mgr in. Maciej Pabel2, mgr in. Marcin Prokopiak2, dr hab. in. Piotr Skrzypczyski1
1)
Instytut Automatyki i Inynierii Informatycznej, Politechnika Poznaska, ul. Piotrowo 3A, 60-965 Pozna,2) P.P.H. WObit, ul. Gruszkowa 4, 61-474 Pozna
ROBOT TYPU SCARA O OTWARTEJ ARCHITEKTURZE
SPRZTOWO-PROGRAMOWEJ
W niniejszej pracy przedstawiono konstrukcj i oprogramowanie niewielkiego robota manipulacyjnego typu SCARA charakteryzujcego si otwartoci architektury sprztowo–programowej oraz niewielkimi kosztami budowy. Robot ten, wyposaony w szerok gam interfejsów komunikacyjnych oraz graficzne, przyjazne dla uytkownika rodowisko programowania przeznaczony jest gównie do celów edukacyjnych, lecz moe by take uyty do realizacji prostych prac w przemyle, zastpujc nieporównywalnie drosze roboty w ukadzie SCARA dostpne obecnie na rynku.
A LOW–COST, OPEN ARCHITECTURE SCARA–TYPE ROBOT
In this paper the design and software of a low-cost SCARA-type robot are presented. This robot has an open, modular architecture of the controller which can be easily extended by adding both additional effectors (robot axis) and sensors. The user of this robot has a broad choice of the communication interfaces to connect the robot to a PC, and a simple, user-friendly graphical programming environment. The main purpose of the developed robot is education, however the robot can be also an attractive choice for small or medium enterprises seeking a low-cost robotic solution to their packaging, sorting or assembly tasks.
1. WSTP
Obserwujc rynek robotów przemysowych oraz ich aplikacje w Polsce mona zauway, e brak jest prostych, bardzo tanich manipulatorów przeznaczonych dla maych i rednich przedsibiorstw. Budet wikszoci z nich nie pozwala na wdroenie wzgldnie drogich robotów przemysowych oferowanych przez duych producentów. Pewne parametry takich robotów, a w szczególnoci szybko dziaania i bardzo dua precyzja pozycjonowania pozostaj niewykorzystane w wielu prostszych zastosowaniach, takich jak produkcja opakowa z tworzyw sztucznych (pakowanie, paletyzacja), czy te nanoszenie spoiwa (klejenie). Sytuacja ta skonia poznask firm WObit dziaajc gównie w brany napdów elektrycznych, sterowników i elementów automatyki, do zainicjowania projektu prostego robota manipulacyjnego, który mógby zapeni wspomnian luk rynkow. Inicjatywa ta zbiega si z zainteresowaniem Instytutu Automatyki i Inynierii Informatycznej (IAiII) Politechniki Poznaskiej moliwoci rozwinicia bazy posiadanych robotów edukacyjnych. Manipulator dydaktyczny, poza niskim kosztem, umoliwiajcym wdroenie wikszej liczby jednostek, powinien charakteryzowa si take otwartoci systemu sterowania oraz moliwoci rozbudowy i modyfikacji (moduowoci).
W ramach wspópracy midzy IAiII a firm WObit zaprojektowany zosta i wykonany prototyp robota manipulacyjnego speniajcy najwaniejsze wymagania postawione w obu obszarach aplikacji: robota uytkowego dla przedsibiorstw o ograniczonych moliwociach finansowych oraz manipulatora dydaktycznego.
