Система управления учебным роботизированным комплексом — RobotIcs

В данной работе рассматривается реализация проекта создания системы для управления учебным роботизированным комплексом (УРТК) на основе операционной системы реального времени QNX Neutrino 6.3 в рамках образовательной программы „QNX для вузов".

Средства автоматизации инженерного труда определяют практику проектирования систем управления. Каждый из взаимосвязанных этапов процесса проектирования — от идентификации систем, анализа данных, создания и упрощения модели, проектирования систем управления и их моделирования — может быть выполнен более эффективно при наличии хороших программных средств. Обеспечение высоких характеристик постоянно усложняющихся систем, будь это производственная линия, космический корабль, роботизированный комплекс, жесткий диск персонального компьютера, требует использования мощной технологии автоматизированного проектирования.

Базовой составляющей современного программного обеспечения, обеспечивающего качественный процесс проектирования, являются операционные системы. В силу таких показателей, как надежность, качество, время реакции на происходящее событие, операционные системы реального времени получили, главным образом, применение в управлении сложными техническими объектами.

В рамках некоммерческой образовательной программы „QNX для вузов" реализуемой компанией SWD Software, официальным дистрибьютором QNX в России и на территории стран бывшего СССР, сотрудниками Ковровской государственной технологической академии им. В.А. Дегтярева разработана система управления учебным роботизированным комплексом (УРТК). Структурная схема системы управления движениями УРТК показана на рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема системы управления УРТК

Рис. 1. Структурная схема системы управления УРТК

УРТК включает в себя манипулятор М с поступательными степенями подвижности по координатам Х, Y, Z и вращательной степенью подвижности W вокруг оси Z (ось вертикального перемещения). Привод каждой из линейных координат состоит из двигателя постоянного тока, редуктора и винтового механизма преобразования вращательного движения в поступательное. В приводе координаты W используется передача гибкой связью. Импульсы датчика создаются вращением модулятора светового потока, расположенного на валу винтовой пары. ЭВМ осуществляет подсчет импульсов поступивших от датчика с момента начала движения, что позволяет с высокой точностью определить текущее положение каретки манипулятора.

Для координат X, Y, Z существуют герконовые датчики начального положения. Для координат W импульсные датчики перемещения отсутствуют, есть только герконовые датчики начального и конечного положения. Погрешность позиционирования УРТК достаточно велика — около 1 мм (теоретическая точность 0,1 мм). Внешний вид робота УРТК представлен на рис 2.

Рис. 2. Внешний вид робота УРТК

Рис. 2. Внешний вид робота УРТК

Основу модульных конструкций составляют унифицированные механические узлы:

• модуль прямолинейного движения;

• модуль вращательного движения;

• модуль главного движения;

• модуль захвата (горизонтального и вертикального типов);

• универсальный модуль удержания деталей и заготовок.

Мехатронные модули представляют собой приводы постоянного тока с датчиками положения и скорости, которые работают по принципу подсчета. Все степени подвижности оборудованы концевыми датчиками, которые позволяют производить установку в ноль и обеспечивают аварийную остановку.

Контроллер робота построен на основе программируемой микросхемы 580ВВ55 (рис. 3). Микросхема предназначена для организации обмена 8-ми битовыми данными и содержит три независимых регистра.

Рис. 3. Функциональная схема контроллера робота

Рис. 3. Функциональная схема контроллера робота

Управления УРТК осуществляется под управлением IBM PC через стандартный параллельный интерфейс типа „Centronix”. Программа RobotIcs разработана в среде управления Widget-пакетами Photon Application Builder (рис. 4). Структура графической системы Photon уникальна, потому что она построена согласно общим архитектурным концепциям QNX. Это обстоятельство делает графическую систему нетребовательной

к ресурсам и легко масштабируемой — от интерфейса встроенного или карманного мобильного устройства до полнофункционального WIMP-интерфейса. Таким образом, возможные сбои графической системы не оказывают влияния на работоспособность всей ОС и требуют только перезапуска отказавшего компонента.

Рис. 4. Архитектура Photon

Рис. 4. Архитектура Photon

Надежность графической оболочки Photon обеспечивает стабильность работы программы RobotIcs, что особенно важно для процесса управления механическими звеньями УРТК. Принцип работы Robotics заключается в следующем: изначально во внутренний механизм проекта RobotIcs заложены параметры манипулятора — его геометрические размеры в состоянии установки на ноль, т.е. срабатывания датчиков нулевого (исходного) положения по всем осям, параметры работы приводов и соответственного изменения геометрии. При запуске RobotIcs модулем связи формируется команда установки манипулятора в исходное положение, и после получения подтверждения система готова к работе. На экране дисплея возникает экранная форма, в которую встроены следующие операции (рис. 5):

• движение захвата вправо и влево (X move);

• движение захвата вперед и назад (Z move);

• движение захвата вверх и вниз (Y move);

• поворот сверла в вертикальной плоскости (W Rotate);

• поворот основания робота в горизонтальной плоскости (F Rotate).

Рис. 5. Интерфейс программы RobotIcs

Рис. 5. Интерфейс программы RobotIcs

С датчиков, контролирующих нужное перемещение, программой считывается текущее состояние и отображается в поле „Sensors”. Precise Move обеспечивает указание необходимой зоны перемещения УРТК по трем координатам, углу поворота в горизонтальной плоскости.

Заключение

В настоящее время планируется реализация для программы RobotIcs модуля распознавания образов, основанного на применении нейронных сетей, и графического модуля перемещения механизмов робота с помощью технологии OpenGL и SDL.

Дмитрий Викторович Багаев
— канд. техн. наук, доцент кафедры ПМ
и САПР Ковровской государственной
технологической академии им. В.А. Дегтярева.
Телефон (49232) 3 13 32.
E-mail: Dmitry_bag@mail.ru

Александр Сергеевич Ковалев
— студент кафедры Приборостроения
Ковровской государственной технологической
академии им. В.А. Дегтярева.
E-mail: still-born@list.ru

Александр Леонидович Симаков
— д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой Приборостроения Ковровской
государственной технологической академии
им. В.А. Дегтярева.
Телефон (49232) 23 20 99.
E-mail: alsimakov@mail.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *