|
Содержание
Введение 3
1 Назначение и область применения 5
2 Технические характеристики Устройства 7
3 Обзор существующих решений и обоснование выбора структуры 8
3.1 Обзор существующих решений 8
3.1.1 KAWASAKI FS45C (FS45N) 9
3.1.2 Brokk 40 10
3.1.3 KUKA KR-16 12
3.1.4 KAWASAKI FS02 (FS03N) 13
3.1.5 "Деревянная угроза" 15
3.2 Обоснование выбора структуры управляющего устройства 16
3.3 Описание принципа работы манипулятора по функциональной схеме 18
3.4 Разработка математической модели 20
4.1 Структурная схема 24
4.2 Сервопривод Hitec HS311 25
4.3 Драйвер сервопривода L293 28
4.4 Энкодер ARS60 31
4.5 Микроконтроллер ATmega64 33
4.6 Преобразователь уровней DS275 36
4.7 Стабилизаторы LM78L05 и LM78L12 38
5 Разработка схемы алгоритма и управляющей программы 40
5.1 Алгоритм функции main 40
5.2 Алгоритм функции updateServo 41
5.3 Алгоритм функции updateEncoders 42
5.4 Алгоритм функции updateTask 43
5.5 Алгоритм функции reportStatus 44
5.6 Исходный код управляющей программы 45
Заключение 47
Приложение А 48
Приложение Б 50
Приложение В 61
Введение
Слово «робот» было введено в обращение чешским писателем Карелом Чапеком и первоначально означало: «машина с антропоморфным (человекоподобным) поведением, которое частично или полностью выполняет функции человека при взаимодействии с окружающим миром». Писателя-фантаста, химика по образованию, Айзека Азимова, многие называют теоретиком робототехники. Сам он пишет об этом следующее: «Я дожил до дня, когда мои законы воспринимают всерьез и цитируют в научных статьях ученые-робототехники». Первые роботы, имитировавшие внешний облик и движения человека, использовались в развлекательных целях. По мере развития техники роботы потеряли внешнее сходство с человеком и превратились в различные устройства и механизмы, которые освобождают людей от тяжелой и однообразной работы, от работы, опасной для здоровья (в условиях повышенной радиации, высокой или низкой температуры, в труднодоступных местах). В настоящее время робототехника представляет человеку огромный спектр вспомогательных устройств, начиная от роботов-сварщиков и заканчивая подводными телеуправляемыми системами. Лучшие умы планеты бьются над основной задачей, лежащей на стыке таких отраслей знаний, как искусственный интеллект, техническая кибернетика, психология, системный анализ, а именно — задачей наделить робототехническую систему разумом.
Промышленные роботы практически полностью лишены разума. Предназначены они лишь для того, чтобы заменить человека на всех трудных, монотонных, поточных работах. Эти роботы действуют на основании жестко описанных программ и иногда наполняют собой автоматические линии, участки, а также способны выполнять полный производственный цикл. Ученые выделяют в этой группе три поколения роботов, но их назначение не меняется, они были и остаются неутомимыми рабочими, делающими свою работу 24 часа в сутки, не требуя зарплаты, доплаты за сверхурочные, премии и отпусков.
1 Назначение и область применения
По мере развития машиностроения, прежде всего, автоматизировались наиболее сложные и трудоемкие операции, связанные с изменениями формы и размеров изделий. Загрузка и разгрузка технологического оборудования осуществлялись обычно вручную или простейшими средствами механизации. В последнее время в связи с задачами комплексной автоматизации производства и освоения новых областей деятельности человека (под водой, в опасных средах, в космосе) большое внимание уделяется автоматизации операций манипулирования — перемещения и ориентации изделий и инструмента.
Манипуляторы при свободном перемещении рабочего органа представляют собой пространственный механизм с разомкнутой кинематической цепью. Его звенья связаны кинематическими парами пятого класса (вращательными или поступательными), оснащенными приводами. Каждая такая кинематическая пара с приводом обеспечивает одну степень подвижности манипулятора. Число, вид и взаимное расположение степеней подвижности определяют манипуляционные возможности устройства.
Манипуляторы оснащаются захватными устройствами, предназначенными для захватывания и удержания объекта манипулирования — обрабатываемого изделия или обрабатывающего инструмента. Захватное устройство и инструмент называют рабочим органом манипулятора. Захватное устройство, в котором захватывание и удержание производятся относительным перемещением его частей, называется схватом.
При выполнении разнообразных, часто заранее непредвиденных работ используют манипуляторы, управляемые человеком с помощью органов управления, установленных стационарно (дистанционно-управляемые манипуляторы) или вблизи схвата (погрузочные манипуляторы). Погрузочные манипуляторы можно оборудовать специальными автоматическими устройствами уравновешивания. Такой сбалансированный манипулятор человек легко перемещает незначительным усилием руки. Среди дистанционно-управ-ляемых манипуляторов можно выделить копирующие манипуляторы; у которых в качестве органов управления используют задающие манипуляторы, выполненные либо в виде точной копии рабочего манипулятора, либо в некотором масштабе к нему.
Для автоматизации повторяющихся операций манипуляторы снабжаются системой программного управления. Манипуляторы с малым количеством степеней подвижности (n=1÷3), работающие по жесткой программе, называют автооператорами. Однако эти признаки условны, так как любое автоматическое устройство обычно предусматривает возможность перенастройки, в том числе замену механического программоносителя — кулачка. Свободно программируемые автоматические манипуляторы с большим числом степеней подвижности (n=5÷6), используемые в промышленном производстве, называют промышленными роботами (ПР).
Различают две основные системы управления ПР: позиционную и контурную. В позиционной системе управления программируется только последовательность точек, в которых должен останавливаться рабочий орган, и порядок их прохождения. Перемещение между запрограммированными точками позиционирования происходит по случайным, неконтролируемым траекториям. Частный случай позиционного управления, отличающийся малым количеством точек позиционирования (от двух до пяти по каждой степени подвижности) и, как правило, фиксацией в этих точках с помощью упоров, называют цикловым управлением. В контурной системе управления программируются и воспроизводятся траектории движения любой формы.
|