Sporód wielu moliwych struktur kinematycznych manipulatorów wybrano konfiguracj SCARA (Selective Compliant Articulated Robot for Assembly)*. Manipulator typu SCARA zosta opracowany w kocu lat siedemdziesitych ubiegego wieku w zespole prof. Hiroshi Makino z Yamanashi University (Japonia) [9]. Manipulatory SCARA s klasyfikowane w grupie robotów monolitycznych o szeregowej strukturze kinematycznej. Posiadaj dwie lub trzy obrotowe pary kinematyczne o osiach równolegych, które umoliwiaj ruch w pewnej paszczynie, oraz jedn par przesuwn, realizujc ruch w kierunku prostopadym do tej paszczyzny [1]. Ukad SCARA charakteryzuje si du sztywnoci w paszczynie ruchu pionowej osi przesuwnej oraz pewn podatnoci w paszczynie ruchu par obrotowych, std okrelane s mianem selektywnie podatnych (selective compliant). Ukady napdowe par obrotowych nie musz podtrzymywa ciaru samego manipulatora czy te przenoszonego przedmiotu. Ponadto, silniki napdzajce dwie pierwsze pary obrotowe manipulatora SCARA mog zosta zabudowane w osi jego podstawy, a wic take nie obciaj ramienia. Powysze cechy konstrukcyjne ukadu SCARA oraz wzgldnie prosta konstrukcja mechaniczna ruchomych czonów manipulatora (cz obrotowa jest mechanizmem paskim) sprawiaj, e konfiguracja ta jest chtnie stosowana w przemyle, a manipulatory SCARA maj w swej ofercie wszyscy gówni producenci robotów przemysowych. Manipulatory SCARA, ze wzgldu na swoje cechy oraz ksztat przestrzeni roboczej jest najbardziej przydatny do wykonywania zada na paszczynie. Roboty tego typu wykorzystywane s gównie przy montau elementów i podzespoów, ale take przy powtarzalnym przenoszeniu detali oraz ich sortowaniu. Roboty takie s te chtnie uywane w aplikacjach zwizanych z wytwarzaniem obwodów drukowanych.
Manipulatory typu SCARA maj te znaczny potencja jako roboty edukacyjne. S chtnie stosowane w dydaktyce zwizanej z przetwarzaniem obrazu, komputerowo zintegrowanym wytwarzaniem, mechatronik [11] oraz telemanipulacj [4]. W wielu zastosowaniach edukacyjnych i badawczych szczególnie istotne wydaj si takie cechy ukadu SCARA jak niewielka ilo miejsca zajmowanego przez robota przy relatywnie duej przestrzeni roboczej oraz nieskomplikowana konstrukcja mechaniczna, która przyczynia si do duej odpornoci na "ze traktowanie" przez uytkowników. Podstawowe zaoenia konstrukcyjne projektowanego robota zostay sformuowane nastpujco:
x zasig ramienia porównywalny z konstrukcjami dostpnymi na rynku (od 300 mm do 350 mm);
x niski koszt wykonania robota;
x prosta konstrukcja mechaniczna, technologicznie przystosowana do wytwarzania maoseryjnego;
x moduowy ukad sterowania umoliwiajcy dalsz rozbudow robota (dodatkowe osie, czujniki);
x programowanie z komputera PC z moliwoci sterowania z komputera oraz pracy samodzielnej po jego odczeniu;
x szeroka gama interfejsów komunikacyjnych i moliwo wizualizacji stanów robota w czasie rzeczywistym;
x prosty, wizualny sposób programowania robota z nowoczesnym interfejsem graficznym. Decyzj, która istotnie zawaya na konstrukcji i parametrach zbudowanego prototypu manipulatora by wybór do jego napdu silników krokowych. Ten rodzaj silników elektrycznych ma wiele zalet, midzy innymi moliwo szybkiego rozbiegu, hamowania oraz zmiany kierunku a take precyzyjnego pozycjonowania, ma te jednak wady, takie jak trudnoci przy pracy z bardzo maymi prdkociami oraz moliwo pojawienia si rezonansu
maksymalnego ograniczenia kosztów robota: moliwoci sterowania w otwartej ptli regulacji oraz dostpnoci w ofercie firmy WObit silników krokowych charakteryzujcych si oyskami kulkowymi o znacznej rednicy, co umoliwio osadzenie manipulatora bezporednio na osi silnika i uproszczenie konstrukcji mechanicznej. Take ze wzgldu na ograniczenie kosztów zrezygnowano z trzeciej osi obrotowej, która w wikszoci robotów SCARA realizuje zmian orientacji efektora kocowego. Na rys. 1A przedstawiono ogóln struktur ramienia robota S08 zbudowanego we wspópracy IAiII i WObitu: 1 - silnik krokowy I czonu, 2 - silnik krokowy II czonu, 3 - aktuator liniowy III czonu, 4 - ruba aktuatora liniowego, 5 - czon I, 6 - czon II, 7 - czon III. Rys. 1B przedstawia gówne wymiary robota S08.
