Tallinna Tehnikaülikool NÄIDE - starspirals.net · Mõned käsud MELFA-BASIC 4 keelest....
Transcript of Tallinna Tehnikaülikool NÄIDE - starspirals.net · Mõned käsud MELFA-BASIC 4 keelest....
Tallinna Tehnikaülikool
Elektriajamite ja jõuelektroonika instituut
AAR0030 Sessejuhatus Robotitehnikasse
Kodutöö
Tööstusroboti Kinemaatika ja Juhtimine
Mitsubishi RV-3S
Koostanud: Sergei Astapov
092872
Juhendaja: Tõnu Lehtla
Tallinn 2010
NÄIDE
2
Sisukord
1. Roboti RV-3S Kirjeldus........................................................................................3
1.1. Manipulaatori kirjeldus..........................................................................3
1.2. Roboti Juhtmoodul ja Juhtpult...............................................................6
1.3. Roboti Tarkvara.....................................................................................8
1.4. Roboti Kasutusotstarve ja Kasutusega Seotud Tööriistad.....................9
2. Kinemaatika Otsene Ülesanne.............................................................................11
2.1. Roboti Kinemaatikaskeem....................................................................11
2.2. Kinemaatika Otsese Ülesande Lahendamine........................................12
3. Kinemaatika Pöördülesanne.................................................................................15
3.1. Ülesanne Püstitus..................................................................................15
3.2. Pöördülesande Lahendamine................................................................16
4. Roboti Manipulaatori Sirgjoonelise Liikumise Planeerimine.............................17
4.1. Ülesanne Püstitus ja Algandmed..........................................................17
4.2. Liikumise Planeerimine........................................................................17
4.3. Diagrammide Saamine.........................................................................19
5. Roboti Kahetasandiline Hierarhiline Juhtimine..................................................20
6. Manipulaatori Esimese Astme Mootori Vajalikku Võimsuse Hindamine..........23
6.1. Püstitus ja Algandmed..........................................................................23
6.2. Võimsuse Hindamine...........................................................................24
7. Kokkuvõte...........................................................................................................24
NÄIDE
3
1. Roboti Mitsubishi RV-3S Kirjeldus
1.1. Manipulaatori Kirjeldus RV-3S roboti 6 liikvusastmete manipulaator on esitatud Joonisel 1. Tegelikult RV-3S ja
RV-3SB näevad välja samasuguselt ja omavad samasugusi tehnilisi parameetreid. Ainus
vahe on see, et RV-3SB J4 ja J6 liigendid on varustatud piduritega. Sel põhjusel
manipulaatori tehniliste omaduste loetelus on esitatud RV-3SB parameetrid (Tabel 1).
Joonis 1. RV-3S välimus koos teljede spetifitseerimisega.
Tabelis 1 on esitatud manipulaatorite RV-3SB (mis meid huvitab), RV-3SBC (C
tähendab et töökeskkond peab olema küllalt puhas) ja RV-3SJB, RV-3SJBC. Viimased
kaks on 5 liikvusastmetega ja teiste välimusega ja tehniliste parameetritega.
Sellest tabelist võiks öelda, et manipulaator on suhteliselt väike ja kerge, väga kõrge
täpsusega ja on võimalik töötada ebasooduses reostatud keskkonnas. Lülide nurkkiirused
ja resulteeritav kiirus on kõrge. Selliselt RV-3S on võimalik teha kiired ja täpsed
liigutused. Kuid robot on võimalik opereerida kergete objektidega – maksimaalne
koormus on 3.5 kg.
Need ja teised märkused on tehtud et teha järeldusi roboti kasutusotstarve kohta peatükki
lõpus.
NÄID
E
4
Tabel 1. RV-3S tehniliste omaduste loetelu.
Roboti tööruum on esitatud Joonisel 2. Sellest joonisest on nähtav, et roboti tööruum on
suhteliselt kitsas. See tähendab et robot on mõeldud lokaliseeritud tööülesannete jaoks
või teiste robotitega tiheda koostöö jaoks.
