сервиса в данной точке рабочей зоны производят с помощью ЭВМ.
Оценка двигательных возможностей манипулятора коэффициентом сервиса позволяет выбрать рациональный вариант структурной схемы руки. Задача оптимизации сводится к выбору длин звеньев, вида и расположения кинематических пар, при которых значения коэффициента сервиса руки человека достигают максимума.
3.2 Методика определения коэффициента сервиса
Опираясь на вышесказанное, была разработана методика определения коэффициента сервиса руки человека, которая заключается в следующем:
на поверхности сферы единичного радиуса, центр которой расположен в исследуемой точке рабочей зоны, приблизительно равномерно распределяются N равноотстоящих друг от друга точек; (назовем эти точки - точками ориентации) для каждой из точек решается обратная задача кинематики, при условии что ось схвата проходит через центр сферы и текущую точку на поверхности сферы (т.е. при ориентации оси схвата на выбранную точку).
Отношение есть приближенное значение коэффициента сервиса Ks,
где
N - общее число точек ориентации на поверхности сферы единичного радиуса,
- число точек, для которых получено решение обратной задачи кинематики.
Количество точек N, которые распределяются по сфере, определяет точность вычисления коэффициента сервиса.
3.3 Определение координат точек ориентации
В алгоритме определения коэффициента сервиса руки человека требуется равномерно распределить точки ориентации по поверхности сферы единичного радиуса, описанной вокруг точки рабочей зоны руки человека в которой требуется определить коэффициент сервиса. Эти точки будут определять возможные ориентации вектора подхода при определении коэффициента сервиса.
Для того чтобы равномерно распределить точки ориентации по поверхности сферы можно рассуждать следующим образом. На Рис.6 изображена в проекциях на плоскости YOZ и XOY сфера с центром в точке О - начале декартовой системы координат. Эта система координат совмещается с инерциальной системой отсчета робота только параллельным переносом (т.е. углы между осями X и X0, Y и Y0, Z и Z0 равны нулю). Кроме того, с точкой О связана сферическая система координат таким образом, что ее параметры - углы и изменяются соответственно в плоскостях XOY и плоскости ей перпендикулярной, а вектор r длина которого является третьей координатой сферической системы исходит из точки О. Все вышесказанное позволит получить направляющие косинусы вектора подхода в инерциальной системе координат.
Рис.6 Сфера единичного радиуса
Выделим на поверхности сферы (рис.6) окружности лежащие в плоскостях параллельных плоскости XOY и, по аналогии с Земным шаром, назовем их параллелями, а окружности лежащие на поверхности сферы в плоскостях содержащих ось Z назовем меридианами. В сферической системе координат угол изменяется от 0 до , угол изменяется от 0 до 2 и длина радиус-вектора r от 0 до бесконечности.
Эти диапазоны координат r, и позволяют описать любую точку трехмерного пространства. Координаты единичного радиус-вектора r в декартовой системе координат OXYZ будут равны направляющим косинусам вектора подхода схвата руки человека в инерциальной системе координат.
Разобьем длину меридиана сферы единичного радиуса (Рис.6) на H равных частей, тогда длина каждой части меридиана выразится соотношением:
Чтобы плотность точек на единице площади поверхности сферы была одинакова нужно расстояние между соседними точками поверхности сохранять неизменным. Задав фиксированный шаг угла (Рис.6) мы получим равные расстояния между параллелями сферы. Величина угла выраженная в радианах численно равна величине дуги, отсекаемой этим углом на окружности единичного радиуса, т.е.
Таким образом, при изменении угла отклонения единичного радиус-вектора r от оси Z на фиксированную величину его конец укажет на точку поверхности сферы отстоящую от предыдущей на расстояние , измеренное по поверхности сферы. Так как длины меридианов одинаковы то данное утверждение справедливо для любого меридиана.
Теперь нужно получить равный шаг между точками, лежащими на параллелях, этот шаг также должен быть равен . Очевидно, что только длина экватора равна длине меридиана (остальные параллели по длине меньше меридиана) и поэтому только на экваторе получится разбиение его на H частей с шагом . Вычислим длину параллели в зависимости от угла (Рис.6), а затем определим приращение угла - , обеспечивающее шаг между точками равный , для произвольной параллели определяемой углом .
Центры всех параллелей как окружностей лежат на оси Z. Пусть через точку В, образованную на поверхности сферы концом радиус-вектора r, который расположен под некоторым произвольным углом относительно оси Z, проходит параллель радиусом (Рис.6). Ее длина . Из прямоугольного треугольника ОАВ видно, что радиус , который является катетом треугольника, равен , где R - радиус сферы. Шаг по параллели и меридиану одинаков =, поэтому число частей, на которые нужно разбить параллель, соответствующую углу будет меньше H:
Определим:
Итак , из этого выражения видно, что число шагов при расчете получится дробным, поэтому его нужно округлить до ближайшего целого числа меньшего , внося при этом определенную погрешность в равномерное размещение точек по поверхности сферы. Зная число частей на которое нужно разбить параллель, соответствующую углу , найдем приращение угла - , обеспечивающее расстояние между точками по поверхности сферы на параллели равное :
4. моделирование кинематики РУКИ ЧЕЛОВЕКА
4.1 Обратная задача кинематики о положениях
Общее уравнение кинематики манипуляционного робота позволяет получить решение так называемых прямой и обратной задач кинематики о положениях.
Обратная задача о положениях (или обратная позиционная задача) состоит в определении конфигурации исполнительного механизма манипулятора, т.е. вектора q, по заданным положению и ориентации рабочего органа, т.е. по заданному вектору r.
В обратной задаче о положениях координаты вектора r, т.е. обобщенные координаты объекта манипулирования хР, yР, zР, в инерциальной системе координат заданы и равны соответствующим элементам матрицы ТN. С другой стороны, каждый элемент матрицы ТN является функцией обобщенных координат манипулятора. Приравнивая элементы матрицы ТN (например, наддиагональные элементы) соответствующим заданным значениям обобщенных координат объекта манипулирования rj, получим систему трансцендентных уравнений m-го порядка, неизвестными в которой являются обобщенные координаты манипулятора q, количество которых равно N:
(2)
Для решения обратной задачи о положениях необходимо решить данную систему нелинейных уравнений, в результате чего определятся обобщенные координаты манипулятора , обеспечивающие заданное положение и ориентацию объекта манипулирования в инерциальной системе координат, т.е. заданные
Для решения полученной системы используют различные методы:
- численные методы решения систем нелинейных уравнений;
- линеаризация обратной задачи кинематики;
- методы оптимизации.
