ФГБОУ ВПО Астраханский государственный университет Дипломный проект По

ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный университет» Дипломный проект По направлению «Робототехника» на тему: Разработка системы управления робота для тренировок по боксу Студент гр. РТ-41 : Бухтояров А. П. Научный руководитель: ст. пр. кафедры ЭЭи. А Старов Д. В. Астрахань 2015

Актуальность • На сегодняшней день в России происходит популяризация различных видов спорта, среди молодого поколения. Одним из распространенных видов являются боевые единоборства. Но не все находят свободное время для посещения тренировочного зала и привлечения к своим тренировкам второго человека (ведь живой спарринг-партнер намного эффективнее груши). Также профессиональным боксёрам противопоказаны травмы, тем более при проведении тренировок. В связи с этим возникла необходимость сконструировать робота для тренировок боксу.

Цель работы Разработка системы управления , обеспечивающей возможность решения поставленной задачи, распознавать движения человека и передавать их компьютеру для обработки данных, реализуемая на базе бесконтактного сенсорного контроллера Kinect for Windows. Решение ряда задач: • Алгоритм работы системы • Поиск аналогов • Сравнительный анализ устройств СТЗ • • • Разработка структурной схемы системы управления Разработка электрической принципиальной схемы Создание 3 d модели конструкции для Kinect Выбор элементов Выбор датчиков

Техническое задание • Для разработки системы управления роботом для тренировок по боксу было сформулировано техническое задание: • • 1. Состав системы управления • - Система технического зрения Kinect for Windows • - Материнская плата WAFER-OT-Z 670 • - Конструкции для расположения Kinect for Windows • - Система управления приводами • - Блок питания 2. Общие требования к системе • - распознавать движения человека и передавать их компьютеру для обработки данных • - Занимаемая площадь Kinect (Дх. Шх. В), см: 6 x 25 x 4 • - Напряжение питания 220 – 240 В, 50 Гц • - Время подготовки к эксплуатации не более 10 мин. • - Автономная работа • - Грузоподъемность конструкции для расположения Kinect for Windows -1050 г

Обзор аналогов На сегодняшний день существует один робот -боксер Punching Pro , который способен не только принимать удары, но и сам их наносить, используя манипуляторы с надетыми на них боксерскими перчатками. Однако в данном роботе отсутствует система управления, не надежная конструкция , так же робот не «чувствует» человека, что может привести к травме.

Известен тренажер, содержащий блочнофункциональные схемы построения двух вариантов многофункциональных электронных тренажеров, основанные на базе использования в качестве блока управления современного персонального компьютера со специально написанным программным обеспечением и комплекта датчиков на современной элементарной базе. (Пат. № 2201783 RU. Опубл. 10. 04. 2003) Однако в данном тренажере отсутствует пневматическая система и механическая конструкция, способные наносить удары, имитируя спарринг приближенный к реальному.

Описание последовательности работы системы управления роботом для тренировок по боксу

Алгоритм

Функциональная схема

Принципиальная схема управления двигателями постоянного тока

Принципиальная схема интерфейса связи с WAFER-OT-Z 670

Схема системы управления манипулятором робота • Система управления • Схематично система управления манипулятором робота представлена на рисунке. Управляющее воздействие приводами формируется в зависимости от показаний Kinect for Windows (Д). Информация о расстоянии до объекта (f) посылается в виде задающего сигнала (Yз) на устройство управления (УУ), представленное материнской платой WAFER-OT-Z 670. УУ формирует управляющее воздействие (u 1, u 2, u 3), которое представляет собой • широтно-импульсный сигнал, ширина которого кодирует заданный угол поворота приводов (SI, S 2, S 3). Конечное перемещение характеризуется углом ∠ +∠ =∠ +∠

Чертеж

3 D Модель

Материнская плата WAFER-OT-Z 670

Kinect for Windows Позволяет использовать такие возможности, как: захват и отслеживание скелета (skeletal-tracking), высокотехнологичный массив микрофонов и другие сенсорные технологии. Подключать сенсор Kinect к персональным компьютерам с операционными системами Windows 7 and Windows 8.

Сравнительный анализ устройств СТЗ Характеристики Дальность распознавания Операционная система Ценовой диапазон Комплект средств разработки до 4 м 3, 5 м Windows 7 от 7 тыс. до 10 тыс. рублей от 5 тыс. до 8 тыс. рублей. Software Development Kit (SDK) -

Определение углов при нанесении ударов по сопернику с помощью системы захватов движения. Правый прямой удар (плечо) Правый прямой удар (локоть)

Углы определялись опытным путем, после консультации и в присутствии тренера тайского бокса

Анимация • Данная анимация, была выполнена с помощью программы Kinect. SDK которая способна распознать фигуру человека и его движения. Пользователь на левой картинке в стойке «блок» , а на правой картинке «правый джеб» .

Технологический процесс