Roboti servoajamite diagramm on esitatud Joonisel 14 (vt Peatükk 5). Iga lüli on
juhitatud oma servomootoriga otseselt või läbi hammasrihmülekande. NÄIDE
5
Joonis 2. RV-3S tööruum.
NÄIDE
6
1.2. Roboti Juhtmoodul ja Juhtpult
Roboti RV-3S standardseks juhtmooduliks on CR1B-571 (Joonis 3). See moodul on
juhtajami põhiline komponent, mis võimaldab sisselaaditud programmi täitmist. Kogu
jaama ehitus selles töös ei vaatle.
Joonis 3. CR1B-571 jujtmoodul koos nupude selgitustega.
Juhtmooduli paameetrid on esitatud Tabelis 2. Parameetritest on näha et tegemist on
tavapärase juhtkontrolleriga, varustatud RISC processoriga ja standardsete liidestega
andmevahetuseks nagu RS-422. Töökeskkonnaks on puhas ja kuiv ruum, mis tähendab et
manipulaator, mida on võimalik kasutada reostatud keskkonnas, peaks olema
juhtmoodulist isoleeritud.
Juhtpult on esitatud Joonisel 4.
NÄIDE
7
Tabel 2. CR1B-571 jujtmooduli parameetrid.
Joonis 4. Juhtpult.
NÄIDE
8
1.3. Roboti Tarkvara
Roboti juhtimiseks kasutatakse MELFA-BASIC 4 või MOVEMASTER COMMAND
programmeerimiskeelt, mis on nähtav Tabelist 2. Tabelis 3 on esitatud mõned
positsioonide ja liigutuste käsud MELFA-BASIC 4 keelest.
Tabel 3. Mõned käsud MELFA-BASIC 4 keelest.
Nendesuguseid käskusid on võimalik kirjutada juhtpuldist, või
programmeerimiskeskkonnast nagu Cosimir või CIROS. Need
programmeerimiskeskkonnad võimaldavad ka virtuaalse roboti mudeli peal programmi
katsetada enne realse seadme soetamist.
NÄIDE
9
1.4. Roboti Kasutusotstarve ja Kasutusega Seotud Tööriistad
RV-3S seeria robotitel on uus ja täiustatud disain erinevate automaatikalahenduste
täideviimiseks. Robotite IP65 kaitseaste lubab neid kasutada mitte ainult masina juures,
vaid suisa nende sees, see tähendab et selliseid roboteid saab kasutada lõikepinkides, kus
on palju lahtist lõikevedelikku (roboti niiskusele vastandlikkuse näide Joonisel 5). Roboti
kitse tööruum lubab kasutada neid masinate sees ohutult ja võimaldab tugevat robotite
koostööd. Ohutuse tagamiseks on kogu juhtmestik ja suruõhuvoolikute süsteem viidud
roboti sissemusse. Nagu oli öeldud, kõrge töökiirus (5.3 m/s) ja tagatud täpsus 0.02 mm,
muudavad roboti ja tehnoloogilise protsessi kiiremaks, samal ajal kaotamata täpsuses.
Robot võib olla varastatud 7 liikvusastega kasutades liikumisrada, nagu Rixan
RD200805.
Joonis 4. RV-3S niiskusele vastandlikkuse näide.
Roboti madala lubatava massi last ei võimalda seda kanda raskeid objekti. Tüüpilised
ülesanded robotitele on mõõtmiste tegemine, kvaliteedi kontroll, puhastamine, toodete
kokkupanek, silendamis- puurimis- ja treimistööd ja teised tööd, mis nõuavad kõrget
täpsust.
Erinevate tööriistade näidised on esitatud Joonistel 5 - 8.
Joonis 5. Laaser vibromeeter (vasakul), tempetaturi ja vibratsiooni andur (paremal).
