Главная Коллекция "Revolution" Программирование, компьютеры и кибернетика Разработка лабораторного стенда управления роботом-манипулятором

Разработка лабораторного стенда управления роботом-манипулятором

История изобретения и виды роботов. Разработка общей концепции лабораторного стенда. Этапы сборки робота-манипулятора в виде крана. Изучение функциональных возможностей микросхемы L293D. Интерфейс подключения к ПК и разработка управляющей программы.

Рубрика Программирование, компьютеры и кибернетика
Вид практическая работа
Язык русский
Дата добавления 04.02.2015
Размер файла 413,5 K
рефераты на заказ со скидкой

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕФЕРАТ

Темой разработанного дипломного проекта является. «Разработка лабораторного стенда управления роботом-манипулятором».

Ключевые слова: робот-манипулятор промышленный робот, микросхема, разработка, управление, схема.

Результатом дипломного проектирования является разработанный лабораторный стенд в виде крана-манипулятора.

Особое внимание в дипломной работе уделяется созданию действующего. робота-манипулятора.

В 1-й главе приводится определение роботов, манипуляторов, рассматриваются первые шаги робототехники, виды современных роботов, промышленные роботы, кран-манипулятор, также представлен пример создания простейшего робота на одной микросхеме.

Во 2-й главе описаны этапы разработки лабораторного стенда, представлены схемы робота-манипулятора и управляющая программа.

В 3-й главе рассчитывается экономическая эффективность проекта.

В 4-й главе описывается безопасность и экологичность дипломного проекта..

Пояснительная записка содержит 72 страницы, рисунков - 26, таблиц - 10, библиографический список - 32 наименования. Приложения занимают 6 страниц.

ВВЕДЕНИЕ

Ромбот (от словацк. robota) -- автоматическое устройство с антропоморфным действием, которое частично или полностью заменяет человека при выполнении работ в опасных для жизни условиях или при относительной недоступности объекта. Робот может управляться оператором либо работать по заранее составленной программе. Использование роботов позволяет облегчить или вовсе заменить человеческий труд на производстве, в строительстве, при работе с тяжёлыми грузами, вредными материалами, а также в других тяжёлых или небезопасных для человека условиях. Его принципиальной особенностью является быстрая оперативная перестройка с одной выполняемой операции на другую. Существует несколько разновидностей роботов и для каждого из них имеется своё определение. Чаще всего говорят о трёх поколениях роботов: промышленных роботах или манипуляторах, адаптивных роботах и роботах с искусственным интеллектом или как говорили раньше - интегральных роботах.

Манипулятор - это управляемое устройство или робот для выполнения двигательных функций, аналогичным функциям человеческой руки при перемещении объектов в пространстве, оснащенное рабочим органом. Манипулятор состоит из звеньев, соединенных между собой подвижными кинематическими парами. Последние движутся по определенной программе с помощью управляемых приводов. В курсовой работе управление приводами будет осуществляться по сигналам, поступающим с конечных датчиков, которые фиксируют момент перемещения или поворот в начальное положение и предельное положение. Для организации каждого из движений в двух направлениях используется по два исполнительных механизма. В реальной ситуации эту операцию может осуществлять один реверсивный привод, снабженный для организации перемещений двумя контактными и бесконтактными пускателями.

Манипуляционная система промышленных роботов и их двигательные возможности определяются видом и расположением кинематических пар. Выбор конкретного варианта кинематической схемы манипуляционной системы определяется конкретным условием и требованием.

Актуальность. Спектр применения роботов-манипуляторов очень широк. Сегодня они применяются в промышленном производстве, военной сфере, исследовательских лабораториях, хирургии, в сфере развлечений и в других областях. Роботы в современном мире являются неотъемлемой частью повседневной жизни людей. Применение роботов-манипуляторов намного упростит работу по погрузке и значительно сэкономит время и средства. Проект созданного робота-манипулятора предназначен для студентов, обучающихся на технических факультетах. Макет манипулятора-кран должен быть удобным наглядным средством, на основе которого преподаватели смогут. объяснять студентам принцип работы манипулятора и его составных частей. Таким образом, манипулятор-кран должен служить удобным наглядным пособием для студента.

Цель данной дипломной работы является разработка лабораторного стенда «Система управлением роботом-манипулятором». Лабораторный стенд должен представлять собой робот-манипулятор в виде крана, для перемещения металлических предметов весом до 200г, исполняющий команды с персонального компьютера.

Характеристика робота:

Тип робота: электромеханический;

Количество степеней свободы - 3шт;

Электромагнитный захват - 1шт;

Рабочая зона (угол поворота стрелы) - 0 до 180 градусов;

Длина стрелы - от 30см;

Задачи дипломной работы:

1)изучить и описать теоретическую часть, связанную с темой,

2) Разработать общую концепцию лабораторного стенда;

3) Выбрать интерфейс подключения к ПК;

4) Разработать электронную схему манипулятора;

5) Разработать конструкцию исполнительного механизма;

6) Разработать управляющую программу для манипулятора;

7) Осуществить дистанционное управление манипулятором с помощью видеокамеры.

Объектом исследования в дипломной работе является разработка робота-манипулятора.

Предметом исследования в дипломной работе является робот-манипулятор. робот микросхема стенд манипулятор

1. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Разработка общей концепции лабораторного стенда

Разработка общей концепции лабораторного стенда представлена в виде общего принципа работы крана-манипулятора, функциональной и электронной схем разрабатываемого робота-манипулятора.

Мой лабораторный стенд - это целая информационная система, которая состоит из персонального компьютера, видеокамеры и робота-манипулятора, где персональный компьютер служит мозгом, т.е. управляющим механизмом с которого вводятся команды. Робот-манипулятор является исполнительным механизмом, которым подчиняется ПК. Видеокамера контролирует работу робота-манипулятора и передает картинку с изображением непосредственных действий робота на монитор ПК, что позволяет оператору сидящему за ПК точно корректировать работу робота-манипулятора.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1 - Схема робота-манипулятора

Схема робота-манипулятора

1-двигатель поворота платформы(+5v)

2-редуктор поворота платформы.

3-пасик.

4-болт крепления каркаса.

5-редуктор подъемного механизма.

6-сматывающая планка.

7-двигатель подъемного механизма (+5v).

8-планка.

9-двигатель перемещения каретки (+5v)

10-редуктор передвижения каретки.

11-концевой выключатель.

12-передвижная каретка.

13-шкиф.

14-трос

15-электромагнит.

16-поваротный шкив.

17- концевой выключатель.

18-скоба.

19-панель большая.

20-панель.

Электронная схема манипулятора St1, St2, St3, St4, St5-Концевые выключатели.

М1-Двигатель поворота платформы.

М2-Двигатель перемещения груза.

М3-Двигатель передвижения каретки.

L293D-Микросхемы. драйверов двигателей.

К1-Электромагнит.

Рисунок 2 - Электронная схема манипулятора St1, St2, St3, St4, St5-Концевые выключатели

1.2 Используемый материал для разработки робота-манипулятора

Основной каркас конструкции выполнен из металлического конструктора, на который установлены три электромотора от игрушечных автомобилей, которые тоже крепятся при помощи. частей конструктора.

Редуктора выполнены из частей старых магнитофонов.

Подгон и установка частей производились при помощи: электродрели, натфеля, паяльника, супер-клея и прочих подручных материалов.

1.3 Этапы сборки робота-манипулятора в виде крана

1. Собираем неподвижное основание платформы. Для этого используем две большие панели, которые закреплены между собою панелью размерами меньше..

2. Собираем и устанавливаем поворотную платформу, которая. состоит из двух небольших панелей, двух планок и двух угольников.

3. Собираем и устанавливаем стрелу с подвижной кареткой, используя при этом: четыре небольших угольника,. две планки, две больших скобы.

4. Устанавливаем редуктора, протягиваем нити для подъема и опускания груза. Передвижение каретки: вперед, назад.

1.4 Изучение функциональных возможностей микросхемы L293D

Для управления двигателями робота необходимо устройство, которое бы преобразовывало управляющие сигналы малой мощности в токи, достаточные для управления моторами. Такое устройство называют драйвером двигателей

Существует достаточно много самых различных схем для управления электродвигателями. Они различаются как мощностью, так и элементной базой, на основе которой они выполнены.

Остановимся на самом простом драйвере управления двигателями, выполненном в виде полностью готовой к работе микросхемы. Эта микросхема называется L293D и является одной из самых распространенных микросхем, предназначенных для этой цели.

L293D содержит сразу два драйвера для управления электродвигателями небольшой мощности (четыре независимых канала, объединенных в две пары). Имеет две пары входов для управляющих сигналов и две пары выходов для подключения электромоторов. Кроме того, у L293D есть два входа для включения каждого из драйверов. Эти входы используются для управления скоростью вращения электромоторов с помощью широтно-модулированного сигнала (ШИМ).

L293D обеспечивает разделение электропитания для микросхемы и для управляемых ею двигателей, что позволяет подключить электродвигатели с большим напряжением питания, чем у микросхемы. Разделение электропитания микросхем и электродвигателей может быть также необходимо для уменьшения помех, вызванных бросками напряжения, связанными с работой моторов.

Принцип работы каждого из драйверов, входящих в состав микросхемы, идентичен, поэтому рассмотрим принцип работы одного из них.

К выходам OUTPUT1 и OUTPUT2 подключим электромотор MOTOR1.

На вход ENABLE1, включающий драйвер, подадим сигнал (соединим с положительным полюсом источника питания +5V). Если при этом на входы INPUT1 и INPUT2 не подаются сигналы, то мотор вращаться не будет.

Если вход INPUT1 соединить с положительным полюсом источника питания, а вход INPUT2 - с отрицательным, то мотор начнет вращаться.

Теперь попробуем соединить вход INPUT1 с отрицательным полюсом источника питания, а вход INPUT2 - с положительным. Мотор начнет вращаться в другую сторону.

Попробуем подать сигналы одного уровня сразу на оба управляющих входа INPUT1 и INPUT2 (соединить оба входа с положительным полюсом источника питания или с отрицательным) - мотор вращаться не будет.

Если мы уберем сигнал с входа ENABLE1, то при любых вариантах наличия сигналов на входах INPUT1 и INPUT2 мотор вращаться не будет.

- Входы ENABLE1 и ENABLE2 отвечают за включение каждого из драйверов, входящих в состав микросхемы.

- Входы INPUT1 и INPUT2 управляют двигателем, подключенным к выходам OUTPUT1 и OUTPUT2.

- Входы INPUT3 и INPUT4 управляют двигателем, подключенным к выходам OUTPUT3 и OUTPUT4.

- Контакт Vs соединяют с положительным полюсом источника электропитания двигателей или просто с положительным полюсом питания, если питание схемы и двигателей единое. Проще говоря, этот контакт отвечает за питание электродвигателей.

- Контакт Vss соединяют с положительным полюсом источника питания. Этот контакт обеспечивает питание самой микросхемы.

- Четыре контакта GND соединяют с «землей» (общим проводом или отрицательным полюсом источника питания). Кроме того, с помощью этих контактов обычно обеспечивают теплоотвод от микросхемы, поэтому их лучше всего распаивать на достаточно широкую контактную площадку.

Характеристики микросхемы L293D

- напряжение питания двигателей (Vs) - 4,5...36V

- напряжение питания микросхемы (Vss) - 5V

- допустимый ток нагрузки - 600mA (на каждый канал)

- пиковый (максимальный) ток на выходе - 1,2A (на каждый канал)

- логический «0» входного напряжения - до 1,5V

- логическая «1» входного напряжения - 2,3...7V

- скорость переключений до 5 kHz.

- защита от перегрева. 93D

1.5 Интерфейс подключения к Персональному Компьютеру

Робот-манипулятор будет подключаться к LPT-порту. Рассмотрим устройство LPT порта.

LPT порт - это набор контактов, на которых мы можем установить напряжение 0 или +5 В (логическая 0 и 1) из программы или это может сделать внешнее устройство снаружи. Разберемся, какими контактами мы можем оперировать, а какими нет.

Выводы порта можно разделить на четыре группы: это контакты групп «земля». Они обозначены черным цветом (контакты 18-25). Все они соединены между собой, поэтому в качестве земли можно использовать любой из них.