Rys. 1. Struktura robota S08 (A) i jego podstawowe wymiary (B)
Do wiodcych producentów manipulatorów SCARA nale m.in. Adept, Bosch, Epson, Kawasaki, KUKA, Toshiba, Yamaha. W ofertach wikszoci z wymienionych producentów znajduj si manipulatory zblione wielkoci do robota S08. Przykadami mog by modele:
Adept Technology COBRA s350, Toshiba Machine TH350, Epson E2C351s oraz KUKA KR5 SCARA R350. Wszystkie te roboty maj zasig ramion okoo 350 mm i mona zaliczy je do
tej samej klasy, do której naley S08. Pozwala to na wykorzystanie powstaego manipulatora w podobnych aplikacjach, co istniejce roboty. Naley zwróci uwag, e w porównaniu do prototypu S08 wymienione tu roboty przemysowe charakteryzuj si lepszymi parametrami dotyczcymi udwigu, prdkoci oraz dokadnoci pozycjonowania kocówki roboczej, koszt ich zakupu jest jednak zdecydowanie wikszy ni koszt opisywanego tu rozwizania.
2. KONSTRUKCJA MECHANICZNA I NAPDY 2.1. Struktura mechaniczna ramienia manipulatora
Konstrukcja mechaniczna manipulatora zostaa zaprojektowana z uwzgldnieniem moliwoci wykonawczych, jakimi dysponowano. Charakter konstrukcji wykluczy zastosowanie technologii odlewu, która jest opacalna jedynie przy produkcji wielkoseryjnej. Poszczególne czony manipulatora wykonano z paskich elementów wycitych z blachy przy wykorzystaniu maszyny CNC, co jest najtaszym rozwizaniem dla produkcji pojedynczych egzemplarzy, a jednoczenie zapewnia odpowiedni jako i powtarzalno wykonania [6]. Poniewa S08 ma spenia take rol robota edukacyjnego, jego rami musiao posiada zamknit konstrukcj, osaniajc elementy wewntrzne. Konstrukcj oparto wic o struktur warstwow, czon rubami, co zapewnia odpowiedni wytrzymao i sztywno konstrukcji, a jednoczenie uatwia monta i serwis urzdzenia. Jako materiau konstrukcyjnego uyto duraluminium PA6 (ENAW-2017A), wykorzystujc arkusze blachy o gruboci 5 mm.
Rys. 2. Konstrukcja I czonu manipulatora: podstawowe elementy (A) i zoone ogniwo (B)
Na czon pierwszy skadaj si trzy podstawowe elementy oraz dodatkowe detale, niezbdne przy mocowaniu napdów i elektroniki robota (rys. 2). We wntrzu tego czonu umieszczono przekadni pasow z pasem zbatym [12] przekazujc ruch obrotowy do drugiego czonu robota. Konstrukcja mechaniczna drugiego czonu jest bardzo zbliona do budowy czonu pierwszego. Ostatni czon manipulatora wykonuje ruch translacyjny. Do realizacji przesuwu wykorzystano aktuator liniowym, którego ruba jest mocowana ruchomo na detalu podstawowym tego czonu. Wykorzystano oysko liniowe (osadzone w czonie drugim) oraz wa pokryty teflonem.
2.2. Napdy robota
Pierwszy czon manipulatora poruszany jest przy uyciu silnika krokowego 85BYGH450A, który ma moment 4,1 Nm i oysko kulkowe o duej rednicy, co umoliwio osadzenie manipulatora bezporednio na jego osi. Dua masa (2,8 kg) silnika nie miaa w tym przypadku znaczenia, poniewa zosta on umieszczony w podstawie robota. Pierwsza o moe by przemieszczana o +/- 150o z maksymaln prdkoci 360o/s oraz pozycjonowana z rozdzielczoci 0,1125o. Do napdu drugiego czonu naleao wykorzysta silnik o jak najmniejszej masie, ze wzgldu na umiejscowienie go na ruchomym pierwszym czonie manipulatora. Zdecydowano si na model 57BYGH803 o masie 1,1 kg, który cechuje si momentem 1,4 Nm. Zakres ruchu drugiej osi wynosi +/- 140o, jej rozdzielczo ktowa 0,1125o, a maksymalna prdko ruchu 360 o/s. Ruch liniowy trzeciej osi zrealizowano przy uyciu niewielkiego silnika krokowego ze rub, typu 35BYZ-B01. Taki aktuator liniowy zapewnia du rozdzielczo przesuwu (0,0254 mm) i posiada niewielk mas oraz mae wymiary, co pozwolio na zamknicie go wewntrz drugiego czonu manipulatora. Jego wadami s natomiast niska prdko przesuwu (10 mm/s) i niewielkie wysunicie maksymalne (do 70 mm). Wszystkie silniki wykorzystane w konstrukcji robota zostay wybrane z oferty firmy WObit [14].
3. ARCHITEKTURA i OPROGRAMOWANIE STEROWNIKA ROBOTA 3.1. Sterownik nadrzdny
W robocie S08 zastosowano moduow struktur sterownika, który zosta podzielony na sterownik nadrzdny (tzw. pyt gówn) oraz kontrolery poszczególnych osi. Kady modu posiada odrbny mikrokontroler, a komunikacja midzy nimi odbywa si po szeregowej magistrali SPI [5]. Przyjcie takiej architektury sterownika uwarunkowane byo znacznym stopniem komplikacji jego struktury, co wynika z obecnoci wielu urzdze peryferyjnych, koniecznoci wykonywania zoonych oblicze w czasie rzeczywistym oraz chci uzyskania rozwizania otwartego, podatnego na rozbudow i modernizacj (rys. 3).
Zaprojektowany sterownik umoliwia samodzieln prac robota S08 bez nadzoru komputera PC, po wczeniejszym zaprogramowaniu. Podstawowe funkcje wypeniane przez sterownik nadrzdny robota to:
x nadzór nad sterownikami osi poprzez system przerwa i cykliczne odpytywanie; x rozwizywanie zada kinematyki prostej i odwrotnej;
x odtwarzanie zaprogramowanej uprzednio trajektorii; x komunikacja z uytkownikiem.
Sterownik ten zosta zbudowany w oparciu o silny, 32-bitowy mikroprocesor AT91SAM7S256 firmy Atmel [10]. Jest to poczenie wydajnego rdzenia ARM7TDMI z du liczb rozbudowanych urzdze peryferyjnych. Sterownik zosta wyposaony w nieulotn pami Flash. Cz pamici jest zarezerwowana do przechowywania kodu programu napisanego przez uytkownika robota, reszta suy do przechowywania danych serwisowych. Znaczna pojemno pamici (256 KB) umoliwia zapamitanie przez robota zoonych sekwencji ruchów, a w poczeniu z zegarem czasu rzeczywistego umoliwia logowanie wszystkich stanów awaryjnych, co jest bardzo pomocne przy serwisowaniu urzdzenia.
Sterownik nadrzdny zosta wyposaony w ukady transmisyjne Ethernet, USB i RS-232 suce do komunikacji z komputerem PC. Pierwszy rodzaj transmisji zaimplementowano (przy uyciu ukadu ENC28J60 firmy Microchip [8]) jako gówny sposób komunikacji manipulatora z komputerem PC. Dua szybko przesyania danych jest niezbdna midzy innymi przy wizualizacji stanu robota w czasie rzeczywistym. Magistrala RS-232 znajduje natomiast zastosowanie jako interfejs diagnostyczny robota lub rodek komunikacji z innymi urzdzeniami w jego otoczeniu. cze RS-232 (lub USB) umoliwia podczenie prostego panelu sterujcego, a take urzdzenia podrzdnego – np. sterownika przenonika tamowego lub stolika pozycjonujcego obrabiany element. Na pycie gównej znajduje si take gniazdo suce do podczenia kolorowego, ciekokrystalicznego wywietlacza graficznego. Umo- liwia on wizualizacj podstawowych informacji o stanie robota bez uycia komputera PC. Na pycie gównej umieszczone zostay cztery gniazda na kontrolery osi. W prototypie S08 wykorzystywane s trzy sterowniki osi. Wolne gniazdo umoliwia atw rozbudow manipulatora o czwarty stopie swobody, bez koniecznoci modyfikacji sterownika nadrzdnego. W konstrukcji pyty sterownika przewidziano take moliwo podczenia akcelerometru LIS3l02 firmy STMicroelectronics przy wykorzystaniu specjalnie przygotowanego zcza [3]. Rozbudowa robota o ten czujnik umoliwiajcy pomiar przyspieszenia efektora kocowego moe by interesujca w zastosowaniach dydaktycznych. Moliwa jest take rozbudowa sterownika nadrzdnego o czujniki wykorzystujce magistral jednoprzewodow (1-Wire).
W celu zapewnienia bezpieczestwa oraz niezawodnoci pracy robota, jego ukad sterowania posiada odrbne zasilanie. Na pycie gównej zosta umieszczony czterostopniowy ukad zasilania, który dostarcza energii do wszystkich komponentów elektronicznych robota.
3.2. Sterowniki osi
W robocie S08 zastosowano 3 identyczne sterowniki osi. Kady z nich, podobnie jak ukad nadrzdny, zosta oparty na 32-bitowym mikrokontrolerze z rdzeniem ARM. Sterowniki wpinane s w pyt gówn przy pomocy specjalnych gniazd, a komunikuj si z reszt systemu przez magistral SPI z czstotliwoci 24 MHz. Gówne zadania sterowników osi to: x regulacja pooenia osi;
x wyznaczanie i kontrola profilu prdkoci osi;
x obsuga efektora kocowego (np. chwytaka) w przypadku kontrolera trzeciej osi.
W zwizku z uyciem silników krokowych duej mocy konieczne byo wykorzystanie wysokonapiciowych sterowników jako kocówek mocy. Zastosowane urzdzenia, wybrane z oferty firmy WObit [15], pozwalaj na realizacj sterowania mikrokrokowego, które zapewnia bardziej pynn prac silnika.
Po gbszej analizie rozwiza konstrukcyjnych istniejcych robotów SCARA zrezygnowano z pocztkowej koncepcji sterowania osi w otwartej ptli i w osiach obrotowych par kinematycznych zastosowano absolutne czujniki pooenia ktowego wau silnika. Rozwizanie takie zwalnia robota z koniecznoci pozycjonowania si zarówno przy starcie, jak i w trakcie cyklu roboczego, co ma istotny wpyw na jego wydajno. W prototypowym robocie S08 uyto 12-bitowe enkodery magnetyczne z wyjciem szeregowym AS5045 firmy
Austria Microsystems AG [2].
Kady ze sterowników osi umoliwia take podczenie dwustanowych czujników kracowych informujcych o napotkaniu przeszkody. W prototypie S08 rozwizanie to zostao wykorzystane tylko w sterowniku trzeciej osi, gdzie nie byo moliwoci montau enkodera absolutnego.
3.3. Oprogramowanie sterownika robota
Oprogramowanie sterownika robota zostao napisane w jzyku wysokiego poziomu, zgodnym ze standardem jzyka C. Do przygotowania programów wykorzystano darmowe rodowisko programistyczne Eclipse poczone z równie darmowym zestawem narzdzi GNU ARM
Toolchain, w skad którego wchodzi midzy innymi kompilator jzyka C/C++ dla mikrokontrolerów ARM.