NÄIDE
10
Joonis 6. Erinevad puhastamis- ja silendamistööriistad.
Joonis 7. Puurimistööriistad.
Joonis 8. Erinevad haaratsid.
NÄIDE
11
Joonisel 9 on esitatud kvaliteedi kontrolli jaam, mis rakendab RV-3S roboti (vt Joonis 1),
tema juhtimiskontrolleri (vt Joonis 3), mis on pantud kaitsmiskastisse ja mingisuguse
SCADA süsteemi. Siin on hästi nähtav, et kogu roboti ajam ei hõiva palju ruumi, ja et
robot on võimas selles kitsas tööruumis töötada. Manipulaatori tööristina on mingisugune
mõõtmisinstrument.
Joonis 9. RV-3S rakendus kvaliteedi kontrolli jaamas.
2. Kinemaatika Otsene Ülesanne
2.1. Roboti Kinemaatikaskeem Et lahendada roboti kinemaatika otsese ülesande, kinemaatikaskeem peaks esiteks olema
valitud.
Et tagada Joonisel 1 esitatud roboti spetsifikatsiooni järgi defineeritud pöörlemiste
suunad, järgmine kinemaatikaskeem on valitud (Joonis 10). Baaskordinaadistik on
valitud manipulaatori aluse allosas, et arvestused oleksid põranda suhtes. Niimodi ohutus
on paremalt tagatud. Kuna kinemaatikaülesande nõue on kasutada vähemalt 4 esimest
ahelat, J4 ja J5 ei kasuta (vt Joonis 1).
NÄIDE
12
Joonis 10. RV-3S roboti kinemaatikaskeem.
h1 = 220 mm
h2 = 130 mm
b1 = 95 mm
l1 = 245 mm
h4 = 135 mm
b2 = 355 mm
b nihet kordinaadistikust 1 kordinadistiku 2 moodustavad nihed b1 ja h1
l2 nihet kordinaadistikust 3 kordinadistiku 4 moodustavad nihed b2 ja h4
2.2. Kinemaatika Otsese Ülesande Lahendamine Otsese ülesande lahendamiseks võtan manipulaatori pöördenurgad järgmiselt:
a1 = 40° a2 = -20° a3 = 50° a4 = 150°
Nende pöördenurkade ja roboti mõõtmetega Peatükkist 2.1. hakkan arvutama
teisendusmaatriksid. Arvutused toimuvad arvutuskeskkonnas Maple 13.0.
Teisendusmaatriks T0
1:
Teisendusmaatriksi koostamisel arvestan järgnevate tingimustega:
Teljestik 1 on nihutatud teljestiku 0 suhtes h1 võrra z-teljel.
Teljestik 1 on pööratud teljestiku 0 suhtes ümber z-telje nurga a1 võrra.
x0 y0
z0
x1 y1
z1
x2
y2
z2
x3
y3
z3
x4
y4
z4
h1
h2
b1
l1
b
b2
h4
l2
x0 y0
z0
x1 y1
z1
x2
y2 z2
z3
x3
y3
z4
y4
x4
a1
a2
a3
a4
NÄIDE
13
Seega teisendusmaatriks on
Teisendusmaatriks T12 :
Teisendusmaatriksi koostamisel arvestan järgnevate tingimustega:
Teljestik 2 on nihutatud teljestiku 1 suhtes b1 võrra x-teljel ja h2 võrra z-teljel.
Teljestik 2 on pööratud teljestiku 1 suhtes ümber x-telje -90 kraadi võrra, seejärel
ümber z-telje -90 kraadi võrra ning z-telje nurga a2 võrra.
Seega teisendusmaatriksi sisalduv rotatsioonimaatriks on
=
Seega teisendusmaatriks on
Teisendusmaatriks T2
3 :
Teisendusmaatriksi koostamisel arvestan järgnevate tingimustega:
Teljestik 3 on nihutatud teljestiku 2 suhtes l1 võrra x-teljel.
