Автоматизация процессов сортировки деталей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Одной из основных задач отечественного производства в настоящее время является разработка и выпуск конкурентоспособной продукции. Это особенно важно в связи с предстоящим вступлением России во Всемирную торговую организацию. Решение этой задачи невозможно без повышения качества выпускаемой продукции. Важная роль в улучшении качества продукции и дальнейшем повышении эффективности производства отводится автоматическим средствам контроля. По разным оценкам на контрольные операции в машиностроении и приборостроении приходится до 15 % общей трудоемкости производства изделий.

На производительность контрольно-сортировочных автоматов основное влияние оказывают сортировочные устройства. Повышение производительности сортировочных устройств достигается уменьшением времени транспортного перемещения детали и направления ее в сортировочный лоток. Известны пневматические сортировочные устройства, в которых повышение скорости транспортирования деталей достигается применением пневмотранспорта на воздушной прослойке. Однако непосредственно транспортироваться могут лишь изделия с плоскими опорными поверхностями. Для изделий иной конфигурации требуются специальные спутники - носители, что во многом снижает эффективность воздушной прослойки для задач сортировки. Повысить производительность можно также, применяя пневмоим-пульсные исполнительные устройства, в которых транспортирование детали осуществляется за счет импульсного воздействия потока сжатого воздуха, а деление потока деталей обеспечивается механическими разделителями. Известные разработки, в которых используются струйные воздействия для перемещения и разделения потоков деталей, решают частные задачи для конкретных изделий. Кроме того, отсутствуют теоретические и экспериментальные исследования динамики процессов сортировки деталей под действием струй сжатого воздуха. датчик автоматический контроль сортировка

Перспективным направлением совершенствования процессов сортировки малогабаритных деталей является использование пневматики. Это объясняется целым рядом преимуществ пневматических систем - простотой конструкции, обслуживания и переналадки, высокой степенью надежности, сравнительно низкой стоимостью, неподверженностью воздействий электромагнитных полей, возможностью бесконтактного воздействия на детали.

Исследования показывают, что для большой номенклатуры малогабаритных деталей возможно построение контрольно-сортировочных устройств, в которых основные операции контроля, загрузки, транспортирования, распределения деталей по сортировочным отсекам реализуются с использованием струйной техники.

Исследования и разработки в области струйных средств контроля и сортировки проводились в Московском государственном технологическом университете «Станкин», Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана, Воронежской государственной технологической академии, Институте проблем управления РАН, Ижевском государственном техническом университете, Нижегородском государственном техническом университете и др.

Разработки средств автоматизации с использованием пневматических систем, в том числе для контроля и сортировки, ведутся за рубежом, в частности Иллинойским технологическим институтом (США), Ноттингемским университетом (Англия), фирмами Farchild, Daymarc, Airfloat Co., SIMCO/Ramic Co. (США), Hitachi (Япония), Festo (Австрия), Simens AG (Германия). [4]

Маршрут cортировки

Общий маршрут сортировки изделия можно представить следующим образом:

Подающее устройство представляет из себя конвеер или накопитель с заготовками или деталями. Далее идет сортировка только по одному параметру - форма, цвет. Если процесс идет с использованием датчиков, то результатом этой стадии является полученная информация о параметре изделия. На основании ее устройство ориентирования или манипулятор и производит сортировку. Если процесс идет с использованием механической системы, то издение, в зависимости от своего параметра, сортируется здесь же.

Деталям нужно придать требуемое положение в пространстве, например для дальнейшего захвата манипулятором. В некоторых случаях этот этап может отсутствовать.

Непосредственное перемещение, захват детали.

Детали отсортированы, они передаются на соответствующий по их параметру конвеер, накопитель.

Конец маршрута сортировки. Заготовки подаются в накопитель или приемник станка на последующую обработку, делали попадают на склад, упаковываются или переходят на контроль.

Определение формы и цвета

Использование датчиков для определения формы.

Рассмотрим применение датчиков в системах сортировки изделий. Бесконтактные датчики положения обнаруживают объект в зависимости от принципов работы: индуктивного, емкостного, оптического. Бесконтактные датчики определенного типа выбираются в зависимости от параметров и свойств детектируемого объекта (например: формы, цвета), а так же условий окружающей среды и условий эксплуатации. Датчики приближения или выключатели бесконтактные обладают огромным ресурсом, поскольку не содержат механических движущихся деталей, и высокой частотой переключения.

Емкостные датчики положения объекта (емкостные сенсоры) - одни из самых популярных типов бесконтактных конечных выключателей. Бесконтактные емкостные датчики обладают определенными преимуществами по сравнению с индуктивными сенсорами, например, срабатывание на объекты, изготовленные из различных материалов. Цвет объекта также не влияет на расстояние срабатывания.