Все эти методы являются приближенными и представляют собой итерационный процесс поиска. В них большое значение имеет выбор начального приближения, т.е. выбор вектора начальных значений неизвестных обобщенных координат манипулятора. Если вектор начальных приближений близок к искомому решению , то процесс поиска сходится быстро. Вектор начальных значений обобщенных координат манипулятора , как правило, известен, потому что начало выполнения очередного задания роботом - это конец предыдущего задания. Иначе, надо просто задать вектор начальных значений обобщенных координат манипулятора (например, все приравнять нулю).
К численных методам решения систем нелинейных уравнений можно отнести метод простых итераций, метод Ньютона, метод Гаусса-Зейделя и другие. Условие N = m является необходимым условием, чтобы система имела решения. Универсального и надежного метода решения систем нелинейных уравнений нет, поэтому в каждом конкретном случае нужно стараться учитывать особенности системы уравнений при выборе метода решения системы, определения начального приближения и т.д.
4.2 Решение обратной задачи кинематики руки человека
Определим матрицу преобразования координат ТN руки человека, элементы которой используются при составлении системы уравнений для решения обратной задачи кинематики. Кинематическая структурная схема руки человека представлена на рис.4.
Поставим каждому i-тому звену в соответствие свою ортогональную систему координат XiYiZi, i=0,1,2,…,N.
X0Y0Z0 - неподвижная инерциальная система координат, связанная со стойкой;
XNYNZN - система координат рабочего органа;
XiYiZi,, i=1,N-1 - локальные системы координат, связанные с подвижными звеньями.
Построим системы координат по способу Денавита-Хартенберга и определим параметры преобразования координат при переходе от системы i-го звена к системе i-1.
Структурная схема руки человека с системами координат, построенные по способу Денавита-Хартенберга представлены на рис.8.
Рис.8 Структурная схема с системами координат
Таким образом, рука человека имеет семь степеней подвижности, каждой из которых соответствуют обобщенные координаты: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 . Сведем все обобщенные координаты манипуляционного робота, а также другие параметры, определяющие относительное положение каждой i-й локальной системы координат в системе i-1, в таблицу 1.
Таблица 1
|
i |
КП |
Si |
ai |
|||
|
1 |
0,1 |
0 |
a1 |
- |
||
|
2 |
1,2 |
0 |
0 |
- |
||
|
3 |
2,3 |
S3 |
0 |
|||
|
4 |
3,4 |
0 |
a4 |
|||
|
5 |
4,5 |
0 |
a5 |
- |
||
|
6 |
5,6 |
0 |
0 |
- |
||
|
7 |
6,7 |
S7 |
0 |
0 |
Матрица Т7, задающая положение системы координат рабочего органа X7Y7Z7 в инерциальной системе координат X0Y0Z0 определится как:
Т7=A1A2A3A4A5A6A7.
Матрица Аi, задающая положение системы i-го звена в системе i-1 имеет вид
Аi=;
A1=;A2=;
А3=;A4=;
A5=; A6=; (1)
A7=
Используя матрицы преобразования координат Ai (1) по каждой степени подвижности для руки человека, определим матрицу преобразования координат (2) при переходе от системы координат схвата в инерциальной системе:
Т7= =;(2)
Где