Teljestik 3 on pööratud teljestiku 2 suhtes ümber z-telje nurga a3 võrra.
Seega teisendusmaatriks on
Teisendusmaatriks T3
4:
Teisendusmaatriksi koostamisel arvestan järgnevate tingimustega:
Teljestik 4 on nihutatud teljestiku 3 suhtes h4 võrra x-teljel ja b2 võrra y-teljel.
Teljestik 4 on pööratud teljestiku 3 suhtes ümber x-telje -90 kraadi võrra, seejärel
z-telje -90 kraadi võrra ning z-telje nurga a4 võrra.
Seega teisendusmaatriksi sisalduv rotatsioonimaatriks on
=
NÄIDE
14
Seega teisendusmaatriks on
Üldistatud teisendusmaatriks T0
4:
Tulemusena on maatriks, mis on liiga suur et olla esitatud tervena. Selle pärast see on
esutatud veerude kaupa.
T04 esimene veerg:
T04 teine veerg:
T04 kolmas veerg:
T04 neljas veerg:
Nüüd sisestades roboti mõõtmeid ja valitud pöördenurgasid
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
NÄIDE
15
Saame teisendusmaatriksi numbrelisel kujul:
=
Punkti projektsioon null-kordinaadistiku on selliselt leitud
x = T04[1,4] = 295.80 mm, y = T04[2,4] = 248.22 mm, z = T04[3,4] = 519.62 mm
Seega vastuseks on vektor [295.80; 248.22; 519.62] mm.
Et veenduda vastuse õiguses, arvutame saadud teisendusmatriksi teiste nurkade korral.
a1 = 0° a2 = 0° a3 = 0° a4 = 0° korral: =
a1 = 30° a2 = 0° a3 = 0° a4 = 0° korral: =
a1 = 0° a2 = 30° a3 = 0° a4 = 0° korral: =
a1 = 0° a2 = 0° a3 = 30° a4 = 0° korral: =
a1 = 0° a2 = 0° a3 = 30° a4 = 50° korral: =
Vastused paistvad välja loogilisteks: null punkti projektsioon vastab roboti mõõtmetele,
J1 liikumine ei muuda z-telje projektsiooni, J2 ja J3 liikumine ei muuda y-telje
projektsiooni, J6 pööramine ei muuda mitte ühtegi telje projektsiooni (sest punkt asub
ümmarguse tööriista liidese keskpunktis).
3. Kinemaatika Pöördülesanne
3.1. Ülesanne Püstitus Ülesandeks on leida manipulaatori pöördenurgad tööriista asendi järgi. Kuna on
selgitatud, et J6 pöördenurk ei mõjuta telgede projektsioonile (vt Peatükk 2.2.), tuleb
leida a1, a2 ja a3 nurgad. Pöördülesande lahendeid võib olla mitu, et saada ühe vastuse,
tuleb määrata manipulaatori poos.
Tööriista kordinaatideks null-kordinaadistiku projektsioonina võtan Peatükkis 2 leitud
kordinaadid x = 295.80 mm, y = 248.22 mm, z = 519.62 mm.
NÄIDE
16
3.2. Pöördülesande Lahendamine Ülesande lahendamise meetodiks võtan geomeetrilise meetodi, kuna selles püstituses
ülesanne saaks lahendada kolmnurkade lahendamisega.
Manipulaatori poos ja resulteeruvate kolmnurkade parameetrid on esitatud Joonisel 11.
Joonis 11. Manipulaatori poos ja resulteeruvad kolmnurgad.
