SYSTÉM AUTOMATICKÉHO OVLÁDÁNÍ OKEN

Transkript

1 SYSTÉM AUTOMATICKÉHO OVLÁDÁNÍ OKEN Navrhněte a vytvořte systém automatického ovládání oken, tedy jejich otevírání a zavírání pomocí dálkově řízené pohonné jednotky. Řízení bude realizováno programem pod OS s jádrem NT. Program bude tvořen jednoduchým GUI, s možností ovládání alespoň 8 pohonů v nastavitelném rozsahu. Pohony nesmí narušit mechaniku oken ani v případě přímého požadavku uživatele, tedy musí být zajištěno vypnutí pohonu v případě dosažení krajní polohy okna. Program umožní nastavit časy, kdy se okna sama otevřou a uzavřou. Program bude mít možnost využívat dat ze senzorů pro měření teploty v místnosti a teploty venkovní a na základě těchto informací nastaví okna tak, aby bylo dosaženo optimální teploty v místnosti. Regulace teploty v místnostech je důležitá jak pro živé organismy, tak pro skladovací prostory. Kromě aktivní klimatizace se dá využít regulace pomocí otvírání a zavírání oken ve vhodných fázích dne, případně se dá využít vzdušných proudů při otevírání různých oken. Automatický systém otevírání a zavírání oken by mohl ušetřit finance za nákladnou klimatizaci. Další výhodou je možnost otevírat i okna, která jsou špatně dostupná či nedostupná pro běžnou obsluhu, pomocí ovládacího tlačítka v prostorech vypínače světel. Moderní plastová okna se dají zakoupit se systémem se štulpovou převodovkou a možností ovládání pomocí rotací hřídele, kdy se okno postupně vyklápí. Tyto systémy jsou vhodné pro instalaci elektromotoru, jímž je možné otevírání okna na dálku řídit. Řízení motoru se dá realizovat budicím obvodem řízeným mikropočítačem. Tento mikropočítač může zároveň tvořit interface pro připojení senzorů teplot venkovního a vnitřního prostředí a taktéž může zajišťovat kontrolu krajních poloh okna či segmentů převodovky. Tento MCU je možné propojit s PC buď metalickým, nebo bezdrátovým vedení jako nový sériový port, s kterým se dá snadno komunikovat aplikací tvořenou například v jazyce C++, Java, Matlab. MATOUŠEK, D. UDĚLEJTE SI Z PC užitečný stroj a ovládejte porty ve Windows 2. díl. 1. vyd. Praha: BEN, s. ISBN Vypracování: Další soubory: PN1

2 DETEKTOR PULZOVÉ VLNY Navrhněte a vytvořte přístroj pro detekci pulzové vlny, z vlásečnic v prstu nebo v boltci ucha. Přístroj bude mít dvě části a to vlastní snímač a řídicí elektroniku pro generování signálu a jeho zpracování. Přístroj indukuje každý pulz bliknutím diody, ukládá počet pulzů za určitý časový interval, od minuty do desítek hodin pro holterovské sledování tepové frekvence. Komunikace s PC USB rozhraním. Ke snímání tepu se dá využít změny průsvitu prstu ruky v závislosti na množství krve, která jím protéká. Množství krve se mění v každém tepu a průsvitnost periodicky kolísá s tepovou frekvencí. Tato změna se dá vyhodnocovat optoelektronicky. Výhodou tohoto systému od systému využívající elektrod je v nižším energetickém působení na tkáň. Doporučuji dávat pozor na polohu umístněného páru dioda a fotocitlivý prvek a na tlak, kterým tato dvojice na tkáň působí. Zadaný princip je obdobný jako u snímače pulsové vlny, které se využívají pro měření krevního tlaku dle patentu prof. Peňáze, jen chybí manžeta s proměnným tlakem. ROZMAN, J. Elektronické přístroje v lékařství. 1. vyd. Praha: Academia, s. ISBN VALEČKO, Z. Bioelektronika v amatérské praxi, 1. díl. 1. vyd. Praha: BEN, s. ISBN PN2