Т11=((((cos(Q1)*cos(Q2)*cos(Q3)+sin(Q1)*sin(Q3))*cos(Q4)-cos(Q1)*sin(Q2)*sin(Q4))*cos(Q5)+(cos(Q1)*cos(Q2)*sin(Q3)-sin(Q1)*cos(Q3))*sin(Q5))*cos(Q6)-((cos(Q1)*cos(Q2)*cos(Q3)+sin(Q1)*sin(Q3))*sin(Q4)+cos(Q1)*sin(Q2)*cos(Q4))*sin(Q6))*cos(Q7)+(((cos(Q1)*cos(Q2)*cos(Q3)+sin(Q1)*sin(Q3))*cos(Q4)-cos(Q1)*sin(Q2)*sin(Q4))*sin(Q5)-(cos(Q1)*cos(Q2)*sin(Q3)-sin(Q1)*cos(Q3))*cos(Q5))*sin(Q7)
T12=-((((cos(Q1)*cos(Q2)*cos(Q3)+sin(Q1)*sin(Q3))*cos(Q4)-cos(Q1)*sin(Q2)*sin(Q4))*cos(Q5)+(cos(Q1)*cos(Q2)*sin(Q3)-sin(Q1)*cos(Q3))*sin(Q5))*cos(Q6)-((cos(Q1)*cos(Q2)*cos(Q3)+sin(Q1)*sin(Q3))*sin(Q4)+cos(Q1)*sin(Q2)*cos(Q4))*sin(Q6))*sin(Q7)+(((cos(Q1)*cos(Q2)*cos(Q3)+sin(Q1)*sin(Q3))*cos(Q4)-cos(Q1)*sin(Q2)*sin(Q4))*sin(Q5)-(cos(Q1)*cos(Q2)*sin(Q3)-sin(Q1)*cos(Q3))*cos(Q5))*cos(Q7)
T13=-(((cos(Q1)*cos(Q2)*cos(Q3)+sin(Q1)*sin(Q3))*cos(Q4)-cos(Q1)*sin(Q2)*sin(Q4))*cos(Q5)+(cos(Q1)*cos(Q2)*sin(Q3)-sin(Q1)*cos(Q3))*sin(Q5))*sin(Q6)-((cos(Q1)*cos(Q2)*cos(Q3)+sin(Q1)*sin(Q3))*sin(Q4)+cos(Q1)*sin(Q2)*cos(Q4))*cos(Q6)
T14=-S7*((((cos(Q1)*cos(Q2)*cos(Q3)+sin(Q1)*sin(Q3))*cos(Q4)-cos(Q1)*sin(Q2)*sin(Q4))*cos(Q5)+(cos(Q1)*cos(Q2)*sin(Q3)-sin(Q1)*cos(Q3))*sin(Q5))*sin(Q6)+((cos(Q1)*cos(Q2)*cos(Q3)+sin(Q1)*sin(Q3))*sin(Q4)+cos(Q1)*sin(Q2)*cos(Q4))*cos(Q6))+a5*cos(Q5)*((cos(Q1)*cos(Q2)*cos(Q3)+sin(Q1)*sin(Q3))*cos(Q4)-cos(Q1)*sin(Q2)*sin(Q4))+a5*sin(Q5)*(cos(Q1)*cos(Q2)*sin(Q3)-sin(Q1)*cos(Q3))+a4*cos(Q4)*(cos(Q1)*cos(Q2)*cos(Q3)+sin(Q1)*sin(Q3))-a4*sin(Q4)*cos(Q1)*sin(Q2)-S3*cos(Q1)*sin(Q2)+a1*cos(Q1)
T21=((((sin(Q1)*cos(Q2)*cos(Q3)-cos(Q1)*sin(Q3))*cos(Q4)-sin(Q1)*sin(Q2)*sin(Q4))*cos(Q5)+(sin(Q1)*cos(Q2)*sin(Q3)+cos(Q1)*cos(Q3))*sin(Q5))*cos(Q6)-((sin(Q1)*cos(Q2)*cos(Q3)-cos(Q1)*sin(Q3))*sin(Q4)+sin(Q1)*sin(Q2)*cos(Q4))*sin(Q6))*cos(Q7)+(((sin(Q1)*cos(Q2)*cos(Q3)-cos(Q1)*sin(Q3))*cos(Q4)-sin(Q1)*sin(Q2)*sin(Q4))*sin(Q5)-(sin(Q1)*cos(Q2)*sin(Q3)+cos(Q1)*cos(Q3))*cos(Q5))*sin(Q7)
T22=-((((sin(Q1)*cos(Q2)*cos(Q3)-cos(Q1)*sin(Q3))*cos(Q4)-sin(Q1)*sin(Q2)*sin(Q4))*cos(Q5)+(sin(Q1)*cos(Q2)*sin(Q3)+cos(Q1)*cos(Q3))*sin(Q5))*cos(Q6)-((sin(Q1)*cos(Q2)*cos(Q3)-cos(Q1)*sin(Q3))*sin(Q4)+sin(Q1)*sin(Q2)*cos(Q4))*sin(Q6))*sin(Q7)+(((sin(Q1)*cos(Q2)*cos(Q3)-cos(Q1)*sin(Q3))*cos(Q4)-sin(Q1)*sin(Q2)*sin(Q4))*sin(Q5)-(sin(Q1)*cos(Q2)*sin(Q3)+cos(Q1)*cos(Q3))*cos(Q5))*cos(Q7)
T23=-(((sin(Q1)*cos(Q2)*cos(Q3)-cos(Q1)*sin(Q3))*cos(Q4)-sin(Q1)*sin(Q2)*sin(Q4))*cos(Q5)+(sin(Q1)*cos(Q2)*sin(Q3)+cos(Q1)*cos(Q3))*sin(Q5))*sin(Q6)-((sin(Q1)*cos(Q2)*cos(Q3)-cos(Q1)*sin(Q3))*sin(Q4)+sin(Q1)*sin(Q2)*cos(Q4))*cos(Q6)
T24=-S7*((((sin(Q1)*cos(Q2)*cos(Q3)-cos(Q1)*sin(Q3))*cos(Q4)-sin(Q1)*sin(Q2)*sin(Q4))*cos(Q5)+(sin(Q1)*cos(Q2)*sin(Q3)+cos(Q1)*cos(Q3))*sin(Q5))*sin(Q6)+((sin(Q1)*cos(Q2)*cos(Q3)-cos(Q1)*sin(Q3))*sin(Q4)+sin(Q1)*sin(Q2)*cos(Q4))*cos(Q6))+a5*cos(Q5)*((sin(Q1)*cos(Q2)*cos(Q3)-cos(Q1)*sin(Q3))*cos(Q4)-sin(Q1)*sin(Q2)*sin(Q4))+a5*sin(Q5)*(sin(Q1)*cos(Q2)*sin(Q3)+cos(Q1)*cos(Q3))+a4*cos(Q4)*(sin(Q1)*cos(Q2)*cos(Q3)-cos(Q1)*sin(Q3))-a4*sin(Q4)*sin(Q1)*sin(Q2)-S3*sin(Q1)*sin(Q2)+a1*sin(Q1)
T31=-(((sin(Q2)*cos(Q3)*cos(Q4)+cos(Q2)*sin(Q4))*cos(Q5)+sin(Q2)*sin(Q3)*sin(Q5))*cos(Q6)-(sin(Q2)*cos(Q3)*sin(Q4)-cos(Q2)*cos(Q4))*sin(Q6))*cos(Q7)-((sin(Q2)*cos(Q3)*cos(Q4)+cos(Q2)*sin(Q4))*sin(Q5)-sin(Q2)*sin(Q3)*cos(Q5))*sin(Q7)