Nurga a1 leidmine:
0.408.295
22.248arctanarctan1
e
e
x
ya
Nurga a2 leidmine:
Nurk a2 on leitav järgmisel viisil: 902a
Et leida α ja β esiteks leiame d: 2
21
2
1 )()'( hhzbxd e kus
][149.38622.24880.295' 2222mmyxx ee
][955.336)13022062.519()95149.386()()'( 222
21
2
1 mmhhzbxd e
Nurga α leiame koosinusteoreemi järgi:
dl
ldldldll
1
2
2
22
11
22
1
2
22
arccos)cos(2
Kus l2 on: ][803.379355135 222
2
2
42 mmbhl
81.79955.3362452
803.379955.336245arccos
2arccos
222
1
2
2
22
1
dl
ldl
x0
y0
z0
J1
J2
J3
J6
a1
xe
ye
z0
h1
b1
J1
h2 J2
J3
J6
l1 l2
b2
h4
d
-a2
a3
ze
ze
α β
x’
x’
γ
δ
x3’
NÄIDE
17
24.30955.336
13022062.519arcsinarcsin 21
d
hhze
Seega a2 on: 2005.2005.209024.3081.7990 22 aa
Nurga a3 leidmine:
Nurk a3 on leitav järgmisel viisil: 1803a
Esiteks leiame γ koosinusteoreemi järgi:
)cos(2 21
2
2
2
1
2 lllld
85.60803.3792452
955.336803.379245arccos
2arccos
222
21
22
2
2
1
ll
dll
δ on leitav kolmnurgast 422 hbl (vt Joonised 10 ja 11):
21.69355
135cotcot
2
4 arcb
harc
Seega a3 on: 5094.4921.6985.601801803a
Vastuseks on sellised pöördenurgad: a1 = 40° a2 = -20° a3 = 50°, mis olid otsese ülesande
algandmeteks. Kuna otsese ülesande lahenduse järgi on saadud selle ülesande algandmed,
võiks öelda et pöördülesanne on tehtud korrektselt.
4. Roboti Manipulaatori Sirgjoonelise Liikumise Planeerimine
4.1. Ülesanne Püstitus ja Algandmed Ülesandeks on planeerida manipulaatori sirgjoonelist liikumist kolmemõõtmelises
ristkordinaadistikus punktist A punkti B. Punktid peavad asuma roboti tööruumis,
nendevaheline siirgjooneline liikumine peab olema võimalik ning realiseeritav roboti käe
liikumise kiiruse ja kiirenduse piirangute arvestades.
Alganmeteks võtan:
Punkt A: roboti null-punkt, ehk punkt, kus kõikide lülide pöördenurgad on nullid (vt
Peatükk 2.2.):
a1 = 0°, a2 = 0°, a3 = 0°, a4 = 0°, x = 450 mm, y = 0 mm, z = 730 mm.
Punkt B: otsese kinemaatikaülesande punkt:
a1 = 40°, a2 = -20°, a3 = 50°, a4 = 150°, x = 295.80 mm, y = 248.22 mm, z = 519.62 mm.
Nende punktide vahel on sirgjooneline liikumine võimalik.
4.2. Liikumise Planeerimine Punktide A ja B vaheline kaugus:
][07.360)73062.519()022.248()45080.295(
)()()(
222
222
mm
zzyyxxs ABABAB
Maksimaalne roboti kiirus on 5500 mm/s.
NÄIDE
18
Maksimaalsed liigendite nurkkiirused on määratud Tabelis 1 ja on toodud allpool:
J1 maksimaalne nurkkiirus ω1 = 250 deg/s
J2 maksimaalne nurkkiirus ω2 = 187 deg/s
J3 maksimaalne nurkkiirus ω3 = 250 deg/s
J6 maksimaalne nurkkiirus ω4 = 660 deg/s
Et liikumise protsess oleks realiseeritav, peab teekonna läbimise aeg olema suurem kui
kõige aeglasema liigendi liikumise aeg.
saa
t AB 16.0250
40
1
111 s
aat AB 11.0
187
20
2
222
saa
t AB 2.0250
50
3
33
3 saa
t AB 23.0660
150
4
444
Selliselt võtan liikumise protsessi kestuseks 3 sekundit – seda hästi piisab lülide
pööramiseks ja samuti on kergem arvutada. Kogu protsess on jagatud 3 etapiks iga
kestusega 1 sekund, niimodi kiirusdiagramm näeb välja nagu võrdhaarne trapets
(Joonis 12).
