Теоретические основы работы манипулятором робототехнической системы

СОДЕРЖАНИЕ

 

1 ТЕОЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОТЫ МАНИПУЛЯТОРОМ РОБОТОТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ…………………………………………4

2 ИЗУЧЕНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ РАБОТЫ РОБОТОТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ 6

2.1 ПЛАТА КОНТРОЛЕРА ARDUINO MEGA 2560. 6

2.2 CЕРВОДРАЙВЕР PCA9685. 17

3 ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНАЯ МОДУЛЯЦИЯ.. 19

4 ВЫВОДЫ.. 20

5 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.. 21

 

 

Цель работы: В рамках научных исследований, направленных на развитие прикладной робототехники в ВКС разработан макет роботизированной платформы манипулятора. Для исследования местности роботизированная платформа использует драйвер сервоприводов PCA9685.

ИЗУЧЕНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ РАБОТЫ РОБОТОТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

СЕРВОДРАЙВЕРPCA9685

 

PCA9685(Рис.1) – это 16-ти канальный 12-разрядный контроллер. Частота ШИМ настраивается в пределах от 24 до 1526 Гц. Хотя на плате от Adafruit написано от 40 до 1000 Гц. С помощью ШИМ контроллера можно управлять яркостью светодиодов, сервоприводами, и другими устройствами, где в качестве управляющего сигналы применяется ШИМ сигнал.Контроллер управляется по шине I²C. На этой плате есть две группы разъемов для шины I²C с двух сторон.

 

Что позволяет подключать к шине несколько плат последовательно или подключать другие устройства к шине I²C. Большинство модулей имеет только одну группу контактов и иногда приходиться делать разветвители. Поэтому если 16 каналов Вам мало можнопоследовательно включить несколько таких плат, установив перемычками на каждую свой адрес.Питание контроллера и выходов ШИМ каналов разделено и может быть от 3 до 5 вольт. Для ШИМ каналов допускается максимальное напряжение 6 Вольт. Питание для ШИМ каналов можно подавать на штырьки (V+) или через клему. На плате есть место для фильтрующегоконденсатора,который в этом комплекте не шел, но я рекомендую его впаять. При больших нагрузках, питание может быть не стабильным, что может отрицательно сказываться на работе управляемых устройств. Емкость конденсатора не указана. Я выбрал наибольший, который поместился и не мешал монтажу платы.ШИМ контроллер приобретался специально для управления сервоприводами и именно о применении ШИМ для управления сервами и пойдет дальше речь. Сервоприводы, как Вы поняли, управляются ШИМ сигналомФорма сигнала для управления сервой имеет форму, изображенную на рисунке. Частота 50 Герц. Минимальная длительность импульса 1 мс. Максимальная длительность 2 мс. т.е. скважность ШИМ-а для управления сервами никогда не должна быть 0% и никогда не будет 100%.Весь диапазон изменений сигнала лежит на участке, отмеченном красной стрелкой. Т.е. Вам никак не получится использовать все 4096 шагов. В этот промежуток помещается всего 205 шагов. Т.е. Серва может занять всего 205 положений, а не 4096. Поэтому 12-разрядный ШИМ контроллер это совсем не много как могло показаться сразу.Соответственно один шаг будет составлять примерно 0,49 % от всего диапазона сервопривода. Например, если Ваша серва имеет максимальный угол поворота 90 градусов, то изменение скважности ШИМ один шаг – это 0,44 градуса.Для этого сервоконтроллера, я написал свою библиотеку, хотя в интернете можно найти массу примеров, но все же я не нашел того, что мне нужно применительно к сервоприводам.А именно: Установка положения сервопривода в процентах. Мне нужно задавать положение серв в процентах. Т.е. от 0 до 100%. А также от -100% до 100% если механизм имеет среднее положение и должен отклоняться в обе стороны.

 

Реверс

Реверс необходим для изменения направления работы сервопривода. Например, если в исполнительном устройстве сервопривод перевернуть, то это свойство избавит от необходимости что-то менять в кое программы. Достаточно будет только изменить свойство канала.

 

Настройка диапазона

Иногда требуется ограничить или расширить диапазон поворота сервоприводов. Например, серва может поворачиваться на угол 60 градусов, но для вашего устройства это много, вы хотите ограничить, скажем, до 45 градусов.

А иногда сделать ограничения только в одну сторону. Кстати, диапазон поворота сервы можно не только сузить, но и немного расширить. Расширить диапазон сервы до 120% процентов можно без проблем. Дальше – на свой страх и риск.Триммирование – установка сервоприводов в определенное начальное положение, которое приведет исполнительный механизм в нулевое положение.
Триммирование всегда приходиться делать, чтобы нивелировать механические погрешности при сборке конечного изделия.