T32=(((sin(Q2)*cos(Q3)*cos(Q4)+cos(Q2)*sin(Q4))*cos(Q5)+sin(Q2)*sin(Q3)*sin(Q5))*cos(Q6)-(sin(Q2)*cos(Q3)*sin(Q4)-cos(Q2)*cos(Q4))*sin(Q6))*sin(Q7)-((sin(Q2)*cos(Q3)*cos(Q4)+cos(Q2)*sin(Q4))*sin(Q5)-sin(Q2)*sin(Q3)*cos(Q5))*cos(Q7)
T33=((sin(Q2)*cos(Q3)*cos(Q4)+cos(Q2)*sin(Q4))*cos(Q5)+sin(Q2)*sin(Q3)*sin(Q5))*sin(Q6)+(sin(Q2)*cos(Q3)*sin(Q4)-cos(Q2)*cos(Q4))*cos(Q6)
T34=S7*(((sin(Q2)*cos(Q3)*cos(Q4)+cos(Q2)*sin(Q4))*cos(Q5)+sin(Q2)*sin(Q3)*sin(Q5))*sin(Q6)+(sin(Q2)*cos(Q3)*sin(Q4)-cos(Q2)*cos(Q4))*cos(Q6))-a5*cos(Q5)*(sin(Q2)*cos(Q3)*cos(Q4)+cos(Q2)*sin(Q4))-a5*sin(Q5)*sin(Q2)*sin(Q3)-a4*cos(Q4)*sin(Q2)*cos(Q3)-a4*sin(Q4)*cos(Q2)-S3*cos(Q2)
T41= 0
T42 = 0
T43 = 0
T44 = 1
Приравнивая элементы матрицы T7 соответствующим значением обобщенных координат объекта манипулирования, получим систему трансцендентных уравнений:
Xp= f1
Yp= f2
Zp= f3
Cos(jn,i0) = f4
Cos(kn,i0) = f5
Cos(kn,j0) = f6
Где
f1=-S7*((((cos(Q1)*cos(Q2)*cos(Q3)+sin(Q1)*sin(Q3))*cos(Q4)- cos(Q1)*sin(Q2)*sin(Q4))*cos(Q5)+(cos(Q1)*cos(Q2)*sin(Q3)-sin(Q1)*cos(Q3))*sin(Q5))*sin(Q6)+((cos(Q1)*cos(Q2)*cos(Q3)+sin(Q1)*sin(Q3))*sin(Q4)+cos(Q1) *sin(Q2)*cos(Q4))*cos(Q6))+a5*cos(Q5)*((cos(Q1)*cos(Q2)*cos(Q3)+sin(Q1)*sin(Q3))*cos(Q4)-cos(Q1)*sin(Q2)*sin(Q4))+a5*sin(Q5)*(cos(Q1)*cos(Q2)*sin(Q3)- sin(Q1)*cos(Q3))+a4*cos(Q4)*(cos(Q1)*cos(Q2)*cos(Q3)+sin(Q1)*sin(Q3))-a4*sin(Q4)*cos(Q1)*sin(Q2)-S3*cos(Q1)*sin(Q2)+a1*cos(Q1)
f2=-S7*((((sin(Q1)*cos(Q2)*cos(Q3)-cos(Q1)*sin(Q3))*cos(Q4)-sin(Q1)*sin(Q2)*sin(Q4))*cos(Q5)+(sin(Q1)*cos(Q2)*sin(Q3)+cos(Q1)*cos(Q3))*sin(Q5))*sin(Q6)+((sin(Q1)*cos(Q2)*cos(Q3)-cos(Q1)*sin(Q3))*sin(Q4)+sin(Q1)*sin(Q2)*cos(Q4))*cos(Q6))+a5*cos(Q5)*((sin(Q1)*cos(Q2)*cos(Q3)-cos(Q1)*sin(Q3))*cos(Q4)-sin(Q1)*sin(Q2)*sin(Q4))+a5*sin(Q5)*(sin(Q1)*cos(Q2)*sin(Q3)+cos(Q1)*cos(Q3))+a4*cos(Q4)*(sin(Q1)*cos(Q2)*cos(Q3)-cos(Q1)*sin(Q3))-a4*sin(Q4)*sin(Q1)*sin(Q2)-S3*sin(Q1)*sin(Q2)+a1*sin(Q1)
f3= S7*(((sin(Q2)*cos(Q3)*cos(Q4)+cos(Q2)*sin(Q4))*cos(Q5)+sin(Q2)*sin(Q3)*sin(Q5))*sin(Q6)+(sin(Q2)*cos(Q3)*sin(Q4)-cos(Q2)*cos(Q4))*cos(Q6))-a5*cos(Q5)*(sin(Q2)*cos(Q3)*cos(Q4)+cos(Q2)*sin(Q4))-a5*sin(Q5)*sin(Q2)*sin(Q3)-a4*cos(Q4)*sin(Q2)*cos(Q3)-a4*sin(Q4)*cos(Q2)-S3*cos(Q2)
f4=-((((cos(Q1)*cos(Q2)*cos(Q3)+sin(Q1)*sin(Q3))*cos(Q4)-cos(Q1)*sin(Q2)*sin(Q4))*cos(Q5)+(cos(Q1)*cos(Q2)*sin(Q3)-sin(Q1)*cos(Q3))*sin(Q5))*cos(Q6)-((cos(Q1)*cos(Q2)*cos(Q3)+sin(Q1)*sin(Q3))*sin(Q4)+cos(Q1)*sin(Q2)*cos(Q4))*sin(Q6))*sin(Q7)+(((cos(Q1)*cos(Q2)*cos(Q3)+sin(Q1)*sin(Q3))*cos(Q4)-cos(Q1)*sin(Q2)*sin(Q4))*sin(Q5)-(cos(Q1)*cos(Q2)*sin(Q3)-sin(Q1)*cos(Q3))*cos(Q5))*cos(Q7)
f5=-(((cos(Q1)*cos(Q2)*cos(Q3)+sin(Q1)*sin(Q3))*cos(Q4)-cos(Q1)*sin(Q2)*sin(Q4))*cos(Q5)+(cos(Q1)*cos(Q2)*sin(Q3)-sin(Q1)*cos(Q3))*sin(Q5))*sin(Q6)-((cos(Q1)*cos(Q2)*cos(Q3)+sin(Q1)*sin(Q3))*sin(Q4)+cos(Q1)*sin(Q2)*cos(Q4))*cos(Q6)
f6=-(((sin(Q1)*cos(Q2)*cos(Q3)-cos(Q1)*sin(Q3))*cos(Q4)-sin(Q1)*sin(Q2)*sin(Q4))*cos(Q5)+(sin(Q1)*cos(Q2)*sin(Q3)+cos(Q1)*cos(Q3))*sin(Q5))*sin(Q6)-((sin(Q1)*cos(Q2)*cos(Q3)-cos(Q1)*sin(Q3))*sin(Q4)+sin(Q1)*sin(Q2)*cos(Q4))*cos(Q6)
Для решения этой системы используем градиентный метод оптимизации покоординатного спуска с использованием штрафной функции Кэрролла. Решая систему, найдем неизвестные обобщенные координаты манипулятора 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7.
