Документ описывает процесс проектирования робота в рамках проекта Roboshkola 2014, выделяя этапы инжиниринга от определения задачи до тестирования и итерации. Включает методики работы, такие как мозговой штурм, создание прототипов и оценка вариантов с использованием матрицы принятия решений. Также рассматриваются критерии и весовые показатели для выбора лучших решений в проектировании.

1. Процесс создания робота
Робошкола-2014
Андрей Антонов
robotosha.ru
10 октября 2014 г.

2. Процесс проектирования
Понятие «инжиниринг»
engineering (англ.)— сооружать, проектировать, придумывать,
изобретать
Инжиниринг - применение практического и научного знания к
решению проблемы на основе методики
Не существует единственного «правильного» варианта процесса
Андрей Антонов (robotosha.ru) Задача SLAM 10 октября 2014 г. 2 / 26

3. Процесс проектирования
Цикл разработки
Андрей Антонов (robotosha.ru) Задача SLAM 10 октября 2014 г. 3 / 26

4. Процесс проектирования
Пример процесса проектирования
Андрей Антонов (robotosha.ru) Задача SLAM 10 октября 2014 г. 4 / 26

5. Процесс проектирования
Этапы
Шаг 1 — Определение задачи
Если задача не ясна, можем ли мы ее решить?
Шаг 2 — Изучение имеющихся решений
Шаг 3 — Понимание требований
ЧТО будет делать решение, без описания КАК
Технические требования: ограничения, накладываемые на
разработку; требуемая функциональность
Ранжирование технических требований:
C — желаемое требование. Не особо важно, но было бы неплохо,
если возможно
B — преимущественное требование. Важно, но проект может
обойтись и без этого.
A — необходимое требование. Критично для проекта, обязательно
должно быть включено.
Андрей Антонов (robotosha.ru) Задача SLAM 10 октября 2014 г. 5 / 26

6. Процесс проектирования
Этапы
Шаг 4 — Представление идеи.
Мозговой штурм.
Метод интеллект-карт (mind-mapping).
Андрей Антонов (robotosha.ru) Задача SLAM 10 октября 2014 г. 6 / 26

7. Процесс проектирования
Пример интеллект-карты
Андрей Антонов (robotosha.ru) Задача SLAM 10 октября 2014 г. 7 / 26

8. XMind: http://xmind.net
Андрей Антонов (robotosha.ru) Задача SLAM 10 октября 2014 г. 8 / 26

9. Процесс проектирования
Этапы
Шаг 5 — Разработка прототипов.
Моделирование. Макетирование.
Matlab/Simulink, Proteus, ROS,...
Андрей Антонов (robotosha.ru) Задача SLAM 10 октября 2014 г. 9 / 26

10. Процесс проектирования
Этапы
Шаг 5 — Разработка прототипов.
Моделирование. Макетирование.
Matlab/Simulink, Proteus, ROS,...
Шаг 6 — Выбор идеи.
Матрица принятия решений.
Пример: разработка исполнительного органа робота для
манипулирования мячом диаметром 0.25м.
Андрей Антонов (robotosha.ru) Задача SLAM 10 октября 2014 г. 9 / 26

11. Процесс проектирования
Матрица принятия решений
Этап 1 — Список альтернатив
Роликовый захват
Клешня
Совок
Андрей Антонов (robotosha.ru) Задача SLAM 10 октября 2014 г. 10 / 26

12. Процесс проектирования
Клешня
Андрей Антонов (robotosha.ru) Задача SLAM 10 октября 2014 г. 11 / 26

13. Процесс проектирования
Роликовый захват
Андрей Антонов (robotosha.ru) Задача SLAM 10 октября 2014 г. 12 / 26

14. Процесс проектирования
Матрица принятия решений
Этап 2 — Определение критериев
Общие критерии
Сложность (чем меньше, тем лучше)
Надежность (чем больше, тем лучше)
Эффективность (больше, значит лучше)
Специфические критерии
Сила захвата
Требуемая точность управления
Скорость захвата
Андрей Антонов (robotosha.ru) Задача SLAM 10 октября 2014 г. 13 / 26

15. Процесс проектирования
Матрица принятия решений
Этап 3 — Компоновка матрицы принятия решений
Критерий Вес
Клешня Роликовый захват Совок
Оценка Взвешенная Оценка Взвешенная Оценка Взвешенная
оценка оценка оценка
Сложность
Скорость
захвата
Сила
захвата
Вес
Итог
Андрей Антонов (robotosha.ru) Задача SLAM 10 октября 2014 г. 14 / 26

16. Процесс проектирования
Матрица принятия решений
Этап 4 — Вес оценочных критериев
Установить суммарный вес критериев.
Ранжирование каждого критерия.
Критерий Вес
Клешня Роликовый захват Совок
Оценка Взвешенная Оценка Взвешенная Оценка Взвешенная
оценка оценка оценка
Сложность 5
Скорость захвата 20
Сила 15 захвата
Вес 10
Итог 50
Андрей Антонов (robotosha.ru) Задача SLAM 10 октября 2014 г. 15 / 26

17. Процесс проектирования
Матрица принятия решений
Этап 5 — Сбор информации
Андрей Антонов (robotosha.ru) Задача SLAM 10 октября 2014 г. 16 / 26