Joonis 12. Printsipiaalne kiirusdiagramm.
0-1 sekundi jooksil toimub kiirendamine; 1-2 sekundi jooksul ühtlane liikumine; 2-3
sekundi jooksul toimub pidurdamine.
Asendi, kiiruse, ja kiirenduse valemid on järgmised:
2
12
01
2
2
2)(
2)(
)(
cta
ctctv
ctctcts
Märkame ka seda, et läbitud teekonna pikkus on võrdne trapetsi pindalaga.
Vahemik 0-1 s:
s(0) = 0 → c01 = 0
v(0) = 0 → c11 = 0
s(1) = c21t2 =
4trS
= 360.07 / 4 = 90.02 mm
v(1) = 2c21t = 2c21 = 2
trS= 360.07 / 2 = 180.04 mm/s
a(0-1) = 2c21 = 180.04 mm/s2
c21 = 90.02
S/4 S/4
S/4
S/4
v (mm/s)
t (s) 1 s 1 s 1 s
NÄIDE
19
Võrrandid esimesele lõigule:
04.180)(
04.180)(
02.90)( 2
ta
ttv
tts
Vahemik 1-2 s:
v = const, a = 0 → c22 = 0
v(1-2) = c12 = 2
trS= 360.07 / 2 = 180.04 mm/s
s(2) = c02 + c12t = trS
43 = 07.360
43 = 270.05 mm
c02 = tS
S trtr 24
3 = trtr SS
43 =
4trS
= -90.02
Võrrandid teisele lõigule:
0)(
04.180)(
02.9004.180)(
ta
tv
tts
Vahemik 2-3 s:
s(2) = trS
43 s(3) = S v(2) =
2trS
v(3) = 0
a(2-3) = 2c23 = - a(1-2) = -180.04 mm/s2
c23 = -180.04 / 2 = -90.02
c13 = -2 c23t = trS
23 = 07.360
23 = 540.11
c03 = trS
45 = -450.09
Võrrandid kolmandale lõigule:
04.180)(
11.54004.180)(
09.45011.54002.90)( 2
ta
ttv
ttts
4.3. Diagrammide Saamine Asendi, kiiruse, ja kiirenduse diagrammide saamiseks kasutan MATLAB
arvutuskeskkonda. On kirjutatud lihtne skript, mis teeb jooniseid:
t = 0:0.01:3; for i = 1:101 s(i) = 90.02 * t(i)^2; v(i) = 180.04 * t(i); a(i) = 180.04; end for i = 102:201 s(i) = 180.04 * t(i) - 90.02; v(i) = 180.04; a(i) = 0; end for i = 202:301 s(i) = -90.02 * t(i)^2 + 540.11 * t(i) - 450.09; v(i) = -180.04 * t(i) + 540.11; a(i) = -180.04; end subplot(3,1,1); plot(t,s) subplot(3,1,2); plot(t,v) subplot(3,1,3); plot(t,a)
NÄIDE
20
Selle skripti abil on loodud järgmised diagrammid (vt Joonis 13).
Joonis 13. Asendi kiiruse ja kiirenduse diagrammid.
5. Roboti Kahetasandiline Hierarhiline Juhtimine
Hierarhiat loetakse süsteemi keerukuse tunnuseks. Teatud keerukusest alates ei suuda üks
keskjuhtseade enam kõiki juhtimisfunktsioone rahuldavalt täita. Siis võetakse
üheraalijuhtseadmete asemel kasutusele mitmeraalijuhtseadmed ning hierarhilise
juhtimise põhimõte. Kogu juhtimissüsteem muutub sel juhul mitmetasandiliseks.
