«Επενεργητές Ροµποτικών Συστηµάτων» σύνδεσµοι. Aρθρώσεις. Δξεπλήζηε ζην δηαδίθηπν ην δνκηθό δηάγξακκα ελόο ξνκπόη ηύπνπ puma κε 5 βαζκνύο ειεπζεξίαο.

Transcript

1 ρξεζηκνπνηνύληαη ζε έλα ξνκπόη ηύπνπ puma. Τµήµα Μηχανολόγων Μηχανικών Τ.Ε. Δρ. Φασουλάς Γιάννης θαη ελζσκαησκέλα ππνινγηζηηθά ζπζηήκαηα. Ο βξαρίνλαο κπνξεί λα απνηειείηαη από δηάθνξα κέξε πνπ ζπλδένληαη κε αξζξώζεηο νη νπνίεο απνηεινύλ γηα ην ππνινγηζηηθό ζύζηεκα (κέζσ αηζζεηήξησλ δηαηάμεσλ) Παραδείγµατα Μηχατρονικών Βιοµηχανικά Ροµπότ ζεκεία πιεξνθνξηώλ ηηο θίλεζεοσυστηµάτων: ηνπ. Αλάινγα ησλ βαζκώλ ειεπζεξίαο πνπ ζπλαληάκε ζε έλα ξνκπνηηθό κεραληζκό, ρξεζηκνπνηνύληαη επηπιένλ κεραληθά ειεθηξνληθά θαη ππνινγηζηηθά ζπζηήκαηα., Φλάντζα αρπάγης Ροµποτική «Επενεργητές Ροµποτικών Συστηµάτων» σύνδεσµοι Δξεπλήζηε ζην δηαδίθηπν ην δνκηθό δηάγξακκα ελόο ξνκπόη ηύπνπ puma κε βαζκνύο ειεπζεξίαο. Aρθρώσεις Εργαστήριο Συστηµάτων Ελέγχου & Ροµποτικής Σχολή Τεχνολογικών Εφαρµογών Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυµα Κρήτης Ηράκλειο Κρήτης, Ελλάς Σσήμα.: Ρνκπνηηθόο κεραληζκόο ηύπνπ Puma. Επενεργητές (Actuators) - Γενικά ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΙ ΕΠΕΝΕΡΓΗΤΕΣ: Κυρίως περιστροφικοί κινητήρες οι οποίοι διατίθενται σε τεράστια ποικιλία µορφών και µεγεθών. " Συνεχούς ρεύµατος (DC-P): Ιδανικός αν δεν είχε το πρόβληµα των ψηκτρών : Εισάγουν αναξιοπιστία λόγω φθοράς και στατική τριβή που αποτελεί πρόβληµα για τον έλεγχο θέσης. " Βηµατικοί. Για εφαρµογές µικρής ισχύος. Θεωρητικά δεν χρειάζονται αισθητήρα θέσης και συστήµατα κλειστού βρόχου. Δξεπλήζηε ζην δηαδίθηπν βίληεν κε ηελ αλάπηπμε δηαηάμεσλ αλάζηξνθνπ εθθξεκνύο ζηελ νπνία ζηεξίδεη ηε ιεηηνπξγία ηνπ, ην Segway. Γίηποσο ηλεκηποκίνηηο όσημα Segway : Έλα νινθιεξσκέλν κεραηξνληθό ζύζηεκα κεηαθνξάο αλαβαηώλ απνηειεί ην δίηξνρν ειεθηξνθίλεην όρεκα. Σν όρεκα θέξεη πιήξε κεραληθό εμνπιηζκό σο έλα δίηξνρν ην νπνίν γηα ηελ Επενεργητές (Actuators)ειεθηξηθή - Γενικάελέξγεηα. Η θίλεζε ηνπ ηζνξξνπεί κέζσ θίλεζε ηνπ ρξεζηκνπνίεη ελόο ζπζηήκαηνο δπλακηθήο ζηαζεξνπνίεζεο ην νπνίν ρξεζηκνπνηεί πέληε γπξνζθόπηα θαη έλαλ ελζσκαησκέλν ππνινγηζηή γηα λα θξάηεζε όξζην ηνλ αλαβάηε. Γηα ηελ θίλεζε ηνπ ρξεζηκνπνηεί ειεθηξηθνύο θηλεηήξεο θαη ΠΝΕΥΜΑΤΙΚΟΙ ΕΠΕΝΕΡΓΗΤΕΣ: κεραληθό θηβώηην. ηε βάζε δηάηαμεο είλαη ηνπνζεηεκέλν έλαο Υπέρ : Απλοί, οικονοµικοίηεο και αξιόπιστοι. ελζσκαησκέλνο ππνινγηζηήο ζηνλ νπνίν θαηαιήγνπλ όιεο νη πιεξνθνξίεο Κατά: Δυσκολία ελέγχου θέσης (position control) λόγω από ηνπο αηζζεηήξεο ηνπ Segway θαζώο θαη νη εληνιέο από ρεηξηζηήξην ηνπ συµπιεστότητας. αλαβάηε. Γηα ηε κεηάδνζε ηε ελέξγεηαο ε όπνηα πξνζθέξεηαη από κπαηαξία ιηζίνπ ρξεζηκνπνηνύληαη εηδηθέο δηαηάμεηο ηζρύνο ( ρ..). ΥΔΡΑΥΛΙΚΟΙ ΕΠΕΝΕΡΓΗΤΕΣ Υπέρ: Ανυπέρβλητη σχέση ισχύος προς µέγεθος (βάρος), αξιοπιστία. Κατά: Ογκώδη και ρυπαρά παρελκόµενα (µονάδα, σωληνώσεις λαδιού), σχετικά πολύπλοκα και ακριβά εξαρτήµατα. " r/c Servo (Remote Controlled Servo) " Σερβοκινητήρες εναλλασσοµένου (AC Servo): Τείνουν να επικρατήσουν για εφαρµογές µέσης και µεγάλης ισχύς. ΕΙΔΙΚΟΙ ΕΠΕΝΕΡΓΗΤΕΣ " Πιεζοηλεκτρικοί κρύσταλλοι (Ultrasonic otor US) Υπέρ : Ευκολία ελέγχου, οικονοµικοί, ανυπέρβλητοι για εφαρµογές περιορισµένου χώρου Τείνουν να επικρατήσουν. " Μορφοµνήµονα µεταλλικά κράµατα (uscle wires) Κατά : Απαιτούν µειωτήρα στροφών, υστερούν σε υψηλή ισχύ και δεν µπορούν να υπερφορτισθούν σοβαρά.