W programie gównym robota wyróni mona podprogramy inicjalizujce system, wykonywane cyklicznie (w nieskoczonej ptli) oraz wywoywane na skutek wystpienia przerwania. Obsuga wikszoci funkcji przerwa ogranicza si do ustawienia programowej flagi informujcej o wystpieniu zdarzenia. Jednake funkcje takie jak komunikacja przez Ethernet, czy obsuga silników, s cakowicie wykonywane w funkcji obsugi danego przerwania. Aby unikn nieprzewidzianych zachowa systemu na czas obsugi jednego zdarzenia, zgaszanie pozostaych przerwa jest blokowane. Wyjtkiem od tej reguy s obsuga przerwania taktujcego silniki krokowe oraz procedura kontroli transmisji przez Ethernet. Dziki przydzielonemu wysokiemu priorytetowi, s one zawsze obsugiwane bez zwoki.
Obsuga kontrolerów osi od strony ukadu nadrzdnego ogranicza si do wysania informacji o nowej pozycji do osignicia lub zmiany stanu efektora kocowego oraz odebrania informacji o aktualnej pozycji, w której znajduje si dana o.
Oprogramowanie sterownika nadrzdnego realizuje take rozwizanie zada kinematyki prostej i odwrotnej manipulatora [1]. Poniewa zadawanie pozycji wewntrz robota (na linii ukad nadrzdny – kontrolery osi) odbywa si z uyciem zmiennych przegubowych, algorytm obliczania kinematyki prostej peni jedynie funkcje pomocnicze – jest on wykorzystywany
w procedurze wizualizacji stanu robota na graficznym wywietlaczu LCD oraz komputerze PC. Implementacja algorytmu rozwizywania zadania kinematyki odwrotnej bya natomiast niezbdna, aby wyznaczy pooenia poszczególnych osi prowadzce do osignicia pozycji kocówki roboczej zadanej we wspórzdnych zewntrznych. W celu uniknicia nieprzewidzianych zachowa robota, w przypadku zadania przez uytkownika bdnej (nieosigalnej) pozycji we wspórzdnych zewntrznych, do podprogramu rozwizania zadania kinematyki odwrotnej wprowadzona zostaa procedura sprawdzajca osigalno danego punktu.
4. PROGRAMOWANIE ROBOTA W RODOWISKU GRAFICZNYM
Znanych jest wiele sposobów programowania robotów przemysowych [7]. Efektywn metod, szczególnie dla prostszych zada typu przenoszenie detali, jest programowanie off-line, gdzie program przygotowywany jest w caoci na komputerze zewntrznym w pewnym jzyku programowania, a nastpnie wysyany do robota. Wikszo ze znajdujcych si na rynku manipulatorów, w tym take typu SCARA, ma specyficzny jzyk programowania. Przykadami mog by jzyk V+, uywany w robotach firmy Adept oraz KRL koncernu
KUKA, uywany take w manipulatorach SCARA.
Równie dla robota S08 opracowany zosta prosty, blokowy jzyk programowania oraz dedykowane rodowisko graficzne umoliwiajce intuicyjne zadawanie sekwencji ruchów. Szat graficzn programu obsugi robota z poziomu komputera PC zaprojektowano z myl o przejrzystym i przyjaznym wygldzie interfejsu. Program zosta napisany przy uyciu
Borland C++ Builder – rodowiska programistycznego klasy RAD (Rapid Application Development) przeznaczonego dla systemów z rodziny MS Windows.
Po uruchomieniu aplikacji, okno gówne programu zajmuje peen ekran (rys. 4). Na gównym panelu programu zostay umieszczone podstawowe przyciski funkcyjne aplikacji. Ich aktywacja wywouje okna programu penice konkretne funkcje.
x Komunikacja – okno konfiguracji poczenia komputera PC z robotem. x Programowanie – panel graficznej edycji programów (sekwencji ruchów). x Sterowanie – panel rcznego sterowania robota.
x Podgld – panel podgldu tekstowego stanu robota oraz ramek wysyanych i odbieranych przez Ethernet i RS-232.
x Konfiguracja – okno konfiguracji zegara RTC oraz ustawiania parametrów pomocniczych.
x Pomoc – wywietla informacje niezbdne do obsugi robota.
Oprócz podstawowych przycisków aplikacji, na panelu gównym znajduj si równie trzy "diody" sygnalizujce stan robota oraz status poczenia komputera PC z manipulatorem. Gównym elementem panelu programowania (rys. 5A) jest okno podgldu kodu graficznego. Osobne okno komend umoliwia wstawianie bloków funkcyjnych do programu robota. Aktywowanie okrelonego rozkazu powoduje pojawienie si na ekranie jego okna ustawie. Poszczególne rozkazy s przedstawiane w postaci graficznych bloków, jeden pod drugim. Wewntrz poszczególnych bloków, wyróniajcych si kolorem i ksztatem, zapisane s ustawione parametry rozkazów. Dostpnych jest 6 typów rozkazów.
x Podaj pozycj we wspórzdnych wewntrznych. Rozkaz umoliwia zadanie pooenia robota we wspórzdnych wewntrznych oraz okrelenie prdkoci przejcia do zadanej pozycji. Przed akceptacj rozkazu sprawdzana jest realizowalno zakresu ruchu ramienia oraz zadanej prdkoci.
x Podaj pozycj we wspórzdnych zewntrznych. Rozkaz umoliwia zadanie pozycji kocówki manipulatora w globalnym ukadzie wspórzdnych kartezjaskich. Naley take okreli prdko przejcia robota do podanej pozycji. Przy zatwierdzaniu rozkazu sprawdzana jest osigalno pozycji i prdkoci.
x Obsuga kocówki robota. Rozkaz umoliwia zamknicie lub otwarcia chwytaka.
x Czekaj. Rozkaz czekaj pozwala na zatrzymanie pracy robota na okrelony czas, podany w milisekundach. Maksymalny czas opónienia to 99999 ms.
x Komunikat RS-232. Wysanie komunikatu o maksymalnej dugoci 10 znaków do urzdzenia zewntrznego.
x Koniec sekwencji ruchów. Rozkaz zakoczenia sekwencji operacji. Istnieje moliwo powtórzenia sekwencji okrelon liczb razy (do 99999 powtórze), lub powtarzania sekwencji a do jej przerwania przez operatora.
Okno programowania posiada menu kontekstowe, które umoliwia wstawianie nowych rozkazów (zawsze przed wskazanym rozkazem), edycj wskazanej komendy lub jej usunicie.
Rys. 5. Widok panelu programowania (A) i okna wizualizacji stanu z przebiegami prdkoci i pooenia (B)
Odrbne okno sterowania umoliwia uytkownikowi zadawanie pozycji robota, tak we wspórzdnych wewntrznych, jak i zewntrznych. Sprawdzanie osigalnoci w tym trybie sterowania odbywa si po stronie mikrokontrolera, a sterujcy uytkownik nie ma moliwoci
W oknie wizualizacji stanów robota wywietlane s wartoci wspórzdnych wewntrznych i zewntrznych robota oraz prosta animacja biecej konfiguracji ramienia manipulatora. Animacja ta jest aktualizowana w czasie rzeczywistym z uyciem szybkiego protokou UDP. Okno wizualizacji umoliwia równie podgld przebiegów prdkoci i pooenia w poszczególnych osiach robota w postaci wykresów (rys. 5B). Dodatkowo dostpny jest tekstowy podgld stanów robota, informujcy midzy innymi o starcie systemu, stanie poczenia z robotem oraz ewentualnych awariach.
5. STANOWISKO LABORATORYJNE
Poniewa prototypowy manipulator S08 przeznaczony jest do celów dydaktycznych, osadzono go na podstawie stanowicej kompletne, zwarte stanowisko laboratoryjne. Ze wzgldów bezpieczestwa wszystkie komponenty elektroniczne i elektryczne zabudowano w podstawie, na której umieszczono te wycznik awaryjny. Podstawa ma wymiary 800 mm x 700 mm x 150 mm, a przestrze robocza manipulatora znajduje si cakowicie na jej powierzchni.