Juhtimisfunktsioonid jaotatakse eri tasandite vahel: alumine tasand täidab suhteliselt
lihtsaid, kuid kiiret reageerimist nõudvaid ülesandeid, ülemised aga keerukamaid,
üldisema iseloomuga ülesandeid. Kahetasandilise süsteemi korral nimetatakse eri
tasanditel toimuvat juhtimist vastavalt lokaalseks ja keskjuhtimiseks. Roboti puhul
juhitakse lokaalsel tasandil manipulaatori ajameid, kusjuures iga ajamit juhib eraldi
juhtplokk. Keskjuhtimine on ette nähtud manipulaatori lülide liikumise
kooskõlastamiseks ning roboti tööprotsessi korraldamiseks.
Mitmeraalijuhtseadmetes jaguneb ka tarkvara eri juhtimistasandite vahel. Seejuures
moodustab tarkvara riistvarast sõltumatu hierarhilise süsteemi, mis täiendab kogu
juhtimissüsteemi uute tasanditega. Näiteks võib tarkvara abil lisaks programmjuhtimisele
luua adaptiivjuhtimise või tehisintellekti tasandid, mille ülesandeks on programmide
automaatne muutmine või uute programmide koostamine (T. Lehtla, 1994).
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 30
100
200
300
400
mm
s(t)
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 30
50
100
150
200
mm
/s
v(t)
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3-200
-100
0
100
200
aeg [t]
mm
/s2
a(t)
NÄIDE
21
RV-3S roboti puhul on ka juhtimine jagatud lokaal- ja keskjuhtimise tasanditeks.
Vaatame üle roboti ajamite diagrammi (Joonis 14). Iga ajami ehk servoajami kontrollib
oma mikrokontroller, mis saab infot kõrgest juhtimise tasandist.
Joonis 14. RV-3S ajamite diagramm.
Iga ajam on lokaaltasandil juhitud individuaalselt, ja kuna tarnija täpse juhtimisskeemi
välja ei andnud, kujutame ette, et lokaaljuhtimise plokki skeem on selline (vt Joonis 15).
Tõeline skeem ei saa kõvasti erinema.
Joonis 15. Servoajami plokkskeem.
NÄIDE
22
Juhtimise mikrokontroller võtab vastu käsud kõrgema tasandi seadmetest ja rakendab
juhtimist lokaaltasandil ehk aktiveerib lüli liikumise õiges suunas ja õige kiiruse ja
kiirendusega.
Keskjuhtimise ülesanded on põhiliselt kinemaatikaülesanded ja liikumise planeerimine.
Tavaline keskjuhtimine toimub järgmise algoritmi järgi (vt Joonis 16).
Joonis 16. Keskjuhtimise algoritm.
Näiteks sisestades juhtpuldist, või arenduskeskkonnast arvutis sellise programmi (vt
Tabel 3), mis liigub haaratsi punktisse P1, siis horisontaalselt alla, paneb haarats kinni ja
vertikaalselt üles tagasi:
100 MOV P1, -40
110 MVS P1
120 HCLOSE 1
130 MVS ,-40
Moodustada sellest koodist lülide pöördenurgad, nurkkiirused ja planeerida liikumist on
keskjuhtimise ülesanne. Tulemuseks on ajamitele sisendandmed, mis nad töödeldavad ise
lokaalse juhtimise tasandil ja aktiveerivad servomootorit.
NÄIDE
23
RV-3S keskjuhtimise võimalused on piisavalt võimsad, et rakendada adaptiivset juhtimist
mis on tarnijal nimetatud Operational Tolerance. Haarats võib oma tööpunktid
reguleerida sõltuvalt välisjõude mõjudest. See garanteerib suurepärast positsioneerimise
täpsust.
6. Manipulaatori Esimese Astme Mootori Vajalikku Võimsuse
Hindamine
6.1. Püstitus ja Algandmed Et hinnata esimese astme mootori vajalikku võimsuse, paneme manipulaatori sellisesse
asendisse, millisel roboti käe ja maksimalse last (3.5 kg) mass tekitab mootorile suurima
inertsmomendi. Selles asendis on roboti käsi maksimaalselt horisontaalselt sirgeks teinud.
Lihtne printsiopiaalne joonistus sellest asendist ja mõõtmed on esitatud Joonisel 17.
Joonis 17. Maksimalse horisontalselt sirgeks teinud manipulaatori asend.
Joonisest 10 võtan mõõtmed: r1 = 95 mm, r11 = 245 mm, r12 = 355 mm. Maksimaalne
r13 approksimeerime roboti manuaalist, kus on öeldud, et väikese ruumalaga objektide
korral nende massi tsenter on arvatavasti 70mm J6 lülist, selliselt võtame r13 = 70 mm.
Massid võtame punktmassideks lülide kohadel, sest seal asuvad rasked servomootorid.
Tarnija ei andnud välja manipulaatori osade massid, approksimeekime neid ise: kogu käsi
kaalub 37 kg, eeldame et baas kaalub rohkem, kui 1/3, näiteks 15 kg. m1 on ilmselt
raskem, kui m2, sest selles osas on suuremad mootorid. Võtame m1 = 12 kg, m2 = 10 kg.
m3 on maksimaalne lubatud last ja on m3 = 3.5 kg.
Seega:
r1 = 95 mm, r2 = 95 + 245 = 340 mm, r3 = 95 + 245 + 355 + 70 = 765
m1 = 12 kg, m2 = 10 kg, m3 = 3.5 kg
m1 m2
m3
r1
r2
r11 r12 r13
r3
NÄIDE
24
6.2. Võimsuse Hindamine
Lüli maksimaalne nurkkiirendus t
a 1max , oletame et lüli saavutab maksimaalse
nurkkiiruse 0.5 sekundiga, siis 22
1max 726.8
deg500
5.0 s
rad
sa
Esimese liikuva osa inertsmoment 2
111 rmI
Teise liikuva osa inertsmoment 2
222 rmI
Kolmanda liikuva osa inertsmoment 2
333 rmI
Esimese liikuva osa moment max11 aIT
Teise liikuva osa moment max22 aIT
Kolmanda liikuva osa moment max33 aIT
Resulteeruv moment 321 TTTT
Mootori võimsus 1TP
Pandes need valemik kokku, saame:
)(2
33
2
22
2
11max1 rmrmrmaP
Pandes sisse ülesande algandmed, saame
WP 12.126)765.05.334.010095.012(726.8363.4 222
Võib öelda, et esimese astme mootori vajalik võimsus on 130 W, kuid arvutused olid
liiga lihtsustatud ja selle pärast vajalik võimsus võiks olla kõrgem. Põhjuseks on see
asjaolu, et m2 on tegelikult hajutatud m2 ja m3 vahel, sest selles manipulaatori osas
asuvad J5 ja J6 mootorid. Näiteks kui jagada m2 pooleks m2 ja m3 vahel, saame
WP 51.215765.02
105.334.0
2
1010095.012726.8363.4 222
Täpsama vastuse saamiseks peaks võtma rohkem punktmasse või arvutada
inertsmomendi integreerimise rakendamisega.
Kare hinnangu andmisel võiks öelda, et vajalik võimsus on vahemikus 130 – 220 W,
võtame keskmist – P = 175 W.
7. Kokkuvõte
Selles töös tutvusin Mitsubishi RV-3S robotiga, selle ehituse ja võimalustega. Olid tehtud
selle roboti jaoks otsene ja pöörd- kinemaatika ülesanded, sirgjoonelise liikumise
planeerimine ja esimese astme mootori võimsuse hindamine, samuti oli läbi vaadatud
kaheastmeline hierarhiline juhtimine. Kõik tulemused paistvad välja selle roboti jaoks
sobivateks.
Töö käigus tekkis mul, kui automaatikul, huvi reaalsete keskjuhtimise algoritmide vastu.
Kavatsen neid sügavamalt uurida ja võiks olla oma magistritöö nendega seotada.
NÄIDE