 

 

ВЫВОДЫ

Данная курсовая работа наглядно показывает состав и принципы работы робототехнической системы. Показаны основные элементы важные для работы. Рассказано о том за счет чего система работает.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

1 ТЕОЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОТЫ МАНИПУЛЯТОРОМ РОБОТОТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ…………………………………………4

2 ИЗУЧЕНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ РАБОТЫ РОБОТОТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ 6

2.1 ПЛАТА КОНТРОЛЕРА ARDUINO MEGA 2560. 6

2.2 CЕРВОДРАЙВЕР PCA9685. 17

3 ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНАЯ МОДУЛЯЦИЯ.. 19

4 ВЫВОДЫ.. 20

5 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.. 21

 

 

Цель работы: В рамках научных исследований, направленных на развитие прикладной робототехники в ВКС разработан макет роботизированной платформы манипулятора. Для исследования местности роботизированная платформа использует драйвер сервоприводов PCA9685.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОТЫ МАНИПУЛЯТОРОМ РОБОТОТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Человек всегда стремился облегчить себе жизнь. В повседневной жизни, в учебе, в работе и производстве. С развитием науки появилась робототехника, прежде всего промышленная. Активное внедрение роботов в промышленность позволило практически исключить участие человека в производственных процессах. Это позволяло резко снизить трудоемкость процесса и освободить человека от монотонных и вредных условий труда. И в наше время использование роботов далеко не ограничивается лишь производственными циклами. Существует множество ситуаций, в которых применение роботизированных систем является более предпочтительным, чем труд человека. К ним можно отнести ликвидацию различных техногенных катастроф, где повышенный радиационный фон исключает возможность работы человека. Сюда же относят работу с токсичными веществами, подводные работы на большой глубине. Не стоит забывать и о космическом применении роботов для исследования удаленных небесных тел, длительных полетов. Также, в наше время роботы нашли свое применение в антитеррористической деятельности – осмотр и разминирование подозрительных объектов выполняется роботом, не подвергая риску жизнь человека. Иными словами, сфера применения роботизированных систем очень велика. Это требует от системы управления роботом выполнения сложного комплекса задач:

· управление движением - обеспечение движения робота в целом, контроль работы отдельных механизмов и приборов;

· навигация - определение местоположения робота в пространстве (вычисление текущих абсолютных координат);

· планирование движения - задание маршрута движения и необходимых маневров робота, коррекция траектории движения и контроля точности выполнения движения;

· поддержание связи – поддержание канала связи между бортовыми компьютерами и стационарными управляющими компьютерами, установленными на определенном удалении от робота;

· обеспечение технического зрения - распознавание различных объектов на пути следования робота, в том числе преодолимых и непреодолимых препятствий;

Следует помнить, что при аппаратной реализации системы управления необходимо добиваться быстродействия, необходимого для решения поставленных задач в реальном времени, с одной стороны, и стремиться к надежной, компактной, экономной в потреблении энергии системе, с другой стороны. В рамках предложенного курсового проекта предлагается разработать программный комплекс для манипулятора робототехнической системы. Моей частью работы при проектировании данного манипулятора робототехнической системы является создание системы управления 5-тистепенным манипулятором. На пути движения робота могут быть различные преграды. Преодоление части преград осуществляется при помощи шасси, часть преград можно устранить при помощи установленного на роботе манипулятора. Также манипулятор может применяться для проведения различных исследовательских процессов.

Назначение и цели создания системы

Данную систему можно использовать для управления манипуляторами в робототехнике в разных областях, где необходимо обеспечить подобные манипуляции (радиационные условия, антитеррористические акции). Объекты управления: приводы управления звеньев манипулятора. Цели создания системы. Целью курсового проекта по созданию системы является приобретение навыков разработки конструкторской документации на конкурентно способное изделие, реализация которого ориентирована на рынок.

Характеристика объекта управления

Система должна обеспечивать управление положением «руки» робота в ручном управлении или программном режиме. Команды и данные, принятые от пульта оператора поступают на формирователь протокола обмена, где происходит проверка принятой информации на наличие ошибок, дешифрация команд и выделение из принятого пакета данных. Это же устройство должно формировать ответный пакет с данными, полученными от датчиков электромеханической системы. Наиболее рационально реализовать такое устройство программно. Далее блок управления принимает решение о возможности выполнения принятых команд на основе информации о текущем состоянии электромеханической системы.

Также он предоставляет данные о текущем состоянии манипулятора для формирователя протокола обмена которыми он заполняет ответный пакет данных для пульта оператора. Контуры управления двигателями предназначены для создания заданного момента на двигателях при помощи усилителей, а управление усилителями происходит с помощью блока широтно-импульсной модуляции.

Обратная связь реализована через систему очувствления, включающую в себя датчики и преобразователи сигнала. Основные контура управления замкнуты на пульт оператора через формирователь протокола обмена, а дополнительные контуры управления по скорости на основании, плече и локте замкнуты на блок управления, который и рассчитывает необходимые управляющие воздействия.