Бесконтактные индуктивные датчики наиболее популярные конечные выключатели и обойтись без них в настоящее время в автоматизированном производстве практически невозможно. Если сравнивать индуктивные датчики приближения с механическими выключателями, то преимущества очевидны: бесконтактный принцип работы, отсутствие движущихся и трущихся деталей, высокая частота переключения в сочетании с высокой точностью срабатывания. Индуктивные бесконтактные выключатели являются миниатюрными детекторами металла и позволяют детектировать объекты, изготовленные из любого металла. На индуктивные датчики не оказывает влияние: высокая влажность, пыль, вибрация.

Магнитно-индуктивные датчики предназначены для бесконтактного детектирования положения объектов. Магнитные датчики положения функционируют без механического износа и имеют преимущество перед индуктивными бесконтактными сенсорами, поскольку при одинаковых габаритах имеют большее расстояние срабатывания.

Для точного определения положения объекта бесконтактным способом на большом расстоянии используются оптические датчики положения или, как их еще называют, фотоэлектрические датчики . Если для индуктивных датчиков приближения имеет значение из какого материала состоит объект измерения, то фотоэлектрические датчики детектируют предметы из любого материала. Дополнительным преимуществом является так же то, что по сравнению с другими датчиками приближения, к примеру, емкостными или индуктивными датчиками, бесконтактные оптические выключатели имеют гораздо большие расстояния срабатывания.[3]

Рис. 3.1. Оптический датчик Balluff

Датчики технического зрения представляют из себя уже более сложную систему, позволяющую определить нам как форму, так и цвет изделия. Они включают в себя камеру технического зрения, корая представляет собой отдельное устройство со встроенным источником освещения. Промышленный видеодатчик использует падающий свет или лампу подсветки, чтобы обнаруживать контуры объекта. После обнаружения, электроника прибора сравнивает полученное изображение с изображением эталонных контуров в памяти и, в зависимости от степени соответствия, выдает сигнал. Встроенный в ПО набор инструментов позволяет сравнить по определенным признакам с эталонным изображением.

В качестве примера познакомимся с 3D камерой от фирмы IFM Electronic:



Рис.3.2. 3D камерой от фирмы IFM Electronic

Рис. 3.3. Эскиз изделия в поле зрения датчика. Здесь 1 - датчик, 2 - обьект измерения, 3 - поле зрения, А - диапазон измерения.



Рис. 3.4. Пульт управления

Использование датчиков для определения цвета. Принцип работы датчиков цвета основан на методе определения трех цветов. Датчик излучает три цвета (красный, синий, зеленый), рассчитывает хроматичность и насыщенность отраженного луча и сравнивает полученные результаты с заранее заданными значениями цветовых координат. Если результаты сравнительного анализа находятся в пределах допустимых отклонений, генерируется выходной электрический сигнал. [3]

Применение датчиков в манипуляторе. Механическая рука, оснащенная тактильными сенсорными органами, обладает в определенной мере чувством осязания при манипулировании объектом. Это особенно важно при манипулировании маложесткими изделиями, когда, кроме датчиков, фиксирующих соприкосновение с изделием, необходимы датчики, выдающие непрерывную информацию о величине давления пальцев захвата на изделие. Тактильные датчики базируются на изменении величины электрического сопротивления какого-либо элемента при его деформации от внешнего давления (например, пальцев захвата). Тактильный датчик может представлять собой обычные контакты выключателя, порог срабатывания которого определяется жесткостью пружины. Такие датчики обладают невысокой разрешающей способностью, а их набор приводит к довольно громоздкой конструкции захвата манипулятора. [2]

Рис. 3.5. Схемы захвата манипулятора (а) и автоматической тележки с фотодатчиками расстояния и направления

Автоматическое манипулирование и сортировка без применения датчиков

Контрольно-сортировочный автомат. Контрольно-сортировочные автоматы используют в машиностроении для автоматического контроля и сортировки деталей по их размерам, форме или массе. Блок-схема контрольно-сортировочного автомата. Основными его механизмами являются загрузочные, транспортные, измерительные и сортировочные устройства. У большинства контрольно-сортировочных автоматов операции контроля и сортировки происходят не одновременно, поэтому возникает необходимость фиксировать результат контроля, сохранив его от момента контроля до момента сортировки, иначе говоря запомнить измерительный импульс. Запоминание может быть осуществлено различными способами, чаще всего механическими или электрическими.

Рассмотрим сортировку с точки зрения методов силового воздействия на изделия. Его можно разделить на механические, пневматические, магнитные, электрические, комбинированные. Строго говоря, во всех перечисленных системах имеет место комбинированное силовое воздействие на изделия, однако тип системы можно определять по преоблада ющему силовому воздействию при перемещении, ориентации, совмещении и фиксации изделий.

В механических системах реализуются методы контактного манипулирования, основанные на передаче изделию силового воздействия от рабочего органа или другого изделия путем непо средственного давления или соударения. Механические системы манипулирования объединяют две группы: системы с захватно ориентирующими органами, совершающими вращательное, колебательное или возвратно-поступательное движение, и системы с вибрирующими захватно-ориентирующими органами. Системы первой группы достаточно эффективны для изделий больших и средних габаритов (до 0,1 м) и массы (до 0,2 кг), механически прочных и жестких со сравнительно грубо обработанными поверхностями (до 7-го класса шероховатости).

Пневматические системы манипулирования в принципе основаны на контактном методе давления струи сжатого воздуха на изделие, однако в отличие от механических они позволяют практически исключить повреждения малопрочных и нежестких изделий с особо чистыми поверхностями. Кроме того, специальные пневматические системы обладают высокой чувствительностью, обеспечивая опознавание изделий в позиции контроля с размерами ключа ориентации 1 до 10 мкм. Можно выделить два основных типа пневматических систем манипулирования: путем непосредственного силового воздействия воздушных струй на изделие и с помощью пневматических датчиков контроля положения изделия. В системах первого типа струи или поток воздуха совмещают в себе функции контрольных и исполнительных органов. В системах второго типа эти функции разделены.

Магнитные системы применяют для манипулирования изделиями из ферромагнитных и немагнитных токопроводящих материалов. В первом случае в системах создают постоянное или низкочастотное (не более 50 Гц) переменное поле, а во втором -- высокочастотное (до нескольких кГц), с помощью которого воз буждают в изделии собственное магнитное поле, взаимодействующее с внешним. Наиболее распространены системы, в которых взаимодействие поля с изделиями осуществляется по двум схемам: внутри соленоидной катушки и в межполюсной зоне магнита. Системы, использующие электрическое поле для бесконтактного силового воздействия на изделия, в принципе могут осуществлять их перемещение, ориентацию, поштучную выдачу из потока. При соответствующем выборе характеристик системы можно манипулировать изделиями как из диэлектриков, так и из токопроводящих материалов. [2]

Вибромеханические системы

Использование вибромеханических систем для процессов сортировки и группового кассетирования объясняется их высокой производительностью, универсальностью, сравнительной конструктивной простотой и возможностью быстрой переналадки с одного типоразмера изделия на другой. Поэтому эти системы находят широкое применение в приборостроении и других отраслях промышленности. Можно выделить три основных способа кассетирования и сортировки изделий в вибромеханических системах:

- без направленного перемещения потока изделий по кассете;

- с направленным перемещением изделий по кассете;

- комбинированный с вращением кассет.

Рис.5.1. Принципиальная схема вибромеханической системы

В процессе кассетирования изделия, расположенные навалом в подающем устройстве, получают хаотическое движение за счет какого либо силового воздействия, например вибрации кассеты. При этом положение каждого изделия на кассете изменяется во времени, являясь непрерывной случайной величиной. Если изделие занимает положение, удобное для западания в соответствующеее по размерам отверстие, то оно западает в гнездо кассеты. Гнезда расположены по увеличению их габаритных размеров от подвющего устройства. [2]

Пневматические системы

Пневматические системы манипулирования, и в том числе транспортные системы, достаточно эффективны и экономически оправданны для перемещения деталей и изделий, характеризующихся сравнительно небольшой плотностью материала, развитыми опорными поверхностями или значительной поверхностью обтекания. К указанной группе относятся как плоские, так и объем- ные (преимущественно полые) изделия из полупроводниковых и полимерных материалов, керамики и металлокерамики (пресспорошков), различных металлов и сплавов (магнитных и немагнитных). Струйные пневмотранспортеры открытого типа успешно применяют для перемещения на воздушной подушке изделий с низкими прочностными характеристиками (в том числе с легко повреждаемым поверхностным слоем) или с высокими фрикционными свойствами (например, изделия из резины, керамики, абразива и т. п.). Струйный пневмотранспортер открытого типа представляет собой камеру 1 (рис. 49) требуемой длины, в крышке 2 которой расположены наклонные сопла 3. Сжатый воздух, вытекая из камеры через сопла, образует воздушную прослойку между крышкой камеры и поверхностью изделия 4, которое перемещается за счет сил вязкого трения и давления. Благодаря этому при движении удается исключить истирание функциональных поверхностей изделия и транспортера. Однако, как известно, скорость движения изделия на воздушной подушке в струйном пневмотранспортере, начиная с некоторого момента, достаточно быстро увеличивается и может достигать довольно больших значений, что в ряде случаев оказывается нежелательным.

Рис. 6.1. Схема перемещения изделия в пневмотранспортере

Сортировка изделий по массе возможна следующим образом:

Рис. 6.2. Схема перемещания изделий в ступенчатом пневмотранспортере

Силы, которая задается вертикальными струями воздуха, окажется недостаточно для подьемы изделия с массой, превосходящей рассчетную, и издение продолжит движение на прежнем уровне транспортера. Более легкие же будут перемещены на слудующий участок для дальнейшей сортировки. [2]

Программа занятий по робототехнике

Один из наиболее популярных конструкторов лего для уроков робототехники - Lego Mindstorms. Робот NXT содержит микропроцессор с флэш-памятью и портами для подключения датчиков и двигателей. Он предлагает Bluetooth поддержку, чтобы робот мог общаться с компьютером через беспроводное соединение или с другими роботами NXT. Процессор NXT сильно изменился по сравнению с первоначальной платформой Mindstorms, что позволяет осуществлять гораздо более сложные операции в робототехнике в сфере программного обеспечения. В 2011 году мы занимаемся со следующими наборами лего конструктора:

Робот Mindstorm NXT 9797

MINDSTORMS NXT 2.0 lego 8547 - 619 деталей

MINDSTORMS NXT 2.0 lego 8527 - 577 деталей

и конструкторы серия Lego Education

1. Конструктор Перворобот NXT 9797.

Что необходимо знать перед началом работы с NXT.

На первом занятии мы познакомимся с набором 9797, распакуем и изучим детали. Получим представление о микропроцессорном блоке NXT, являющимся мозгом конструктора LEGO Mindstorms. Целью занятия является подготовка конструктора и NXT к дальнейшей работе.

Ознакомьтесь с конструктором.

Перед вами набор LEGO Mindstorms 9797, в состав которого входят 431 детали.

Детали образуют 5 больших групп.

1) Электронные компоненты

Микропроцессорный модуль NXT с батарейным блоком.

Три мотора со встроенными датчиками

- Ультразвуковой датчик (датчик расстояния)

- Датчик касания

- Датчик звука - микрофон

- Датчик освещенности

Комплект соединительных кабелей

- USB кабель для подключения NXT к омпьютеру

- Соединительные кабеля разной длины для подклучения датчиков и сервоприводов к NXT

- Кабель-переходник для подключения датчиков старого образца (совместимых с RCX) к NXT

Три лампочки

Лампочки подключаются в выходным портам A, B и C NXT

Шестеренки колеса и оси

Cоединительные элементы

Конструкционные элементы

Специальные детали

Распакуйте и разложите детали по ячейкам.

Прочитайте о NXT и мерах безопасности при работе с ним.

Зарядите аккумулятор.

программирование робота происходит в среде роболаб с использованием компьютера.

Первая программа

1. Ставим задачу: пусть на блоке движения нашего робота при включении показывается картинка смайлик и текст в течении 10 секунд.

2. Нужен компьютер и робо-блок, блок нашего робота NXT

3. При нажатии на оранжевую кнопку на экране робо-блока должен появится смайлик и текст "Hello World!"

4. Start a new program - начать новую программу, надо дать ей название, пусть будет HelloWorld

Перетаскиваем мышью на дисплее на место старта "Дисплей блок"

Внизу для этой части программы устанавливаем параметры:

Action > Image

File > Smile 01

Position > X 12, Y 8

File > Smile 01

Меняем установки напротив Action и задаем им свои параметры

Action > Text

Text > Hello World!

Position > X 12, Y 8

Line > 7

Сохраните программу в файле вашего компьютера. После сохранения передайте программу в робо-блок "кирпич" и нажмите оранжевую кнопку. Программа так быстро поприветствует вас, что этого можно даже и не заметить: мы не поставили время приветствия.

Снова возвращаемся на дисплей компьютера и перетаскиваем знак "часы"

Устанавливаем к нему параметры:

Control > Time

Until > Second > 10

Каждый графически изображенный кусок программы имеет свои параметры и их надо корректировать.

Загружаем исправленную программу под тем же названием.

Получилось!

Ход вперед и назад

Прежде чем составлять программу передвижения робота вперед и назад соберем робота, который имеет мотор, способный изменять вращение оси машины. То есть робот будет иметь правый и левый моторы, подключенные к портам B и C. Порт A остается открытым.

Перетаскиваем мышью на дисплее на место старта "Движение". Внизу для этой части программы устанавливаем параметры:

Port > B C

Direction > Стрелочка вверх (для указания передвижения лучше использовать стрелки, для других команд - ставим знак "стор"

Steering > устанавливая посередине соотношение моторов мы получим движение вперед, сдвигая стрелку - движение по окружности в ту или иную сторону. Радиус круга будет зависеть от соотношения работы моторов. попробуйте пустить машину по большому кругу или по маленькому кругу.

Power > 65 скорость, мощность моторов от максимально возможной в процентах. Мощность устанавливается в зависимости от гладкости поверхности по которой пойдет робот.

Duration > Unlimited ( без ограничений), Degrees(градусы), Rotations (вращение), Seconds (время в секундах)

Braking and Coasting > торможение после выполнения команды или робот может катиться до самостоятельной остановки, накатом. Так как мы не ставим задачу остановиться в заданной точке, то можно поставить параметр Coast.

Если мы хотим, чтобы машина двигалась назад, поменяем в плато "Движение" стрелку направление.

Попробуем изменять параметры движения и понять как робот реагирует на изменения

Мощности

Направления

Соотношение моторов

Повороты

Остановки

Запись и проигрывание

Этот блок-плато выглядит простым, но он необходим для каждой программы. Вы не сможете запустить робота, не записав свою программу в файл. Есть еще одно удобное свойство блока: можно записать часть программы - шаблон и вставлять его в другие версии программ.

Напишите программу из одного действия "Движение" и дайте ей имя. Задайте время для этого действия - 10 сек. Можно установить время от 1 секунды до нескольких сотен часов, но зачем? Объем памяти ограничен несколькими минутами работы.

Составьте программу движения:

- вперед и назад до исходной точки, похожую на танец и запишите ее, отправьте на "кирпич" роюо-блока и запустите робота.

- измените конструкцию робота, добавьте пропеллер или гусеницы, измените расположение блока и моторов. Пусть робот не передвигается по плоскости, а машет руками или вращает головой.

Звуковой сигнал

Звуковой сигнал для робота может выполнять разные функции кроме прямого создания музыки. С помощью звука машина может парковаться, звуковой сигнал можно привязать к любому сигналу сенсора другого типа и сортировать цвет или расстояние.

Установки звукового сигнала:

Перетаскиваем на дисплей на место старта "Звук". Внизу для этой части программы устанавливаем параметры - Sound File:

Action > Sound File (взять из файла)

Control > Play (играть)

Volume > 75 (громкость)

File > Goodbye

Wait > Wait for Complection

При этом наборе команд робот будет говорить "Гуд бай!"

Если мы хотим услышать мелодичный звуковой сигнал, то установим следующие параметры:

Action > Tone

Control > Play (играть)

Volume > 75 (громкость)

Note > A 0,5 ceconds

Wait > Wait for Complection

Установка "Ноты" имеет множество функций. Самое простое - это выбрать любую клавишу на пианино и вы услышите звук. Такрй же звук будет издавать робот при заданном заранее действии.

Можно создать серию звуков, перетягивая на дисплей несколько плат "Звук" и устанавливая им разные параметры.

В параметре

Fanction > Repit можно установить повтор сигнала до тех пор пока он не будет остановлен

В нашей программе прежде чем начать движение машина подаст звуковой сигнал, с тоном С (нота "до" второй октавы) в течении 10 секунд, а затем поедет вперед на 5 вращений мотора.

Попробуйте составить свою программу, изменяя параметры движения и звука.

- Дать звук перед поворотом

- Дать звук после окончания движения

- Изменить тон звука или установить звук из файла

- Поменять громкость

- Заставить звук повторяться.

Движение с поворотами

Собираем и программируем робота Mindstorms 2,0 NXT-G, который должен двигаться вперед и поворачивать под прямым углом направо. Движение робота должно быть непрерывным по квадрату со средней мощностью двигателя.

Конструируем передвигающийся механизм. Организуем полигон для робота на плоской прямой поверхности. Машины могут быть построены заранее на предыдущих уроках.

Спрашиваю учащихся: как они представляют квадрат. У квадрата должны быть стороны с некоторой длиной и прямые углы. Сколько раз надо повернуть в одну и ту же сторону, чтобы оказаться в начале пути, следуя по сторонам квадрата?

Программу для передвижения робота пишем на компьютере. Сначала преподаватель объясняет ребятам что и для чего он делает, а затем дети сами набирают программные блоки на своих компьютерах.

1. На экран перетаскиваем "замкнутый цикл" = "loop" для того, чтобы действие повторялось по времени непрерывно. Устанавливаем параметры:

Control - court

Until - 4 в этом случаи робот повернет 4 раза направо

2. Внутрь "замкнутого цикла" вставляем блок "движение" со следующими параметрами

Port - B C

Direction - стрелка прямо (движение вперед)

Steering - стрелка посередине (оба двигателя работают с одинаковой мощностью)

Power - мощность 50%

Duration - 2 Rotation продолжительность, период

Next action - Brake

3. Для совершения поворота внутрь "замкнутого цикла" вставляем второй блок "движение" со следующими параметрами:

Port - B C

Direction - стрелка прямо (движение вперед)

Steering - стрелка смещена в сторону порта B до упора (двигатель, присоединенный к порту C будет работать больше)

Power - мощность 50%

Duration - 90 Degrees (90 градусов)

Next action - Brake

Установим робота на ровной плоскости, на столе или полу, так чтобы он при движении имел достаточно места для передвижению по квадрату и не мог упасть и разбиться. Загрузим программу в блок и запустим робота.

Соединение данных

Каждому плато, обозначающему какую-либо операцию снизу присоединена выпадающая панель -data hub - центр данных. Соединения между этими данными позволяют роботу мыслить логически.

Какя разница между вопросами:

Какой цвет неба?

Цвет неба - синий?

В первом вопросе необходимо выбрать между несколькими совами, которые описывают цвет неба.

Например, небо может быть синего, голубого или розового, или серого цвета. Ответ на второй вопрос - да или нет, выбор только из двух слов.

Когда мы программируем робота, то надо стремиться составить

вопрос так, чтобы он отвечал только: да или нет. "Да" для робота означает правильный путь - 1= True, "нет" - неправильный - 0 = False

Установим на наш робот датчик качания и проверим как робот отличает правильные действия от неправильных. Установим следующие параметры для плато touch sensor - датчика касания:

Action > Pressed

Portl > 1

Откроем для плато выпадающую панель с дополнительными плагинами. Надо нажать в нижнюю часть плато на дисплее компьютера. Перенесем на дисплей плато "Логика" и присоединим выходной канал "Касание" V/X к аналогичному входному канали плато "Логика" V/X

Четыре сенсора имеют плагины логики: датчик звука, света, касания и ультразвука. Плагин "Логика" необходим, когда робот должен действовать по вариантам при разных показаниях датчиков и ему необходимо выбирать решение.

Установки датчиков

Давайте начнем с разбора состояний системы движения по дороге. По правилам передвижения машина должна реагировать на три цвета света: красный, желтый и зеленый. А так же сам светофор может быть включен и выключен.

Даем программу роботу: "Светофор" - можешь двигаться, когда на включенном светофоре появиться разрешающий зеленый сигнал. В том месте, где на дороге нет никаких светофором, можешь двигаться по программе "Движение". Ты должен остановиться, когда свет станет красным. То есть датчики робота должны различать цвета.

Машина долна парковаться без касания препятствия - для этого необходим датчик ультразвука с заданными параметрами расстояния.

Определим общие для всех датчиков параметры, которые надо проверить перед работой и настроить по заданным параметрам. Потом их надо соединить с плато "Логика", чтобы получить три варианта движения:

Если первый цвет светофора датчик цвета опознает сигнал как "зеленый", то машина может двигаться

Если второй цвет светофора желтый, то машина должна замедлить движение

Если третий цвет красный, то машина должна остановиться.

Заметим, что за один раз может гореть только один свет определенного цвета. В нашем светофоре не может гореть одновременно и красный и зеленый. В отличие от настоящего светофора красный и желтый одновременно тоже не допускается. Датчик касания

Датчик касания имеет всего три позиции:

Pressed - нажато

Released - отпущено

Bumped - удар, то есть короткое касание менее 5 сек

Посте удара, подразумевается принятие каки-либо еще действий, в программе плато "Логика" или в реальности "гудок" или "надувание" подушки безопасности.

Выпадающее меню к нему имеет 4 плагина: уровень чувствительности(0-1024), правда/ложь, действия ( нажать/отпущено/удар), порты соединения (1-4) датчика и робо-блоком.

Датчик звука

Датчик звука: настраивается уровень громкости звука (sound value 1-100) перетащить стрелочку или установить цифрой и порт соединения.

Датчик света

При получении сигнала настраивается два параметра: датчика света и программы NXT, каждая плато отдельно.

Нужно установить: порт соединения, яркость сигнала, и фоновый свет.

Ультразвуковой датчик

Так же отдельно настраиваются параметры датчика и программы: порт соединения, объем, дистанция.

Прочие датчики

Принцип работы датчиков понятен. Надо проверить соединен ли датчик с робо-блоком и настройки обоих. В лего робототехнике существуют еще датчики температуры. Вы можете установить любые датчики измерения на машину - давления, радиации, вибрации, главное, чтобы они имели изменяемые настройки.

Блок ожидания

Один из наиболее используемых плато - блок "Ожидания ответа". Он применяется в командах:

- Робот двигается вперед до черной линии, ждет ответа от датчика света, обнаруживающего цвет линии.

- Робот проходит через поле с препятствиями и натыкается на что-то, ждет ответа от датчика касания.

- Робот идет вдоль стены, периодически проверяет импульсами ультразвука наличие препятствия, ждет ответа от датчика ультразвука.

- Робот стоит на стартовой линии и ждет звук "Старт" - начало движения.

И еще много операций требуют от робота ожидания, что что-то должно измениться. Работа блока ожидания заканчивается, когда то, чего он ждет случается или заканчивается время ожидания и работа продолжается в прежнем режиме.

Например:

Робот идет вдоль стены пока что-то не случится. Что?

- Идет 5 секунд и дает ультразвуковой сигнал

- Пока не услышит шум и его датчик звука не отреагирует на звук.

- Идет пока впереди не останется 30 см до препятствия, по определению датчика ультразвука.

Те есть идет пока не встретит специального сигнала.

Сначала поместим на дисплей плато "Движение", за ним плато "Ожидание", которое устанавливается к каждому сенсору индивидуально. У плато "Время" = "Ожидание" всего два параметра. Попробуйте настроить время ожидания у кадому датчику и проверить работу мотора. Эта опция включает в себя обслуживание. Сделайте программы для всех датчиков и механизмов:

Light Sensor - датчик света

NXT Buttons - работа от кнопки

Receive Message - послание на экране робо-блока

Rotation - движения вращения

Sound Sensor - сенсор звука

Timer - времени

Touch Sensor - датчик касания

Ultrasonic Sensor - датчик ультразвука

Сделайте программу: Движение будет продолжаться, пока дачик света определяет уровень яркости не менее 20, при уровне меньше заданной, мотор робота остановится.

Сделайте программу для "The NXT BUTTONS WAIT Block": Робот будет остановлен, когда левая кнопка будет отпущена.

Цикл операций

Давайте скажем роботу с помощью программы движения, что он должен пройти 30 см и повернуть направо, затем еще 30 и опять направо, еще раз и еще раз - робот вернется в точку начала. Теперь представьте, что робот должен на каждом повороте включать сигнал поворота. Описание программы составит 4 плато движения + 4 плато сигнал поворота + 4 поворот и нова движение. Можно сократить описание повторяющихся операций при помощи инструмента LOOP - цикл.

Внутри цикла могут стоять как одно плато, так и несколько плат со своими описанием и параметрами.

Цикл имеет параметры

Forever

Sensor

Time - время работы цикла, он может прерываться по вашим условиям или продолжаться бесконечно.

Count - счетчик устанавливает количество циклов

Logic - определяет правда/ложь и отправляет к другому циклу или операции.

Составим программу для условий: движение робота до тех пор, пока левая кнопка NXT робо-блока не будет нажата. Внутри блока будет плато "Движение" и "Звук", плато "Left button" будет примыкать в цепи "Цикл"

Поставим другую задачу: Я хочу, чтобы робот двигался вперед по кругу 3.5 вращения, затем дал гудок. Этот цикл он должен повторить три раза и проверить датчиком света уровень. Если уровень яркости света меньше 90, то повторить процесс.

Процесс движения и сигнал звука повторяется, а дальнейшее передвижение зависит от решения блока логики - какого уровня будет световой сигнал, то есть не входит в цикл. Но здесь возникает проблема: как действовать роботу, если сигнал меньше, как вернуться в цикл?

Для решения этого создаем цикл, охватывающий все операции и подключаем цепь логики к циклу.

Повороты робота по краю поля NXT-G Mindstorms

Для продвижения робота по кривой необходимо в конструкцию простого робота с мотором добавить датчик, отличающий темные и светлые части поля - датчики света.

Чтобы научить робота поворачивать в конструкцию NXT Mindstorms на лего детали надо прикрепить датчики света, чтобы робот смог различать темные и светлые места. В конструкторе лего мы выберем датчик с двумя "глазами". Для того чтобы датчик работал лучше он должен располагаться на 5-8 мм от поверхности арены. Проверять расстояние надо на плоской поверхности с подключением его к портам блока.

Петли программы необходимы для поддержания цикла движения - при такой программе робот будет передвигаться по краю поля или арены пока вы его не остановите

Наша задача - научить робота следовать вокруг арены с поворотами по краю. Чтобы робот повернул направо, надо остановить правый мотор, а левый продолжая работать развернет робот направо. В этом случаи датчик света должен попасть на черную линию арены.