4.3 Разработка метода многомерной оптимизации
Решение ОЗК манипуляционного работа, даже для случая m = N, не всегда является однозначным. Возможны случаи, когда одному положению схвата соответствует несколько конфигураций манипулятора. В случае, когда N> m, то есть когда робот имеет ненулевую маневренность, перемещение рабочего органа из исходного положения в конечное целевое положение может быть осуществлено по разным траекториям. Тогда возникает необходимость программного выбора движения робота как "лучшего" в том или ином смысле. В этом случае ОЗК ставится и решается как задача оптимизационного синтеза.
Методы оптимизации с применением ЭВМ дают возможность практически решить любую задачу синтеза. В этом случае решение задачи сводится к перебору и исследованию всех возможных вариантов решения задачи с целью выявить такой вариант, для которого выполняются заданные ограничения, а целевая функция, в основу которой положены критерии качества, имеет экстремальное значение.
При решении ОЗК критерий качества синтеза, т.е. целевой функции может быть разной. Существует множество предложений по выбору критериев качества программных движений: быстродействие работа, минимум статических моментов и т.д. Выбор критерия качества программного движения робота - это задача управления.
Для решения приведем систему нелинейных уравнений ОЗК к следующему виду:
При решении ОЗК необходимо найти такие , при которых
Или .
К целевой функции мы применим метод штрафных функций, чтобы учесть ограничения на движения руки человека.
В метод штрафных функций положена идея преобразования нелинейного программирования при наличии ограничений в последовательность безусловных минимизаций ряда штрафных функций, образованных путем присоединения к исходной целевой функции одной или нескольких функций, которые задают ограничения. Штрафная функция имеет вид:
где - целевая функция
- Присоединена штрафная функция, задающая ограничения
- Штрафной коэффициент, значение которого образуют монотонно убывающую последовательность.
Функция штрафа представлена ??в виде барьера (4.5), который имеет вид:
разве только штраф , то есть возникает барьер.
Метод построения штрафных функций в виде барьера был предложен Кэрроллом и, поэтому, получил название метод барьерных поверхностей (МБП) Кэрролла.
Установлено, что эффективность МБП лучшая, если лежит в пределах Определение следующих значений r может быть определено простым соотношением:
, где коффициэнт G> 1
Для решения системы нелинейных уравнений целевую функцию построим в виде:
Подставив значения, окончательная целевая функция примет вид:
Ф(q)= f12+ f22+ f32+ f42+ f52+ f62
Таким образом, обратную задачу кинематики можно сформулировать как задачу: Найти вектор q (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7), который определяет минимум функции при учете ограничений: 1=±90, 2=±90, 3=±90, 4=±90, 5=±90, 6=±90, 7=±90.
Данные ограничения (дополнительные условия) мы опишем с помощью присоединенной (штрафной) функции G (X) следующим образом:
straf = G(X) = 1/((1.57-x[1])*(x[1]+1.57))+1/((1.57-x[2])*(x[2]+1.57))+1/((1.57-x[3])*(x[3]-1.57))+1/((1.57-x[4])*(x[4]+1.57))+1/((1.57-x[5])*(x[5]+1.57))+1/((1.57-x[6])*(x[6]+1.57))+1/((1.57-----x[7])*(x[7]+1.57)).
Таким образом, необходимо найти такую конфигурацию q, что обеспечивается минимум критерия.
Для решения обратной задачи кинематики была разработана программа Main, блок-схема которой представлена на рис._. Исходный код приведен в Приложении А.
Рис._ Блок-схема алгоритма решения обратной задачи кинематики как задачи оптимизации
\
Рис._ Результат работы программы Main
5. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА СЕРВИСА
5.1 Алгоритм определения коэффициента сервиса руки человека
Для определения коэффициента сервиса руки человека использовалась методика, которая описана в разделе 2. Было написано 2 программы, которые определяют коэффициент сервиса во всех точках рабочей зоны.
Сначала нужно запустит программу GEN_COOR - программа, которая описывает рабочую зону руки человека.
5.2 Описание программ
Для исследования коэффициента сервиса руки человека комплексно, в множестве точек было разработано 2 программы, которые написаны на языке программирования Turbo Pascal.
Программа GEN_COOR.PAS предназначена для подготовки файла исходных данных, в котором хранится следующая информация в текстовом виде:
- в первой строке указывается количество точек, в которых необходимо произвести расчет коэффициента сервиса;
- вторая строка содержит допустимую погрешность расчетов. Последующие строки содержат координаты X,Y,Z точек, в которых производится расчет коэффициента сервиса. Таким образом количество строк в исходном файле равно количеству обрабатываемых точек плюс две первые строки.
Программа GEN_COOR.PAS предназначена для подготовки исходных данных по расчету коэффициента сервиса в рабочей зоне руки человека, в ней учитываются ограничения на обобщенные координаты. В качестве исходных данных программа запрашивает диапазоны изменения обобщенных координат манипулятора и затем с определенным шагом генерирует декартовы координаты центра схвата в файл FILE.IN. Константа STEP в программе задает шаг изменения обобщенных координат в радианах.
Результат работы программы GEN_COOR.PAS - файл FILE.IN (или другой, указанный пользователем) является входными данными для программы KS_NEW.PAS, которая производит расчет коэффициента сервиса для каждой из точек, указанных в файле FILE.IN. Программа KS_NEW.PAS предназначена для вычисления коэффициента сервиса в указанных точках рабочей зоны руки человека. В данной программе применен метод расчета коэффициента сервиса, описанный в разделе "Алгоритм определения коэффициента сервиса". Пользователь на запрос программы должен ввести имена входного и выходного файлов (по умолчанию FILE.IN и FILE.OUT соответственно). В выходном файле (содержимое выходного файла приведено в приложении 3) содержится следующая информация: в первой строке указывается количество точек, в которых произведен расчет коэффициента сервиса. Последующие строки содержат (каждая) координаты X,Y,Z точек, в которых производился расчет коэффициента сервиса и сам коэффициент сервиса. Таким образом, количество строк в исходном файле равно количеству обрабатываемых точек плюс первая строка.
Ниже приводится краткое назначения процедур и функций программы и методика применения данной программы для расчетов коэффициента сервиса.
1) Процедура Qlim инициализирует массивы qmin и qmax, в которых хранятся соответственно нижние и верхние пределы ограничений на обобщенные координаты робота. Перед использованием данной программы для расчета коэффициента сервиса нового робота нужно изменить значения, присваиваемые этим массивам, указав в них ограничения для нового робота.
2) Функция СR содержит элементы матрицы преобразования координат ТN, определяющие зависимости:
Аргументом функции является вектор обобщенных координат q и номер вычисляемого элемента матрицы - N, причем номеру N=1 соответствует элемент Xp, функция определяющая этот элемент стоит под меткой 1. Номеру N=2 соответствует элемент Yp, номеру 3 - Zp. Номерам 4,5 и 6 соответствуют три независимых элемента матрицы поворота . При решении задачи определения коэффициента сервиса для нового робота функция CR также подлежит модификации. Нужно под соответствующими метками описать количество функций из матрицы ТN равное числу степеней подвижности манипулятора. Число обобщенных координат следует указать в разделе описания констант в константе SIZEY. Константу SIZEX следует определить на единицу большей чем SIZEY. Константа TRY определяет число итераций, отводимое на решение системы нелинейных уравнений, после исчерпания которых система считается не имеющей решения. Константа Z определяет число частей, на которые разбивается меридиан сферы. Числом Z определяется число точек ориентации при определении коэффициента сервиса.
3) Функции S и RS служат для перевода соответственно целых и вещественных чисел в строковый тип. Это нужно для вывода значений переменных в графическом режиме.
4) Процедура Init производит инициализацию графического режима.
6) Процедура GetCoor обеспечивает ввод координат точки рабочей зоны манипулятора, для которой производится расчет коэффициента сервиса, в массив Х, а также точности вычислений при решении обратной задачи кинематики в переменную Е. Значения координат исследуемой точки вводятся в метрах.
7) Процедура OZK производит решение обратной задачи кинематики методом многомерной оптимизации. В этой процедуре также производится проверка обобщенных координат на удовлетворение ограничениям. В массиве q содержится решение - вектор обобщенных координат. Переменная NOA равна True, если решения нет, и False, если решение найдено и удовлетворяет заданным ограничениям.
9) Процедура Kservice содержит основной алгоритм определения коэффициента сервиса и является главной в программе.
Исходный код всех программ приведены в Приложении А.
Результаты определения коэффициента сервиса руки человека для всех точек рабочей зоны приведены в Приложении Б.
Рис._ Результаты расчета коэффициента сервиса руки человека во всех точках рабочей зоны
5.3 Анализ результатов
Рабочая зона руки человека представляет собой полусферу. Проведя расчет коэффициента сервиса руки человека по всей рабочей зоне можно сказать что этот манипуляционный робот очень маневренный, ни в одной точке коэффициент сервиса не обращается в 0.
6. ОХРАНА ТРУДА
Охорона праці - це система правових, соціально-економічних, організаційно-технічних, санітарно-гігієнічних і лікувально-профілактичних заходів та засобів, спрямованих на збереження життя, здоров'я і працездатності людини в процесі трудової діяльності. Завдання охорони праці полягає в тому, щоб дати наукові основи виявлення потенційних небезпек виробництва, викласти принципи розробки різноманітних технічних методів профілактики виробничого травматизму і, таким чином, звести до мінімальної вірогідності ураження або захворювання працюючого, з одночасним забезпеченням комфорту при максимальній продуктивності праці.
Мета розділу - дати загальні наукові основи безпечних методів роботи, забезпечення нормальних умов для високопродуктивної праці співробітників, що запобігають виробничому травматизму, профзахворюванням, аваріям, пожежам і т.д. на робочих місцях закладу освіти. [1]
1.1 Правові основи охорони праці
1.1.1 Розслідування та облік нещасних випадків, професійних захворювань і аварій
Розслідування проводиться у разі раптового погіршення стану здоров'я працівника або особи, яке може бути викликане різноманітними факторами (наприклад, одержання травм внаслідок нещасного випадку, аварії, професійного захворювання та ін.).
Про кожний нещасний випадок або аварію потерпілий або свідок повинні негайно повідомити безпосереднього керівника робіт чи іншу уповноважену особу підприємства і вжити заходів до подання необхідної допомоги потерпілому. В свою чергу керівник робіт зобов'язаний терміново організувати подання першої медичної допомоги потерпілому та зберегти до прибуття комісії з розслідування нещасного випадку обстановку на робочому місці у такому стані, в якому вона була на момент нещасного випадку.
Комісія зобов'язана протягом трьох діб обстежити місце нещасного випадку, одержати пояснення потерпілого, якщо це можливо, опитати свідків нещасного випадку та причетних до нього осіб; з'ясувати обставини і причини нещасного випадку; скласти акт розслідування нещасного випадку за формою Н-5 у трьох примірниках, а також акт про нещасний випадок, пов'язаний з виробництвом, за формою Н-1 у шести примірниках, і передати їх на затвердження роботодавцю; у разі виявлення гострого професійного захворювання (отруєння), пов'язаного з виробництвом, крім акта форми Н-1 скласти також у чотирьох примірниках карту обліку професійного захворювання (отруєння) за формою П-5.
Акти форми Н-5 і форми Н-1 (або форми НПВ) підписуються головою і всіма членами комісії. У разі незгоди із змістом зазначених актів член комісії письмово викладає свою окрему думку, яка додається до акта форми Н-5 і є його невід'ємною частиною, про що робиться запис в акті форми Н-5.
Нещасні випадки реєструються у журналі роботодавцем, а у разі нещасного випадку, що стався з особою, яка забезпечує себе роботою самостійно, - робочим органом виконавчої дирекції Фонду, в якому зареєстровано цю особу.
У робочому органі виконавчої дирекції Фонду примірник акта форми Н-5 разом з примірником акта форми Н-1 (або форми НПВ), карти форми П-5 підлягає зберіганню протягом 45 років.
Підприємство, на якому стався нещасний випадок, зберігає примірник акта форми Н-1 протягом періоду не менше ніж один рік.
Посадові особи, які проводили розслідування нещасних випадків, професійних захворювань та аварій, несуть відповідальність згідно із законодавством за своєчасне і об'єктивне їх розслідування та обґрунтованість прийнятих рішень. [2]
1.1.2 Відповідальність за порушення законодавства про охорону праці. Нормативно-правові акти з охорони праці.
Відповідно до ст. 49 Закону України „Про охорону праці" за порушення
законодавчих та інших нормативних актів про охорону праці, створення перешкод для діяльності посадових осіб органів державного нагляду за охороною праці винні працівники притягаються до дисциплінарної, адміністративної, матеріальної, кримінальної відповідальності згідно із законодавством.
Дисциплінарна відповідальність полягає у накладанні дисциплінарних
стягнень, передбачених чинним законодавством. Відповідно до ст. 147 КЗпП
встановлено такі дисциплінарні стягнення: догана, звільнення з роботи. Право накладати дисциплінарні стягнення на працівників має орган, що користується правом прийняття на роботу цього працівника.
Адміністративна відповідальність настає тоді, коли порушення за своїм характером не тягнуть за собою відповідно до чинного законодавства кримінальної відповідальності. За вчинення адміністративних правопорушень можуть застосовуватися такі стягнення: попередження (у письмовій формі) або штраф; оплатне вилучення предмета, що став знаряддям правопорушення або конфіскація того, що було наслідком правопорушення; позбавлення спеціального права; виправні роботи або адміністративний арешт.
Матеріальна відповільність включає відповідальність як працівника, так і власника (підприємства). Матеріальна відповідальність встановлюється лише за пряму дійсну шкоду і за умови, коли така шкода заподіяна підприємству (установі) винними протиправними діями (бездіяльністю) працівника. Ця відповідальність, як правило, обмежується певною частиною заробітку працівника і, не повинна перевищувати повного розміру заподіяної шкоди збитки.
Кримінальна відповідальність настає, якщо порушення вимог законодавства та інших нормативних актів про охорону праці створило небезпеку для життя або здоров'я громадян. Суб'єктом кримінальної відповідальності з питань охорони праці може бути будь-яка службова особа підприємства, установи, організації незалежно від форм власності, а також громадянин -- власник підприємства чи уповноважена ним особа. Кримінальна відповідальність визначається у судовому порядку.
Нормативно-правові акти з охорони праці охоплюють правила, норми, регламенти, положення, стандарти, інструкції та інші документи, обов'язкові для виконання. В нормативно-правових актах представлені різні види норм права (охоронні, регулятивні, захисні, дефінітивні та ін.).
З метою усунення причин, які можуть викликати небезпечні для життя і здоров' я працівника ситуації, нормативно-правові акти з охорони праці визначають, що саме роботодавець має виконувати у сфері безпеки праці. Положення цих вимог стосуються усіх компонентів виробничого процесу. [6]
1.2 Класифікація причин і методи аналізу виробничого травматизму та профзахворювань
1.2.1 Основні причини виробничого травматизму і профзахворювань та заходи щодо їхнього попередження
Нещасним випадком на виробництвi називається випадок впливу на працюючого небезпечного виробничого фактору.
Професійне захворювання - захворювання, що виникло внаслідок професійної діяльності застрахованого та зумовлюється впливом шкідливих речовин і певних видів робіт та інших факторів, пов'язаних з роботою.
Основні причини виробничого травматизму наступні:
а) організаційні (до 65 %) - неякісне проведення інструктажу і навчання; порушення технологічного процесу, режиму праці і відпочинку; низька дисципліна;
б) технічні (до 20 %) - несправність устаткування, пристосувань, інструменту;
в) санітарно-гігієнічні (до 10 %) - порушення параметрів мікроклімату, запилення, загазованість виробничого приміщення, знижена освітленість, шум, вібрація і ін.;
г) психофізіологічні (до 5 %) - незадоволення роботою; сп'яніння на роботі; незадовільний клімат в колективі; незастосування індивідуальних засобів захисту і ін. [4]
1.3Основи фізіології, гігієни праці та виробничої санітарії
1.3.1. Освітлення виробничих приміщень
Залежно від джерела світла виробниче освітлення може бути трьох видів: природне, що створюється світлом неба (прямим і відбитим), штучне, здійснюване електричними лампами, і поєднане, при якому недостатнє природне освітлення в світлий час доби доповнюється штучним.
За призначенням штучне освітлення поділяють на наступні види: робоче, аварійне, евакуаційне, охоронне, чергове.
Робоче освітлення обов'язково у всіх приміщеннях і на освітлюваних територіях для забезпечення нормальної роботи, проходу людей і руху транспорту.
Аварійне освітлення передбачається на випадок відключення робочого освітлення.
Евакуаційне освітлення слід передбачати для евакуації людей з приміщень при аварійному відключенні робочого. У неробочий час, що збігається з темним часом доби, у багатьох випадках необхідно забезпечити мінімальне штучне освітлення для несення чергувань охорони.
Освітлення характеризується кількісними та якісними показниками. До кількісних показників відносяться: світловий потік, сила світла, освітленість, яскравість, коефіцієнт відбиття. До основних якісних показників освітлення відносяться: фон, контраст об'єкта з фоном, видимість, показник осліпленості і дискомфорту, коефіцієнт пульсації.
Освітлення промислових підприємств регламентується ДБН В.2.5-28-2006 «Природне і штучне освітлення. Норми проектування». Норми освітленості встановлюються в залежності від ступеня напруги зорової роботи по восьми розрядах. Розрізняють вісім розрядів освітленості в залежності від характеристики зорової роботи. Перші сім розрядів класифікуються за розмірами об'єкта розрізнення, останній не враховує розмірів розрізнення, оскільки роботи, передбачені цим розрядом, вимагають загального спостереження за ходом виробничого процесу. [5]
Оціночний розрахунок природного освітлення виробничого приміщення
Вихідні дані
|
Фактор |
Значення |
|
|
Найменший розмір об'єкта розрізнення, мм |
0,27 |
|
|
Пояс світлового клімату |
I |
|
|
Вид світлового прорізу |
Ф |
|
|
Орієнтація світлового прорізу за азимутом, град. |
280 |
Виділимо 5 умовних робочих в площини характерного розрізу приміщення на рівні умовної робочої поверхні, наприклад, на відстані 1, 2, 3, 4 і 5 метрів від віконного отвору на висоті 0,8 м від підлоги.
Люксметром Ю-116 виміряємо освітленість виділених робочих місць (Езв1, Езв.2, і т.д.), а також горизонтальну зовнішню освітленість (Езвн).
