3.2 Обоснование выбора структуры управляющего устройства
К разработке были предъявлены следующие требования:
-
Максимальная гибкость, т. е. разработанное УУ должно легко адаптироваться к использованию с манипуляторами самых различных конструкций
-
Минимальная стоимость, т. е. использование широко доступных и недорогих компонентов
-
Возможность контроля выполняемых операций
-
Независимость от конкретной задачи, поставленной перед промышленным роботом
Исходя из поставленных требований, была разработана структура, которая максимально удовлетворяет поставленной задаче.
Расчёт движения каждого из «колен» промышленного манипулятора производится для каждой задачи индивидуально, поэтому в процессе разработки было решено перенести задачу планирования движения робота на специализированное ПО, запускаемое на управляющей ЭВМ. ПО передаёт управляющему устройству требуемые углы поворота по последовательному интерфейсу, а УУ в свою очередь осуществляет контроль за поворотом частей механизма и сообщает эту информацию управляющей ЭВМ по тому же последовательному порту. Такая система позволяет использовать стандартный последовательный порт RS232, широко доступный на рынке и позволяет использовать УУ манипулятора для управления самыми разными манипуляторами с 6-ю степенями свободы и в разных режимах.
Проект выполнен на основе недорогих, популярных компонентов, поэтому его последующее производство будет не только простым, но и экономически обоснованным. В тоже время использование микро контроллера ATmega64 позволяет в дальнейшем значительно расширить функционал управляющего устройства.
В устройстве реализована обратная связь, благодаря которой управляющая ЭВМ может контролировать точность выполняемой операции. Микро контроллер передаёт на ЭВМ информацию о коде Грея, снимаемом с энкодеров ARS60. Эти энкодеры позволяют добиться высокой точности контроля, в тоже время использование специального ПО на ЭВМ для определения реального угла поворота каждого узла позволяет в дальнейшем использовать даже принципиально иные энкодеры или однооборотные датчики абсолютного положения, такие как датчик Холла, без необходимости модифицировать схему или ПО управляющей программы микро контроллера!
3.3 Описание принципа работы манипулятора по функциональной схеме
Разработанное устройство представляет собой блок управления автоматическим манипулятором с 6-ю степенями свободы. Манипулятор представляет собой конструкцию, которая движется в 3-х измерениях благодаря шести независимо-управляемым сервомоторам, благодаря чему достигается требуемое число степеней свободы. В качестве сервоприводов предусмотрено использование двигателей производста фирмы Hitec HS311. Этот двигатель очень прост в управлении и на его примере возможно показать общий принцип работы системы. Характеристики двигателя HS311 обладают достаточной линейностью. В дальнейшем возможна замена этих сервоприводов на более мощные аналоги. Такая гибкость системы обеспечивается управлением при помощи ШИМ-модуляции, которая очень широко распространена.
Центральный микро контроллер управляет двигателями при помощи специального драйвера, описанного ниже. Поворот сервомотора приводит к повороту вала, совмещённого с квадратурным энкодером ARS60, который генерирует на выходе последовательность импульсов, по которым можно точно получить абсолютный угол поворота вала.
Поскольку расчёты траектории движения манипулятора достаточно сложны и в зависимости от задачи манипулятор может использоваться по-разному, то для обеспечения гибкости и адаптивности системы, было решено перенести функционал расчёта траектории на специальную управляющую ЭВМ. Микро контроллер ATmega64 получает от ЭВМ по интерфейсу RS232 величины, характеризующие угол поворота каждого из двигателей. Далее управляющая программа при помощи ШИМ устанавливает требуемый угол поворота сервопривода. Кроме того, периодически МК передаёт на управляющую ЭВМ пакет данных с показаниями каждого из 6-и энкодеров. Это позволяет управляющей программе следить за требуемым и реальным поворотом узлов механизма.
Для двунаправленной передачи данных между МК и ЭВМ используется преобразователь уровней DS275, который очень удобен тем, что работает в асинхронном режиме и не требует дополнительных элементов, таких как конденсаторы.
|