18. Процесс проектирования
Матрица принятия решений
Этап 5 — Сбор информации
Этап 6 — Оценка вариантов
Для каждого критерия оцениваем различные варианты
Критерий Вес
Клешня Роликовый захват Совок
Оценка Взвешенная Оценка Взвешенная Оценка Взвешенная
оценка оценка оценка
Сложность 5 5 5 9
Скорость захвата 20
Сила 15 захвата
Вес 10
Итог 50
Андрей Антонов (robotosha.ru) Задача SLAM 10 октября 2014 г. 16 / 26

19. Процесс проектирования
Матрица принятия решений
Этап 6 — Оценка вариантов
Критерий Вес
Клешня Роликовый захват Совок
Оценка Взвешенная Оценка Взвешенная Оценка Взвешенная
оценка оценка оценка
Сложность 5 5 5 9
Скорость захвата 20 7 9 2
Сила 15 10 10 1 захвата
Вес 10 6 4 8
Итог 50
Андрей Антонов (robotosha.ru) Задача SLAM 10 октября 2014 г. 17 / 26

20. Процесс проектирования
Матрица принятия решений
Этап 7 — Вычисление взвешенных оценок
Критерий Вес
Клешня Роликовый захват Совок
Оценка Взвешенная Оценка Взвешенная Оценка Взвешенная
оценка оценка оценка
Сложность 5 5 25 5 25 9 45
Скорость захвата 20 7 140 9 180 2 40
Сила 15 10 150 10 150 1 15 захвата
Вес 10 6 60 4 40 8 80
Итог 50
Андрей Антонов (robotosha.ru) Задача SLAM 10 октября 2014 г. 18 / 26

21. Процесс проектирования
Матрица принятия решений
Этап 8 — Нахождение итоговых взвешенных оценок
Критерий Вес
Клешня Роликовый захват Совок
Оценка Взвешенная Оценка Взвешенная Оценка Взвешенная
оценка оценка оценка
Сложность 5 5 25 5 25 9 45
Скорость захвата 20 7 140 9 180 2 40
Сила 15 10 150 10 150 1 15 захвата
Вес 10 6 60 4 40 8 80
Итог 50 375 395 180
Вариант-победитель — роликовый захват
Анализ результатов
Получение достоверных результатов
Вариации методики
Андрей Антонов (robotosha.ru) Задача SLAM 10 октября 2014 г. 19 / 26

22. Процесс проектирования
Этапы
Шаг 7 — Планирование
CAD-модели;
Сборочные чертежи;
План производства;
Спецификация на материалы;
Техническое руководство;
Руководство пользователя;
Презентация, . . .
Андрей Антонов (robotosha.ru) Задача SLAM 10 октября 2014 г. 20 / 26

23. Процесс проектирования
Этапы
Шаг 8 — График работ
Стэнли И.Портни «Управление проектами для чайников»
Андрей Антонов (robotosha.ru) Задача SLAM 10 октября 2014 г. 21 / 26

24. Процесс проектирования
OpenProj: http://sourceforge.net/projects/openproj/
Шаг 8 — График работ
Диаграмма Ганта
Андрей Антонов (robotosha.ru) Задача SLAM 10 октября 2014 г. 22 / 26

25. Процесс проектирования
Этапы
Шаг 9 — Представление предложения
Почему это было сделано именно так?
Рассматривали ли вы возможность сделать это другим способом?
Почему были исключены альтернативные вариенты?
Выполняются ли требования?
Каким образом можно улучшить эту функцию?
Как можно снизить вес конструкции?
Как увеличить скорость?
Как повысить надежность?
Как можно уменьшить размеры?
Как упростить?
Как повысить эффективность?
Как удешивить?
Как облегчить производственный процесс?
Какая еще функциональность может быть легко добавлена?
Анализ выгод и затрат
Андрей Антонов (robotosha.ru) Задача SLAM 10 октября 2014 г. 23 / 26

26. Процесс проектирования
Этапы
Шаг 10 — Реализация
Приобретение компонентов
Изготовление платформы
Изготовление печатных плат
Сборка
. . .
Андрей Антонов (robotosha.ru) Задача SLAM 10 октября 2014 г. 24 / 26

27. Процесс проектирования
Этапы
Шаг 10 — Реализация
Приобретение компонентов
Изготовление платформы
Изготовление печатных плат
Сборка
. . .
Шаг 11 — Тестирование
Андрей Антонов (robotosha.ru) Задача SLAM 10 октября 2014 г. 24 / 26

28. Процесс проектирования
Этапы
Шаг 10 — Реализация
Приобретение компонентов
Изготовление платформы
Изготовление печатных плат
Сборка
. . .
Шаг 11 — Тестирование
Шаг 12 — Итерация
Андрей Антонов (robotosha.ru) Задача SLAM 10 октября 2014 г. 24 / 26

29. http://robotosha.ru
Андрей Антонов (robotosha.ru) Задача SLAM 10 октября 2014 г. 25 / 26

30. Благодарю за внимание!
Андрей Антонов (robotosha.ru) Задача SLAM 10 октября 2014 г. 26 / 26