Розрахуємо коефіцієнт природної освітленості КПО (еф1, еф2, і т.д.) для кожного з п'яти робочих місць за формулою:
еф=,
де Езв - освітленість всередині приміщення на робочому місці, (лк);
Енар. - горизонтальна освітленість зовні приміщення (лк).
еф1=Езв1 / Езвн *100%=160 / 7200*100=2,22 (лк)
еф2=Езв2 / Езвн *100%=100 / 7200*100=1,39 (лк)
еф3=Езв3 / Езвн *100%=50 / 7200*100=0,69 (лк)
еф4=Езв4 / Езвн *100%=45 / 7200*100=0,625 (лк)
еф5=Езв5 / Езвн *100%=35 / 7200*100=0,49 (лк)
Знайдемо нормоване значення КПО (ен,%) для заданого за варіантом розряду зорових робіт і поясу світлового клімату за формулою:
,
де - нормоване значення КПО для III пояса світлового клімату, залежить від мінімального розміру об'єкта розрізнення, що заданий за варіантом;
m - коефіцієнт світлового клімату, залежить від пояса світлового клімату, що заданий за варіантом;
C - коефіцієнт сонячності, залежить від пояса світлового клімату, типу світлового прорізу, а також орієнтації світлового прорізу за азимутом, що задані за варіантом. [6]
ен=енIII*m*C=2,5*1,2*1=3
Результати вимірювань та розрахунків:
|
Параметр |
Номер робочого місця |
Нормоване значення |
|||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|||
|
Освітленність приміщення при природному освітленні,Езв (лк) |
160 |
100 |
50 |
45 |
35 |
- |
|
|
Зовнішня освітленість, Езвн (лк) |
7200 |
- |
|||||
|
Коефіцієнт природного освітлення, КПО еф (%) |
2,22 |
1,39 |
0,69 |
0,625 |
0,49 |
3 |
Графічний аналіз достатності природного освітлення:
За результатами розрахунків та графіку, ми бачимо що природне освітлення на робочому місці не задовольняє встановленим нормам. Тому необхідно використовувати у приміщенні штучне освітлення.
1.4 Основи техніки безпеки на виробництві
1.4.1 Безпека умов праці при використанні персональних комп'ютерів.
Утручання в життя мільйонів людей інформаційних технологій породжує багато проблем, у першу чергу пов'язаних з безпечністю використання інформаційного обладнання.
Негативні наслідки комп'ютерних технологій виявляються в наступному: інтенсифікації темпу роботи та її монотонності; ізоляції працівника у виробничому середовищі, обмеженні його контактів з іншими людьми; розвитку несприятливих психічних станів; великих нервових навантаженнях при незначних фізичних; перенапруженні органів зору; розладі стану здоров'я, спричиненого дією шкідливих факторів, джерелом яких є ВДТ.
Серед користувачів ВДТ значного поширення набуло специфічне захворювання, яке отримало назву синдром комп'ютерного стресу (СКС). СКС супроводжується головним болем, запаленням очей, алергією, роздратованістю, млявістю і депресією.
Що стосується умов праці користувачів ВДТ, пов'язаних з гігієною площі і виробничих приміщень, то вона має відповідати ДНАОП 0.00 1.31-99 та ДСанПіН 3.3.2-007-98, згідно з якими площа, де має розташовуватися одне робоче місце з ВДТ, має становити не менш ніж 6,0 м2, а об'єм приміщення бути не менше 20,0 м3.
Подобные документы
Проектирование Web-сервиса учебного процесса кафедры физкультуры. Анализ существующих решений и построение моделей предметной области. Разработка базы данных Web-сервиса для обеспечения функциональности работы. Архитектура, интерфейс, взаимодействие с БД.
дипломная работа [1,9 M], добавлен 05.04.2017Описание создаваемого сервиса. Разработка и реализация серверной части сервиса и клиентской части сервиса, которая будет предоставлять пользователям возможность создания и редактирования генеалогических деревьев, возможность импорта и экспорта данных.
курсовая работа [116,9 K], добавлен 20.07.2012Разработка конфигурации службы. Исследование вычислительной эффективности алгоритма оптимизации. Программная реализация клиент-серверного приложения. Алгоритм решения непрерывной задачи загрузки рюкзака. Подключение веб-сервиса к клиентскому приложению.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 21.01.2017Создание программы, автоматизирующей расчет коэффициента ритмичности продукции с использованием электронных таблиц средствами языка программирования Си. Консолидация данных в MSExcel. Программная реализация алгоритма. Тестирование разработанного ПО.
курсовая работа [3,0 M], добавлен 07.06.2014Разработка алгоритма, который может выполнить расчет определения координат точек кинематической схемы и выполнить анимацию (визуальное отображение перемещений объектов) кинематической схемы с использованием пакета MathCad. Расчет кинематической схемы.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 10.07.2012Федеральная служба судебных приставов как федеральный орган исполнительной власти. Основные этапы разработки интерфейса в виде веб-сервиса. Общая характеристика схемы интерфейса "Пристав" для удаленного просмотра соединений таблиц из единой базы данных.
отчет по практике [1,0 M], добавлен 07.08.2013Проведение исследования опыта взаимодействия в сети. Методы улучшения согласования с пользователем web-сервиса. Особенность проектирования онлайн-приложения. Изучение разработки контроллеров и моделей. Характеристика создания интерфейса программы.
дипломная работа [1,3 M], добавлен 11.08.2017Автоматизация вычислений, необходимых для расчета коэффициента ритмичности, используя пакеты прикладных программ в Excel. Проведение необходимых расчетов с применением формул в электронных таблицах. Тестирование разработанного программного обеспечения.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 28.08.2014Характеристика работы сервиса технического обслуживания автомобилей и основные составляющие процесса. Структурная схема модели, временная диаграмма, Q-схема системы и их описание. Сравнение результатов моделирования и машинная программа работы сервиса.
дипломная работа [140,2 K], добавлен 18.06.2011Анализ информационных потоков, связанных с деятельностью шиномонтажной мастерской. Разработка информационной модели данных. Описание технического задания на разработку web-сервиса. Составление планов управления конфигурациями и контроля качества.
курсовая работа [3,7 M], добавлен 25.12.2014
