Система управления роботом

Петрунин В.В., Майоров В.М.

ГБПОУ ПО «Кузнецкий колледж электронной техники», Кузнецк, Пензенская область, Россия

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ РОБОТОМ

Роботы в первую очередь ассоциируются с высокими технологиями будущего. Однако считается, что первый проект машины, способной заменить человека, принадлежит Леонардо да Винчи. Среди его бумаг был найден эскиз робота, который мог приподниматься, садиться, двигать руками и крутить головой. Правда, до сих пор неизвестно, была ли задумка претворена в жизнь. Более того, уже сегодня в быту люди используют множество роботов различного назначения: от робота-пылесоса до робота-художника.

Одно из самых популярных направлений в роботостроении - создание помощников по хозяйству. Вообще, робот - это машина с антропоморфным поведением. Слово это впервые появилось в пьесе чешского писателя Карела Чапека "Р. У. Р", сам термин происходит от чешского слова robota - подневольный труд. Получается, что прислуживание людям - их основная задача.

Технические параметры системы управления

Напряжение питания ..............+24 В

Напряжение питания электронного блока......+5 В

Используется LPT порт компьютера

Количество разрядов управляющей информации....8

Входные сигналы: управление двигателей X, Y, Z.

Выходные сигналы: блокировка двигателей X, Y, Z.

Система управления формирует ШИМ-сигналы на усилитель мощности двигателей X, Y, Z.

Робот - автоматическое устройство, созданное по принципу живого организма. Действуя по заранее заложенной программе и получая информацию о внешнем мире от датчиков (аналогов органов чувств живых организмов), робот самостоятельно осуществляет производственные и иные операции, обычно выполняемые человеком (либо животными). При этом робот может как и иметь связь с оператором (получать от него команды), так и действовать автономно.

Современные роботы, созданные на базе самых последних достижений науки и техники, применяются во всех сферах человеческой деятельности. Люди получили верного помощника, способного не только выполнять опасные для жизни человека работы, но и освободить человечество от однообразных рутинных операций

На станине установлен электромеханический манипулятор, имеющий два пневматических хвата, расположенных под углом в 90°, и блок подготовки воздуха. Манипулятор робота расположен ассиметрично на плите, сдвинут к длинному краю станины, для устранения возможного наезда блока вертикального перемещения и схватов. Внутри станины установлен компрессор, что позволило сэкономить площадь размещения робота.

С правой стороны от станины с манипулятором на безопасном расстоянии располагается столик с блоком управления и персональный компьютер.

Такое расположение позволяет контролировать весь ход процесса обработки деталей.

По требованиям техники безопасности необходимо огородить пространство, в котором движется манипулятор, а также сделать фотоэлектронную систему безопасности на появление в данном пространстве посторонних лиц или предметов, с экстренным остановом движущего манипулятора.

Объектом управления является робот-манипулятор «Электроника НЦ ТМ-01», относящийся к первому классу роботов-манипуляторов для автоматического или гибкого производства.

Данный робот предназначен для обслуживания металлорежущих станков, а именно: для загрузки и

выгрузки деталей типа тел вращения диаметром до 150 мм, высотой 150 мм, а также при производстве изделий электронной промышленности. Смена исполнительного механизма робота позволяет адаптировать робот на выполнение различных операций. Возможно его использовать для объемного фрезерования. Для

этого в захват робота установить двигатель с фрезой и, управляя по трем координатам X,Y.Z, ровать объемные изображения.

фрезе-

Рисунок 1 - Механические перемещения робота «Электроника»

Для этого разработано специальное программное обеспечение для персонального компьютера «Фрезеровка 3D».

Электронный блок управления робота выполняет следующие функции:

- управление двигателями перемещения по координатам X,Y.Z ;

- управление скоростью вращения двигателей

- прием сигналов энкодера для точного позиционирования.

Станция управления выполнена на персональном компьютере. Сигналы управления, указывающие направление перемещения координат и точку позиционирования, поступают параллельным кодом на LPT -порт. Контроллер считывает информацию и формирует ШИМ сигналы на мостовые усилители мощности. Двигатели начинает вращаться, энкодер вырабатывает выходные импульсы, которые через входной формирователь поступают на микроконтроллеры. Контроллеры считают количество импульсов и сравнивает с заданием. При приближении числа импульсов к заданной величине контроллер уменьшает скорость двигателя, а при равенстве - останавливает двигатель и включает электромагнитный тормоз. После оста-

новки двигателя контроллеры запрашивают станцию управления задание на следующее действие и выполняет его .

Рисунок 3 - Основная плата управления координатой Х

Структурно систему управления серводвигателем можно разбить на следующие блоки:

- блок питания - (24 Вольт 10 Ампер), для питания мостовых усилителей мощности управления

двигателями;

- блок питания - (5 Вольт 1 Ампер), для питания оптических датчиков, концевых датчиков, формирователей импульсов;

- каждая координата управляется отдельным микроконтроллером управления, формирующим ШИМ - сигналы для управления мостовым усилителем мощности;

- мостовые усилители мощности;

- три серводвигателя X,Y,Z c электромагнитными тормозами.

Микроконтроллер производит счет импульсов энкодера, сравнивает с заданием, определяет скорость вращения двигателя, изменяя скважность управляющих импульсов. С выхода контроллера управляющие ШИМ - сигналы поступают на мостовой усилитель мощности, к которому подключен двигатель привода. Программа прошивки микроконтроллера разрабатывается в электронном колледже.

Рисунок 6 - Система управления роботом

ЛИТЕРАТУРА

1. Дж. Смит «Сопряжение компьютеров с внешними устройствами» Москва, «Мир» 2000

2. В.В.Петрунин «Построения автоматизированных систем на основе персонального компьютера для тестирования, настройки, ремонта радиоэлектронной техники», Международный симпозиум «Надежность и качество 2004», г. Пенза

3. Ю.В. Анохина, М.Х. Даянов «Ввод информации в персональный компьютер», Материалы межвузовской научно-практической конференции «АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ НАУКИ В РОССИИ», Материалы Всероссийской научно-практической конференции «АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ НАУКИ В РОССИИ», г. Кузнецк 2005

4. В. В. Петрунин «Использование персональных компьютеров для обработки цифровой информации», Межвузовский сборник научных трудов «Информационно-измерительная техника» вып.30. ПГУ г. Пенза 2004 г.

5. В.В. Петрунин, Ю. В. Анохина Система управления серводвигателем // Международный симпозиум « Надежность и качество 2013» Пенза 2013