3 SNÍMAČ EMG Navrhněte a vytvořte snímač EMG. Přístroj bude obsahovat zesilovač biopotenciálů s vhodnými parametry pro měření EMG, zvláště pak velmi vysoký vstupní odpor, minimálně 10 MΩ. Na vstupu přístroje budou svorky pro 3 elektrody (+, -, 0). Naměřená data budou dále digitalizována a pomocí USB rozhraní načtena do PC. Přístroj bude napájen zdrojem bezpečného napětí. Plošný spoj bude kvalitně ošetřen na působení elektromagnetických a statických vlivů elektřiny. Diagnostické metody vychází z pozorování chování se tkání, k čemuž je nutno kvalitní interpretace naměřených dat. V dnešní době je nejvhodnější postupem zpracování biopotenciálů jejich digitalizace, po níž je možno uplatnit na signál široké spektrum pokročilých výpočetních a vizualizačních metod, vedoucí k jednodušší, rychlejší a bezchybnější diagnostice. Před digitalizací (kterou se zabývat nebudeme) se musí signál zesílit podle požadavků AD převodníku. Vstupní zesilovač musí splňovat tyto základní podmínky: Amplitudová kmitočtová charakteristika od 0,05 Hz do 250 Hz. Ekvivalentní šumové napětí nesmí překročit 35 µv. Vstupní impedance musí být minimálně 2,5 MΩ při 10 Hz. Dynamický rozsah vstupního napětí od ±20 µv do ±5 mv ROZMAN, J. Elektronické přístroje v lékařství. 1. vyd. Praha: Academia, s. ISBN VALEČKO, Z. Bioelektronika v amatérské praxi, 1. díl. 1. vyd. Praha: BEN, s. ISBN PN3

4 SNÍMAČ EKG Navrhněte a vytvořte snímač EKG. Přístroj bude obsahovat zesilovač biopotenciálů s vhodnými parametry pro měření EKG, zvláště pak velmi vysoký vstupní odpor, minimálně 10 MΩ. Na vstupu přístroje budou svorky pro 4 elektrody (I, II, III, GND). Naměřená data budou dále digitalizována a pomocí USB rozhraní načtena do PC. Přístroj bude napájen zdrojem bezpečného napětí. Plošný spoj bude kvalitně ošetřen na působení elektromagnetických a statických vlivů elektřiny. Diagnostické metody vychází z pozorování chování se tkání, k čemuž je nutno kvalitní interpretace naměřených dat. V dnešní době je nejvhodnější postupem zpracování biopotenciálů jejich digitalizace, po níž je možno uplatnit na signál široké spektrum pokročilých výpočetních a vizualizačních metod, vedoucí k jednodušší, rychlejší a bezchybnější diagnostice. Před digitalizací (kterou se zabývat nebudeme) se musí signál zesílit podle požadavků AD převodníku. Vstupní zesilovač musí splňovat tyto základní podmínky: Amplitudová kmitočtová charakteristika od 0,05 Hz do 250 Hz. Ekvivalentní šumové napětí nesmí překročit 35 µv. Vstupní impedance musí být minimálně 2,5 MΩ při 10 Hz. Dynamický rozsah vstupního napětí od ±20 µv do ±5 mv ROZMAN, J. Elektronické přístroje v lékařství. 1. vyd. Praha: Academia, s. ISBN VALEČKO, Z. Bioelektronika v amatérské praxi, 1. díl. 1. vyd. Praha: BEN, s. ISBN PN4

5 SNÍMAČ EEG Navrhněte a vytvořte snímač EEG. Přístroj bude obsahovat zesilovač biopotenciálů s vhodnými parametry pro měření EEG, zvláště pak velmi vysoký vstupní odpor, minimálně 10 MΩ. Na vstupu přístroje budou svorky alespoň pro 3 elektrody (F, T, A). Naměřená data budou dále digitalizována a pomocí USB rozhraní načtena do PC. Přístroj bude napájen zdrojem bezpečného napětí. Plošný spoj bude kvalitně ošetřen na působení elektromagnetických a statických vlivů elektřiny. Diagnostické metody vychází z pozorování chování se tkání, k čemuž je nutno kvalitní interpretace naměřených dat. V dnešní době je nejvhodnější postupem zpracování biopotenciálů jejich digitalizace, po níž je možno uplatnit na signál široké spektrum pokročilých výpočetních a vizualizačních metod, vedoucí k jednodušší, rychlejší a bezchybnější diagnostice. Před digitalizací (kterou se zabývat nebudeme) se musí signál zesílit podle požadavků AD převodníku. Vstupní zesilovač musí splňovat tyto základní podmínky: Amplitudová kmitočtová charakteristika od 0,05 Hz do 250 Hz. Ekvivalentní šumové napětí nesmí překročit 35 µv. Vstupní impedance musí být minimálně 2,5 MΩ při 10 Hz. Dynamický rozsah vstupního napětí od ±20 µv do ±5 mv ROZMAN, J. Elektronické přístroje v lékařství. 1. vyd. Praha: Academia, s. ISBN VALEČKO, Z. Bioelektronika v amatérské praxi, 1. díl. 1. vyd. Praha: BEN, s. ISBN PN5