Ультразвуковой навигатор

Соберем робот с датчиком ультразвука.

Волны ультразвука позволяют определять препятствие по ходу передвижения на расстоянии. Робот с ультразвуковым навигатором может не дотрагиваясь заранее начать поворот и обойти препятствие.

Материалы:

NXT машина или робот

Ультразвуковой сенсор

Препятствия

1. Используя Mindstorms NXT-G, составляем программу передвижения робота вперед до тех пор пока сенсор ультразвука не определит объект в пределах 30 см. Для этого в программе устанавливаем следующий параметры для передвижения:

Port: порт подключения: B, C

Direction: направление - стрелка вверх

Steering: C, B стрелка посередине

Power: 75

Unlimited - количество циклов работы: без ограничений

2. Добавим блок "ожидание" , для того, чтобы робот отправил ультразвуковой сигнал. Для этой команды установим следующие значения

Control: sensor

Sensor: Ultrasonic sensor

Port: 4

Until: ближе к "цветочку" на 1/3 полосы

Distance: < 30

Schow: Centimeters

3. Следующим этапом снова ставим значок "движение", заменяя в параметрах

Direction: направление - стрелка вниз

Steering: C, B сдвигаем стрелку ближе к C

4. Снова устанавливаем блок "Ждать" и задаем параметры:

Until: ближе к "горам" на 1/3 полосы

Distance: < 70

5. И в конце программы все элементы объединяем в "непрерывное действие"

В качестве препятствий вполне годятся и стены комнаты, но для наглядности навигации с помощью ультразвука можно использовать на уроке препятствия, сделанные из блоков лего конструктора.

Выбор решения

Поставим роботу задачу, связанную с выбором решения. Пусть робот идет вперед до тех пор пока датчик света не достигнет уровня выше 30, затем повернет налево, в ином случаи пусть повернет направо.

Блок коммутатор используется, когда надо определить какой из путей взять. Можно использовать цифры и текст и использовать несколько вариантов решений.

Если номер 1, повернуть налево.

Если номер 2, повернуть направо.

Если номер 3, поворот на 180 градусов.

Если номер 4, поворот на 360 градусов.

Если номер 5, продолжать двигаться вперед.

Сначала необходимо выбрать тип цепи цикла в параметре Type: плоская или с вкладками. Плоский тип цепи позволит вам работать с параметрами логики в ограниченном наглядном режиме, а тип цепи с вкладками с многовариантными решениями.

Рассмотрим тип цепи цикла с вкладками, где каждой вкладке задается операция.

Возьмем Random - плато кубик вариантов и соединим его с циклом

Range - количество значений

Выделим плато "Цикл" и установим для него Conditions

1. установим значение 0, количество значений, которое программа будет использовать, чтобы выбрать путь решения.

2. значение 1

3. значение 2

Обратите внимание, что числовые названия операций не должны повторяться. То есть номеру операции 1 и 2 или 3 не должно соответствовать ожно и тоже задание. Иначе робот запутается какое решение ему выбрать: идти вперед, повернуть направо, налево или стоять на месте.

Остановка действия - The STOP Block

Остановка действия по команде "Стоп" - The STOP Block используется для временной остановки двигателя робота и для полной остановки по завершению работы, поэтому она имеет панель логики для управления процессом. Остановка может производится немедленно или путем торможения или накатом. Разберем небольшую часть программы, когда датчик касания нажат, то робот подает звуковой сигнал. И сигнал звучит пока датчик нажат. Как только датчик касания получает сигнал, что давления нет, он останавливает программу.

Что произойдет, если не связать логически блоки касания и остановки? После начала работы программы датчик касания обнаружит нажатие, но следующим в программе стоит плато "Стоп" и программа остановится, если роботу не будет предложен альтернативный вариант работы. Например: робот передвигается по столу, датчик касания опознает стол. Достигнув края датчик касания сообщает, что дальше путь "ложный" (False - Х), потому, что не чувствует давления - кнопка отпущена. Робот останавливается. Для безопасности датчик касания устанавливается на роботе далеко впереди как щуп и робот не падает со стола, а отступает назад, может повернуть и ехать дальше до обнаружения края снова.

Размещение плато "Стоп" дает нам возможность проверить программу на правильность, а потом заменить его на иные варианты действий (поднять колеса, опустить колеса, повернуть всю машину или ее часть).

Литература

Авцинов И.А., Битюков В.К., Попов Г.В., Сортирующие устройства с распознающей прослойкой // Автоматизация и современные технологии. 2010. - №6. - С. 17 - 22..

http://www.sensoren.ru/catalogue/ultrazvukovie_datchiki/

Размещено на Allbest.ru

...