Національний ТУ «Дніпровська політехніка» — відповідність Часу

Експерименту з віддаленим керуванням «Robot Arm»

Кінематичний аналіз робота 6DoIt Mobile Robot Arm (6DMRA)

Мотивація:

Метою створення лабораторного стенду з віддаленим керуванням «Robot Arm», є реалізація можливості дослідження кінематики руху робота маніпулятора на прикладі зменшеної версії промислового роботу з 6 ступенями свободи - 6DOF DoIt Mobile Robot Arm (DMRA), в задачах мехатроніки. З можливістю оцінки перехідних процесів, що виникають у безщіткових двигунах постійного струму.

Головною задачею проекту – є реалізація віддаленого керування засобами Web-інтерфейсу для виконання лабораторних робіт в рамках дисципліни «Мехатронні комплекси та системи» для студентів 5 та 6 курсів. Даний стенд є частиною вже існуючих лабораторних стендів з віддаленим доступом, що були створені в рамках проекту Laboratories Across Borders (LAB) у співпраці між університетом «Reutlingen University», Germany та Dnipro University of Technology, Ukraine.

Lab4All company

Лабораторні роботи, які були розроблені в рамках цього проекту присвячені наступним питанням:

  1. Виконанню кінематичного аналізу DMRA (рис.1).
  2. Вирішенню прямої задачі кінематики за допомогою метода Денавіта-Хартенберга.
  3. Прив’язці систем координат до зчленувань маніпулятора.
  4. Визначенню параметрів ланок і зчленувань.
  5. Побудові однорідних матриць перетворення.
  6. Вирішенню зворотної задачі кінематики.
  7. Розрахуноку координат (xi,yi,zi) кожної ланки.

Кінематична схема робота DMRA
Рис. 1. Кінематична схема робота DMRA

Посилання на сторінку експерименту:

Robot Arm

Методичні вказівки:

«Вивчення конструкції, параметрів та кінематичної схеми робота 6DoIt Mobile Robot Arm (6DMRA)»

«Кінематичний аналіз робота 6DoIt Mobile Robot Arm (6DMRA)»

«Кінематичний аналіз робота DMRA: зворотна задача кінематики»

Будова стенду

Лабораторну установку «Robot Arm» представлено на рис.3. Вона представляє собою зменшену версію промислового роботу 6DOF DoIt Mobile Robot Arm з 6 ступенями свободи. Рухливі ланки кінематичних пар робота приводяться у рух сервоприводами на базі безщіткового двигуна постійного струму моделі DS3218 (рис.2).


Севропривод DS3218
Рис.2 Севропривод DS3218

Двигуни з позначеннями М1-М7 розташовані на позиціях, показаних на рис.3. Крім серводвигунів на стенді розташовані інші елементи системи живлення і керування роботом. Відомості про які наведено нижче.


Загальний вид лабораторної установки «Robot Arm»
Рис.3 Загальний вид лабораторної установки «Robot Arm»

Стенд складається з наступних компонентів:


А1 – Перший з двох контролерів Arduino Uno, який призначений для керування серводвигунами стенду «Robot Arm» (М1-М7).
А2 – Додаткова плата розширення Servo Shield Board, що має роз'єми для підключення серводвигунів, інтерфейс для підключення до Arduino Uno, а також логіку керування, яка дозволяє легко програмувати та керувати кожним серводвигуном окремо.
А3 – Power Supply представляє собою електронний блок живлення, який забезпечує енергією всі елементи схеми.
А4 – Другий з двох контролерів Arduino Uno, який призначений для опитування давачів стенду «Robot Arm».
А5, A6, A7 – Модуль давача MPU-6050, що поєднує функції акселерометра і гіроскопа в одному корпусі з 6-координатним (6DOF).
A8 – Модуль TCA9548A представляє собою мультиплексор або комутатор для I2C (Inter-Integrated Circuit) шини. Він дозволяє розширити кількість під’єднаних пристроїв з 1 до 8, що одночасно приєднуються та передають дані по I2C через один з’єднувальний пін.
A9, A10, A11 – Модуль давача INA3221, який призначений для вимірювання напруги та струму в електричних ланцюгах окремо по трьох каналах.
R1 – Raspberry Pi 4, яка виконує роль сервера та здійснює комунікацію по COM порту з системою керування стенду - Arduino Uno (A1-A4).

Принцип роботи системи керування:

Принцип роботи системи керування стендом розглянемо на прикладі його функціональної схеми (рис.4).


Функціональна схема стенду «Robot Arm»
Рис.4 Функціональна схема стенду «Robot Arm»

Формування керуючого впливу на стенд «Robot Arm» відбувається шляхом завдання відповідних параметрів за допомогою віддалено Web-інтерфейсу керування. Даний інтерфейс реалізовано на базі платформи Raspberry Pi 4 (R1), яка виконує роль сервера. Інтерфейс представляє з себе Web-сторінку, доступ до якої можна отримати віддалено за допомогою PC, планшета або смартфона користуючись більшістю сучасних Web браузерів. Керуючий вплив у вигляді пакету даних передається з Raspberry Pi 4 до однієї з системи керування стендом - Arduino Uno (A1) за допомогою COM порту, шляхом під’єднання по USB-type B. Після опрацювання отриманого пакету даних Arduino Uno (А1) формує завдання на кут повороту кожного з серводвигунів M1-M7 з метою зміни положення робо-руки маніпулятора у просторі.

Серводвигуни M1-M7 підключаються безпосередньо до одного з вихідних каналів встановленої на Arduino Uno (А1) - плати розширення Servo Shield Board (А2), яка містить необхідні компоненти і логіку для генерації PWM-сигналів (ШІМ - Широтно-імпульсної модуляції), потрібних для керування кутом повороту серводвигунів.

Живлення всіх складових частин схеми відбувається за допомогою блоку живлення Power Supply (A3).

До кожного з серводвигунів M1-M7 під’єднаний відповідний вимірювальний канал одного з трьох давачів INA3221 (A9, A10, A11) з метою вимірювання напруги та струму, що протікає через кожен з них.

З метою вимірювання прискорення та кутової швидкості досліджуваного об'єкта в просторі та визначення його координат (x0,y0,z0) використовуються три модулі давача MPU-6050 (А5, A6, A7). Модуль об'єднує в собі триосевий гіроскоп (для вимірювання кутової швидкості) та триосевий акселерометр (для вимірювання прискорення) – 6DOF.

Всі вказані давачі підключаються до другого з двох контролерів Arduino Uno (A4) за допомогою модуля мультиплексора для I2C (Inter-Integrated Circuit) шини TCA9548A (А8), який спрощує одночасну комунікацію великої кількості давачів на одній лінії I2C. Потік даних від давачів зчитуються у режимі реального часу за допомогою Arduino Uno (А4), яка формує їх у пакет даних, що передається до Raspberry Pi 4 за допомогою COM порту шляхом під’єднання по USB-type B. Отриманий потік даних відображається на Web сторінці засобами вбудованого на сторінку вікна перегляду графіків.

Хід виконання лабораторних роботи можна оцінити в режимі реального часу за допомогою IP камери, що встановлена на конструкції «Robot Arm».


Сервіси

Розклад

Соціальні мережі

Facebook
YouTube

Інформаційне партнерство

Прес-центр
Закон про вищу освіту
© 2006-2024 Інформація про сайт