Identyfikacja parametrów geometrycznych robota dydaktycznego ROMIK

Transkrypt

1 Ientyfikacja parametrów geometrycznych robota yaktycznego ROMIK I. Dul eba, A. Mazur, M. Wnuk Cel ćwiczenia. Celem ćwiczenia jest zapoznanie sie ze struktura kinematyczna robota yaktycznego ROMIK oraz ientyfikacja jego parametrów geometrycznych. Postawy teoretyczne.. Charakterystyka robota ROMIK. Robot yaktyczny ROMIK jest ma lym manipulatorem napezanym silnikami skakowymi. Sterownik wbuowany o robota wykorzystuje mikrokontroler MC68. Oprogramowanie sterownika komunikuje sie z komputerem narzenym przy pomocy asynchronicznej transmisji szeregowej (900, 8N). Pozwala to na sterowanie reczne (nie wykorzystywane w ćwiczeniu) oraz na zaawanie i oczytywanie chwilowych po lożeń silników (m i ). Po lożenia napeów wyrażone sa w postaci liczb ca lkowitych oznaczajacych ilość skoków zliczana o pewnego (umownego) stanu poczatkowego. Ustalenie stanu poczatkowego po w l aczeniu sterownika obywa sie automatycznie przez oprowazenie poszczególnych osi o po lożeń, w których sa w l aczone wy l aczniki krańcowe (proceura synchronizacji). W tej konfiguracji, zwanej konfiguracja synchronizacji, wszystkie liczniki po lożenia silników sa ustawiane na wartość Każorazowe wy l aczenie zasilania napeów powouje utrate informacji o pozycji i konieczność powtórzenia proceury synchronizacji. e wzgleu na bezpośrenie przeniesienie napeu na przeguby (osie) i, ich wy l aczniki krańcowe sa osiagane przy ustalonych wartościach katów {θ Si = q Si i =, }, co opowiaa ustalonym pozycjom silników m S, m S. Nape przegubu obywa sie wzgleem ogniwa (a nie ), wobec czego wy l acznik krańcowy w tym przegubie jest osiagany przy ustalonej wartości kata θ S = q S q S, a wiec również przy wielu innych parach katów q, q i opowiaajacych im pozycjach silników m, m. Nape przegubów i 5 obywa sie również wzgleem ogniwa, za pośrenictwem mechanizmu różnicowego. miana kata q jest proporcjonalna o sumy zmian pozycji silników m + m 5, a zmiana kata q 5 - o ich różnicy (m 5 m ). Tu również wy l aczniki krańcowe napeów i 5 sa osiagane przy wielu konfiguracjach q, q, q 5.. Struktura kinematyczna la wspó lrz enych przegubowych θ i. Schemat ieowy robota yaktycznego ROMIK przestawiono na rys.. Na końcu każego ogniwa robota o l aczony jest uk la lokalny stowarzyszony z tym ogniwem. P laszczyzna planarności robota jest wyznaczona przez osie X i Y uk lau bazowego (postawowego). Osie:,, i sa prostopa le o p laszczyzny planarności. Wspó lrzenymi wewnetrznymi sa: θ - kat obrotu kolumny [ ], θ - kat ochylenia ramienia wzgleem pionu (osi ) [ ],

2 X 0 X X θ θ 5 θ X 0 θ θ X Y 0 Rysunek : Struktura kinematyczna robota yaktycznego ROMIK la stanarowych wspó lrz enych przegubowych. θ - kat ochylenia przeramienia wzgleem ramienia [ ], θ - kat ochylenia chwytaka wzgleem przeramienia [ ], θ 5 - kat obrotu chwytaka wokó l w lasnej osi [ ], θ 6 - rozstaw szcz ek chwytaka Jako wspó lrzene zewnetrzne wybrano nastepuj ace zmienne x, y, z - wspó lrz ene kartezjańskie końca efektora wyrażone w uk lazie bazowym X 0 Y 0 0 [mm], β - kat poejścia chwytaka (kat pomiezy nieskrecon a p laszczyzna chwytaka a p laszczyzna pozioma) [ ], φ - kat obrotu chwytaka wokó l w lasnej osi [ ], s - rozstaw szcz ek chwytaka

3 . Transformacja Denavita-Hartenberga la zmiennych θ i. Prosty moel kinematyki la robota ROMIK uzyskuje sie przy użyciu notacji Denavita-Hartenberga. Transformacja Denavita-Hartenberga pomiezy lokalnymi uk laami wspó lrzenych stowarzyszonymi z poszczególnymi ogniwami robota jest nastepuj aca 0 - : A (θ ) = Rot( z, θ ) Rot( x, 90 ), - : A (θ ) = Rot( z, θ 90 ) Trans( x, ), - : A (θ ) = Rot( z, θ ) Trans( x, ), - : A (θ ) = Rot( z, θ ) Trans( x, ), gzie symbolami i oznaczono nastepuj ace parametry geometryczne robota - lugość ramienia [mm], - lugość przeramienia [mm], - lugość chwytaka. Struktura kinematyczna la zmoyfikowanych wspó lrz enych przegubowych q i. e wzgleu na omówiona wcześniej konstrukcje napeów robota ROMIK celowe wyaje sie uzyskanie moelu kinematyki w tzw. zmoyfikowanych wspó lrzenych przegubowych [] q - kat obrotu kolumny [ ], q - kat ochylenia ramienia o pionu (osi Y ) [ ], q - kat ochylenia przeramienia o pionu (osi Y ) [ ], q - kat ochylenia chwytaka o pionu (osi Y ) [ ], q 5 - kat obrotu chwytaka wokó l w lasnej osi [ ], q 6 - rozstaw szcz ek chwytaka Schemat ieowy robota yaktycznego ROMIK z oznaczeniem zmoyfikowanych wspó lrzenych przegubowych przestawiono na rysunku. Wspó lrzene zewnetrzne sa takie same jak la stanarowych wspó lrzenych przegubowych..5 Transformacja Denavita-Hartenberga la zmoyfikowanych zmiennych q i. Transformacja Denavita-Hartenberga la wspó lrzenych zmoyfikowanych, opowiaajaca lokalnym uk laom wspó lrzenych z rysunku jest nastepuj aca 0 - : A = Rot( z, q ) Rot( x, 90 ),

4 X 0 X q q q X q 5 X q 0 X Y 0 Rysunek : Struktura kinematyczna robota yaktycznego ROMIK la zmoyfikowanych wspó lrz enych przegubowych. - : A = Rot( z, q 90 ) Trans( x, ), - : A = Rot( z, q q ) Trans( x, ), - : A = Rot( z, q q ) Trans( x, ). Wiać, że miezy klasycznymi wspó lrzenymi przegubowymi θ i robota (zefiniowanymi wzgleem uk laów lokalnych stowarzyszonych z poszczególnymi ogniwami robota) a wspó lrzenymi zmoyfikowanymi q i wyrażajacymi po lożenie przegubów wzgleem osi ustalonej 0 zachoza nastepuj ace zwiazki q = θ, q = θ, q = θ + θ, q = θ + θ + θ,

5 q 5 = θ 5, q 6 = θ 6. Przebieg ćwiczenia.. Obs luga stanowiska. Stanowisko laboratoryjne sk laa sie z robota ROMIK oraz komputera PC po l aczonego ze sterownikiem robota za pośrenictwem portu szeregowego (ttys - COM). Oprogramowanie stanowi program ient uruchamiany w śroowisku systemu Linux.. ROMIK powinien być ustawiony przy krawezi sto lu, równolegle o niej ta ściana postawy, na której umieszczono wy l acznik. Prze uruchomieniem programu należy w l aczyć zasilanie ROMIK-a i poczekać na zakończenie synchronizacji (zatrzymanie wszystkich silników). Po uruchomieniu programu ient powinna nastapić powtórna synchronizacja, a na ekranie pojawi sie menu: Ientyfikacja parametrow geometrycznych robota ROMIK Synchronizacja zakonczona. Przestrzen napeowa: m= 5000 m= 5000 m= 5000 m= 5000 m5= 5000 m6= 5000 Przestrzen konfiguracyjna: q= q= -.7 q= 86.6 q= 6.09 q5= 0.00 q6= 0.00 Przestrzen zaaniowa: x=.9 y= 0.08 z= 6.9 b= 6.09 f= 0.00 s= 0.00 I. Ustawienie pozycji we wspolrzenych wewnetrznych X. Oczytanie pozycji we wspolrzenych zewnetrznych Q. Koniec Komena I pozwala zaawać konfiguracj e robota we wspó lrz enych q i (wprowazenie pustej linii powouje pozostawienie otychczasowej wartości). Po zakończeniu wprowazania nast epuje wykonanie ruchu. Komena X poaje oczyt po lożenia robota w trzech uk laach wspó lrz enych: {m i } - przestrzeń nap eowa (pozycje silników wyrażone w impulsach) {q i } - przestrzeń konfiguracyjna, {x, y, z, β, φ, s} - przestrzeń zaaniowa. Komena Q powouje zakończenie pracy programu ient i wy l aczenie zasilania napeów. 5

6 . Wst epne przygotowanie o ćwiczenia.. używajac transformacji Denavita-Hartenberga przestawionej w rozziale. obliczyć prosty moel kinematyki lub (θ,..., θ 6 ) (x, y, z, β, φ, s), (q,..., q 6 ) (x, y, z, β, φ, s),. zastanowić si e, jak należy wybrać konfiguracj e robota yaktycznego ROMIK, aby z równań kinematyki uzyskać jenoznacznie wartości parametrów geometrycznych, i.. aanie o wykonania. Poruszajac poszczególnymi przegubami robota ustalić po lożenie uk lau bazowego oraz sprawzić, jakie zakresy zmnienności maja poszczególne wspó lrzene wewnetrzne θ i (lub q i ). Aby zientyfikować parametry geometryczne i należy rozpoczać o ustawienia robota w pewnej konfiguracji poprzez zaanie określonych wartości wspó lrzenych wewnetrznych θ i (lub q i ). Nastepnie la tak zaanej konfiguracji należy oczytać opowiaajace jej wspó lrzene zewnetrzne z menu programu. W sprawozaniu należy umieścić wyliczony prosty moel kinematyki i w oparciu o ten moel wyliczyć z uk lau równań sta le i. Bibliografia [] K. Tchoń, A. Mazur, I. Dul eba, R. Hossa, R. Muszyński: Manipulatory i roboty mobilne: moele, planowanie ruchu, sterowanie, Akaemicka Oficyna Wyawnicza PLJ, Warszawa,