Красным цветом обозначены выводы так называемого регистра Data (контакты 2-9). Под регистром будем понимать объединение группы контактов LPT порта. В регистре Data их 8 штук. Это самый толковый регистр - он позволяет нам как из программы, так и из внешнего устройства установить на его контактах логическую 0 или 1, т.е. он двунаправленный. Чтобы обращаться к этому регистру, надо знать его адрес: 0x378 - в 16-ричной системе или 888 в десятичной (написано &H378 - это тоже самое что и 0x378, просто первое обозначение присуще языку Pasсal и ему подобным). Следующий регистр Status (контакты 10-13, 15). Это однонаправленный регистр. Управлять им можно только снаружи, через внешнее устройство (имеется в виду изменять данные на нем, читать можно из любого регистра в любую строну). Он имеет адрес 0x379 - в 16-ричной системе или 889 в десятичной. И регистр Control (контакты 1, 14, 16-17). Он имеет всего 4 контакта и может управляться только программой. Его адрес: 890 в десятичной системе.

В итоге мы получили:

- 8 двунаправленых контактов (регистр Data) - данные туда может записать и программа и внешнее устройство

- 5 однонаправленных контактов (регистр Status) - данные туда может записать только внешнее устройство

- 4 однонаправленных контакта (регистр Control) - данные туда может записать только программа

Пример, кода на ассемблере, который отравляет эти числа в lpt-порт, с включенным электромагнитом.

procedure TForm1.Button4Click(Sender: TObject);

var //data: byte;

i:integer;

begin

i:=0;

if data>=64 then data:=66;

if data<64 then data:=2;

while (i<40000) do

begin

. asm

. MOV DX,0378H

. MOV AL,data //data - то, что послать.

. OUT DX,AL

. end;

i:=i+1;

end;

data:=data-2;

. asm

. MOV DX,0378H

. MOV AL,data //data - то, что послать.

. OUT DX,AL

. end;

end;

1.6 Разработка управляющей программы

UserPort - это системный драйвер привилегированного режима для Windows NT/2000/XP, который дает любым программам доступ к портам ввода - вывода. Это даёт возможность обратиться к аппаратным средствам непосредственно от нормально выполняемой программой, таким же образом как это делается под Windows 95/98/ME. Этот драйвер не работает на Windows 95/98/ME, т.к. в этом нет необходимости. Драйвер может использоваться для следующих целей:

- чтобы выполнять программное обеспечение на Windows NT/2000/XP, которое обычно работает только на Windows 95/98/ME;

- чтобы легко обратиться к аппаратным средствам - параллельному порту и другим портам Ввода - вывода.

С помощью программы UserPort мы получаем прямой доступ к LPT-порту.

Код программы интерфейса управления разработан на Borland Delphi 7.

Кнопка «Влево» отвечает за поворот платформы в левую сторону.

Кнопка «Вправо» отвечает за поворот платформы в правую сторону.

Кнопка «Вверх» отвечает за поднятие груза.

Кнопка «Вниз» отвечает за опускание груза.

Кнопки «Вперед-назад» служат для управления подвижной кареткой.

Кнопки «Включение-выключение» служат для управления электромагнитом.

1.7 Организация удаленного управления краном с помощью web-камеры

Подключив web-камеру, получаем возможность дистанционного управления краном. В качестве эксперимента была подключена камера D-Link DSB-C120 со стандартным ПО. Изображение с камеры выводилось на монитор, где была запущена управляющая программа и таким образом оператор может работать с манипулятором без непосредственного контакта с внешней средой.

Подключение видеокамеры открывает дальнейшие перспективы в развитии лабораторного стенда, как с практической точки зрения, так и для использования в процессе обучения. На видеоизображении возможно отслеживание перемещения электромагнита и получение координат груза в реальном времени, что позволит ставить перед обучающимися студентами следующие серьезные задачи:

- гашение колебаний груза при перемещении;

- раскачивание груза с эффектом резонанса;

- бросок груза в определенную точку в пространстве.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результатом дипломного проектирования является учебный стенд в виде робота-манипулятора. С помощью стенда студенты получают наглядное пособие вида робота, его составных частей и процесс работы.

Таким образом, лабораторный стенд служит удобным наглядным материалом для студентов, и может использоваться в учебном процессе для обучения программированию.

В ходе проделанной работы можно сделать вывод, что цель и задачи дипломного проекта выполнены.

Проведенная работа является экономически обоснованной, а также экологичной и безопасной с точки зрения жизнедеятельности, что показано в соответствующих разделах пояснительной записки.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены