Prototypowanie sterownika dla robota 2DOF

Transkrypt

1 Prototypowanie sterownika dla robota 2DOF Opis techniczny robota. Robot 2DOF jest zespołem dwóch ramion o następujących danych: Liczba osi dwie. Rodzaj napędu silniki elektryczne prądu stałego typu PZTK Zakres ruchów dla obu osi 8 stopni. Wysokość 22 mm. Długość ramienia osi 63 mm. Długość ramienia osi 2 5 mm. Prędkości maksymalne dla obu osi 3.25 obr/min. Robot zbudowany jest w oparciu o układ mechaniczny i elektryczny. Układ mechaniczny składa się z następujących części: Stojak manipulatora Ramię z przekładnią harmoniczną HDUC-2 o przełożeniu 28:. Ramię 2 z przekładnią harmoniczną HDUC-2 o przełożeniu 28:. Przekładnia pasowa zębata o przełożeniu : do napędu przekładni ramienia 2. Na układ elektryczny składają się: Napęd ramienia i 2 silniki prądu stałego PZTK Enkodery typu MBL - 5 do pomiaru położenia ramienia i 2 o następujących danych technicznych: Konstrukcja - miniaturowe optoelektroniczne przetworniki obrotowo impulsowe o średnicy 28 mm, oś 5 mm. Napięcie zasilania - ±5VDC z tolerancją.25v. Liczba działek na obrót 5. Typowy pobór prądu < ma. Sygnały wyjściowe A, B, C nadajnik linii, 2 ma. Przesunięcia fazowe A i B 9 stopni Zbocza sygnałów wyjść < μs. Maksymalna częstotliwość sygnałów wyjść 5 khz. Typowa żywotność LED 5 h.

2 63 5 Podstawowe zespoły robota z Rys.:. Napęd manipulatora. 2. Przekładnia harmoniczna ramienia. 3. Przekładnia harmoniczna ramienia Przekładnia pasowa zębata. 5. Silnik napędu ramienia. 6. Silnik napędu ramienia Stojak stanowiska Rys. Układ ramion robota. Zespoły napędowe poszczególnych osi obejmujące silnik prądu stałego, przekładnię oraz enkoder zliczający do pomiaru położenia kątowego (umieszczony przed przekładnią) połączone są z komputerem poprzez kartę DS4 systemu dspace (wejścia enkoderowe karty wykorzystane do pomiaru położenia, wyjścia przetwornika DA do wysyłania sygnału sterującego do zespołów napędowych, wejścia cyfrowe do pomiaru stanu czujników bazowych). 2

3 . Należy uruchomić Matlab R26b. Następni uruchomić środowisko Simulink. Po ukazaniu się okna Simulink Start Page, z zakładki My Templates wybrać RTI4. W środowisku Simulink zrealizować w postaci schematu blokowego sterownik dla robota (serwomechanizmy z regulatorem P), przy wykorzystaniu bloków z biblioteki Simulink-a oraz bloków związanych z kartą DS4 (biblioteka dspace RTI4/DS4 MASTER PPC). Bloki realizujące funkcje pomiarowe i sterujące karty DS2 potrzebne do realizacji schematu to: DS4ENC_POS_C DS4ENC_SETUP DS4DAC_C - pomiar sygnału z enkodera - blok ustawiający typ enkoderów - wysyłanie sygnału sterującego Dla bloku DS4ENC_POS_C z dwóch wyjść które w nim występują należy wykorzystać wyjście Enc position, (na drugim umieścić Terminator). Blok DS4ENC_SETUP, umożliwiający ustawienie typu wykorzystywanych enkoderów, musi być umieszczony w schemacie blokowym dla zapewnienia poprawnej pracy układu. Blok ten nie ma połączeń z innymi blokami. Dla uzyskania pomiaru położenia osi robota należy na wyjściu bloku DS4ENC_POS_C umieścić blok realizujący następującą operację , przeliczającą zliczone impulsy z enkodera na stopnie, uwzględniając rozdzielczość enkodera (5 impulsów/obrót) oraz przekładnię osi. W tworzonym schemacie blokowym, regulator w serwomechanizmach dla poszczególnych osi robota, ustawić na działanie proporcjonalne o wzmocnieniu.2. Sygnał sterujący wyliczony przez regulator powinien być, przed podaniem na wyjście, ograniczony do 3 (wykorzystać blok Saturation) oraz wprowadzony na blok Rate Limiter (parametry: 5, -5). Przed wejściem na blok DS4DAC należy umieścić blok Gain o wzmocnieniu. (wymaganie karty DS4 związane z normowaniem sygnału). 2. Wykorzystując narzędzie Real-Time Interface wygenerować i załadować do karty DS4 aplikację czasu rzeczywistego odpowiadającą zrealizowanemu schematowi blokowemu: - w oknie roboczym wybrać Code /C/C++ Code/Code Generation Options - w zakładce Solver sprawdzić ustawienie parametrów Stop time : inf Solver options: Type: Fixed-step oraz metodę całkowania (Euler) w podzakładce Additional Options Fixed step size:. (jest to krok próbkowania) - powrócić do zakładki Code/C/C++ Code po czym wybrać opcję Build Model (Ctrl+B) ; wybór tej opcji powoduje automatyczną generację kodu C ze schematu 3

4 blokowego, kompilację, linkowanie i załadowanie aplikacji do karty DS4, która przejmuje wykonywanie programu. 3. Przy pomocy pakietu ControlDesk zbudować pulpit operatorski umożliwiający komunikację z procesem realizowanym na karcie DS4, tzn. zmiany i monitorowanie parametrów procesu oraz obserwacje i rejestrowanie przebiegów zmiennych: - po otwarciu ControlDesk wybrać File / New a następnie Create New Project and Experiment - nadać nazwę dla tworzonego projektu oraz ustawić właściwą kartotekę, po czym wybrać NEXT> - nadać nazwę dla eksperymentu, wybrać Next> - w kolejnym oknie zaakceptować platformę DS4 R&D Controller Board, wcisnąć Next> - korzystając z opcji Import from file wczytać z odpowiedniej kartoteki zbiór nazwa_aplikacji.sdf zawierający informacje o zmiennych realizowanej aplikacji, wcisnąć Finish - w polu roboczym, przy pomocy dostępnych wirtualnych narzędzi (zakładka Instrument Selector), utworzyć panel operatorski - przypisać zmienne do wirtualnych narzędzi na pulpicie - uruchomienie utworzonego panelu (uruchomienie komunikacji z aplikacją czasu rzeczywistego) poprzez wybranie przycisku Start Measuring. Program ćwiczenia:. Zrealizować w środowisku Simulink-a schemat blokowy sterownika dla robota (pokazany na rysunku poniżej). 2. Ustawić parametry dla poszczególnych bloków: - przeliczenie pomiaru: 2 8 blok K : wpisać 2 8 blok K2 : wpisać - ograniczenia dla wartości zadanych: blok zakres : 6 blok zakres2 : 6 - ograniczenia dla sygnału sterującego: blok ogr ogr2 : 3 blok Rate Limiter : 5 blok Rate Limiter2 : 5 3. Wygenerować ze schematu blokowego aplikację czasu rzeczywistego. 4. W środowisku programu ControlDesk zbudować pulpit operatorski umożliwiający komunikację z aplikacją i przeprowadzić testy działania. 4

5 ENCODER MASTER SETUP D Q DS4 ENC_SETUP zad C!Q.2. DAC D Latch zakres P ogr Rate Limiter Gain DS4 DAC_C Terminator 2 Tryb OR Logical Operator Enc position Enc delta position DS4ENC_POS_C -K- K Terminator Start D Q.2. DAC zad2 C!Q zakres2 P2 ogr2 Rate Limiter 2 Gain 2 DS4 DAC_C2 D Latch Terminator 3 Enc position Enc delta position DS4ENC_POS_C 2 -K- K2 Terminator Rys. Schemat blokowy prototypu sterownika dla robota Scara 5