Rys. 6. Schemat (A) i widok (B) stanowiska laboratoryjnego z robotem S08
Na przednim panelu podstawy stanowiska laboratoryjnego umieszczono kolorowy wywietlacz graficzny LCD. Obok wspórzdnych wewntrznych robota wywietlane jest na nim te aktualne pooenie kocówki robota we wspórzdnych zewntrznych (w milimetrach). Dodatkowo wywietlacz informuje o stanie poczenia robota, poprzez Ethernet lub RS-232, z innymi urzdzeniami (np. komputerem PC). Funkcj informacyjn peni te diody LED umieszczone w naronikach górnej pyty stanowiska, które wiec si na czerwono w czasie ruchu robota, a na zielono, gdy manipulator znajduje si w spoczynku. Rys. 6A przedstawia schemat rozmieszczenia elementów stanowiska laboratoryjnego: 1 - manipulator, 2- obudowa silnika I czonu, 3 - podstawa, 4 - wcznik zasilania, 5 - wycznik awaryjny, 6 - wywietlacz LCD, 7 - diody LED, 8 - komponenty sterownika. Na rys. 6B przedstawiono widok kompletnego stanowiska.
6. PODSUMOWANIE
Przedstawiony w niniejszym artykule prototyp robota S08 zosta wykonany w ramach pracy dyplomowej magisterskiej realizowanej w Instytucie Automatyki i Inynierii Informatycznej Politechniki Poznaskiej [13]. W jego konstrukcji i oprogramowaniu udao si pogodzi wikszo wymaga stawianych robotowi dydaktycznemu oraz prostemu robotowi przemysowemu, dostpnemu dla niewielkich przedsibiorstw (koszty wykonania prototypu, cznie ze stanowiskiem laboratoryjnym wyniosy okoo 5000 z.). Realizacja tego projektu moliwa bya dziki wspópracy z WObitem. Wiele komponentów robota wybrano z oferty tego przedsibiorstwa, a jego zaplecze warsztatowe umoliwio osignicie zaoonych
standardów technologicznych wykonanego prototypu. Opracowanie robota S08 stanowi take przykad nowoczesnego podejcia do ksztacenia kadry inynierskiej we wspópracy midzy publiczn wysz uczelni techniczn a innowacyjnym przedsibiorstwem prywatnym.
LITERATURA
[1] Craig J., Podstawy robotyki, mechanika i sterowanie, WNT, 1993.
[2] Czujnik pooenia ktowego AS5045 Austria Microsystems AG, www.austriamicrosystems.com
[3] Czujnik przyspieszenia STMicroelectronics LIS3l02, www.st.com
[4] Goldberg K., Gentner S., Sutter C., Wiegley J., Farzin B., The Mercury Project: A Feasibility Study for Online Robots, w: Beyond Webcams. An Introduction to Online
Robots, (K. Goldberg, R. Siegwart, eds.), MIT Press, 2002, s. 17–36.
[5] Hadam P., Projektowanie systemów mikroprocesorowych, BTC, 2004
[6] Heimann B., Mechatronika: komponenty, metody, przykady, PWN, 2001
[7] Honoczarenko J., Roboty przemysowe, budowa i zastosowanie, WNT, 2004
[8] Kontroler Ethernet Microchip ENC28J60, www.microchip.com
[9] Makino H., Kato A., Yamazaki Y., Research and Commercialization of SCARA Robot – the Case of Industry-University Joint Research and Development, Int. Journal of
Automation Technology, 1(1), 2007, s. 61–67.
[10] Mikrokontroler Atmel AT91SAM7S , www.atmel.com
[11] Nagchaudhuri A., Kuruganty S., Shakur A., Mechatronics Education Using an Industrial SCARA Robot, Proc. 7th Mechatronics Forum International Conference, Atlanta, 2000, CD-ROM.
[12] Podzespoly napdowe firmy WHM, www.whm.pl
[13] Pabel M., Prokopiak M., Konstrukcja i oprogramowanie robota typu SCARA, praca dyplomowa magisterska, Politechnika Poznaska, Wydzia Elektryczny, 2008.
[14] Silniki krokowe firmy WObit, www.silniki.pl