6 ŘÍZENÍ PROTETICKÉ NÁHRADY HORNÍ KONČETINY Navrhněte a vytvořte program pro řízení robotické protetické náhrady horní končetiny v reálném čase. Program bude k řízení využívat inverzní kinematiku a dynamiku. Výstupem bude uživatelská konzole funkční pod OS s jádrem NT, v které uživatel zadá anebo načte z uložených dat polohu koncového bodu a rychlost, kterou se má bodu dosáhnout. Program bude mít možnost uživatelsky měnit přesnost výpočtu polohy. Program bude přímo řídit robota LAB-ARM-Soft1. LAB-ARM-Soft1 je robot se 6 rotačními kinematickými dvojicemi simulující pohyby horní končetiny. Program bude vytvořen buď v prostředí Matlab, nebo v jazyce C++. V úloze bude zapotřebí vyřešit tyto podúkoly: inverzní úloha kinematiky, jakobián kinematického řetězce, Newtonova iterační metoda s jakobiánem, dynamika otevřených řetězců, Lagrangeovy rovnice II. druhu, momenty setrvačnosti, energie systému. MOSTÝN, V., SKAŘUPA, J. Teorie průmyslových robotů. 1. vyd. Košice : Edícia vedeckej a odbornej literatúry Strojnícka fakulta TU v Košiciach, VIENALA Košice, s. ISBN PN6

7 ŘÍZENÍ PROTETICKÉ NÁHRADY HORNÍ KONČETINY - SEKVENCE POHYBŮ Naprogramujte pohybové sekvence robotické protetické náhrady horní končetiny simulované robotem LAB-ARM-Soft1. Každá pohybová sekvence bude kopírovat některý z pohybů konaných v běžném životě. Součástí práce bude program který umožní vybírat ze seznamu jednotlivých sekvencí pomocí jednoduchého posuvného menu, které bude obsahovat pouze sadu pohybů s určitým příznakem. Každý pohyb bude složen z trajektorie a rychlosti. Výchozí poloha pohybu se vypočte automaticky z aktuální pozice, stejně tak jako koncová poloha prstů paže dle výskytu objektu ke kterému se bude pohyb vztahovat. Program bude funkční pod OS s jádrem NT. LAB-ARM-Soft1 je robot se 6 rotačními kinematickými dvojicemi simulující pohyby horní končetiny. Program bude vytvořen buď v prostředí Matlab, nebo v jazyce C++. V úloze budou programovány tyto pohyby: uchopení šálku kapalinou, míchání šálku lžičkou, psaní na klávesnici, podpis psacím perem, poklepání rukou, zamávání rukou, průzkum okolí, dotýkání se hlavy robota a jiných částí. Příznaky na rozpoznávání skupin pohybů: úchop, gestikulace, skenování, práce, kuchyně, koupelna, vztahy. MOSTÝN, V., SKAŘUPA, J. Teorie průmyslových robotů. 1. vyd. Košice : Edícia vedeckej a odbornej literatúry Strojnícka fakulta TU v Košiciach, VIENALA Košice, s. ISBN PN7

8 ŘÍZENÍ PROTETICKÉ NÁHRADY HORNÍ KONČETINY - SKENOVÁNÍ OBJEKTŮ Naprogramujte algoritmus pro skenování objektů nacházejících se v blízkosti robotické protetické náhrady horní končetiny simulované robotem LAB-ARM-Soft1. Každý model objektu bude obsahovat jak informace o velikosti tak informace o teplotě objektu a v modelu budou vyznačena možná úchopová místa a jejich význam. Model bude tvořen prostorovou maticí a bude ho možné vykreslit v různých rovinách, případně ho prohlížet ve virtuálním 3D prostředí. Každý objekt bude mít uživatelem definované příznaky, dle nichž se bude řadit do knihoven objektů. Program bude funkční pod OS s jádrem NT. Program bude využívat 3 DBD systém pro detekci objektů a analýzu prostředí. LAB-ARM-Soft1 je robot se 6 rotačními kinematickými dvojicemi simulující pohyby horní končetiny. Program bude vytvořen buď v prostředí Matlab, nebo v jazyce C++. Ke skenování objektu se dá využít buď dvojice senzorů instalovaných v úchopové části paže, nebo libovolné z dvojice senzorů v ostatních částech paže. Je vhodné využít více dvojic senzorů pro snížení počtů pohybů potřebných pro skenování. Příznaky na rozpoznávání skupin objektů: objekt neživý, objekt živý, teplota pod nulou, teplota do 50 C, od 50 do 100 C, vyšší teplota, jednoduchý či složený objekt, koule, kvádr, tyč, objekt stálý nebo proměnný. MOSTÝN, V., SKAŘUPA, J. Teorie průmyslových robotů. 1. vyd. Košice : Edícia vedeckej a odbornej literatúry Strojnícka fakulta TU v Košiciach, VIENALA Košice, s. ISBN PN8

9 ŘÍZENÍ PROTETICKÉ NÁHRADY HORNÍ KONČETINY - DETEKCE OBJEKTŮ Vytvořte systém pro detekci přítomnosti objektů v blízkosti robotické protetické náhrady horní končetiny simulované robotem LAB-ARM- Soft1. K detekci využijte 3 DBD systém. Systém musí umět rozpoznat zda se objekt pohybuje, nebo je ve stabilní poloze. v případě pohybujícího se bjektu musí program zajistit vyhnutí se srážce. Dílčím výstupem systému bude mapa prostředí ve kterém se paže pohybuje a tato mapa bude po určitých časových okamžicích ukládána. V případě detekování objektu, bude navržen algoritmus pro přiblíženíse na skenovací vzdálenost. Program bude funkční pod OS s jádrem NT LAB-ARM-Soft1 je robot se 6 rotačními kinematickými dvojicemi simulující pohyby horní končetiny. Program bude vytvořen buď v prostředí Matlab, nebo v jazyce C++. Prostorová mapa prostředí by měla jít vykreslit v grafické podobě buď v jednotlivých rovinách nebo ve virtuálním 3D prostředí. MOSTÝN, V., SKAŘUPA, J. Teorie průmyslových robotů. 1. vyd. Košice : Edícia vedeckej a odbornej literatúry Strojnícka fakulta TU v Košiciach, VIENALA Košice, s. ISBN PN9

10 ANALÝZA OBJEKTŮ Cílem práce je vytvořit program pro analýzu objektů, která spočívá zaprvé v detekci a lokalizaci kategorie objektů v obraze. Objekty se dají modelovat jako prostorová konfigurace nějakých pro ně charakteristických částí (CER - Characteristic Extremal Regions), kde oblast je libovolná souvislá množina bodů v obraze. A zadruhé v porovnávání prostorového rozložení jednotlivých objektů a jejich podmnožin. Program musí být schopen rozpoznat shodné objekty, naskenované jako prostorové mapy s informací o tvaru a teplotě objektu. Systém by měl být netečný vůči natočení předmětu v prostoru, kdy i jeho výsledné naskenované mapy mohou na první pohled vypadat jinak. Dále je nutno brát na ohled uplatnění velikosti objektu, jelikož není vždy možné naskenovat dva objekty ze stejné vzdálenosti a proto mohou být mapy v jiném měřítku. Výstupem práce bude uživatelské prostředí, v němž bude vidět průběh analýzy objektu. K analýze bude docházet i při neúplných mapách kdy shoda bude deklarována s určitou nižší pravděpodobností. Program bude vytvořen buď v prostředí Matlab, nebo v jazyce C++. PN10

11 ŘÍZENÍ PROTETICKÉ NÁHRADY DOLNÍ KONČETINY Navrhněte a vytvořte program pro řízení robotické protetické náhrady dolní končetiny v reálném čase. Program bude k řízení využívat inverzní kinematiku a dynamiku. Výstupem bude uživatelská konzole funkční pod OS s jádrem NT, v které uživatel zadá anebo načte z uložených dat polohu koncového bodu a rychlost, kterou se má bodu dosáhnout. Program bude mít možnost uživatelsky měnit přesnost výpočtu polohy. Program bude přímo řídit robota LAB-HAND-Soft1. LAB-HAND-Soft1 je robot se 6 rotačními kinematickými dvojicemi simulující pohyby dolní končetiny. Program bude vytvořen buď v prostředí Matlab, nebo v jazyce C++. V úloze bude zapotřebí vyřešit tyto podúkoly: inverzní úloha kinematiky, jakobián kinematického řetězce, Newtonova iterační metoda s jakobiánem, dynamika otevřených řetězců, Lagrangeovy rovnice II. druhu, momenty setrvačnosti, energie systému. MOSTÝN, V., SKAŘUPA, J. Teorie průmyslových robotů. 1. vyd. Košice : Edícia vedeckej a odbornej literatúry Strojnícka fakulta TU v Košiciach, VIENALA Košice, s. ISBN PN74