2 Ηλεκτρικοί επενεργητές που θα χρησιµοποιήσουµε στο εργαστήριο Ροµπότ µε επενεργητές τύπου r/c Servo DC Κινητήρες µόνιµου µαγνήτη Κινητήρες rc/servo ή smart servo Βηµατικούς κινητήρες Ανατοµία ενός r/c Servo (Remote Controlled Servo) Ποιοτικά χαρακτηριστικά ενός rc/servo Μικρής ισχύος ολοκληρωµένο σύστηµα ελέγχου γωνίας στροφής Τροφοδοσία (συνήθως V) Σήµα ελέγχου PW, Hz Μονάδα ελέγχου Τροφοδοσία κινητήρα Ανάδρασ η Μικρός κινητήρας DC Γωνίες στροφής : τυπικά +/- Χρειάζεται απλώς τροφοδοσία και ένα σήµα ελέγχου PW, συνήθως Hz. Λόγω της υψηλής µείωσης, η διαθέσιµη ροπή στον άξονα είναι αρκετά υψηλή. Μειωτήρας στροφών (υψηλή µείωση) Άξονας για φορτίο R/C Servo Ενσωµατωµένο ποτενσιόµετρο ή (εσχάτως) encoder

3 Τυποποίηση καλωδίων rc/servo Γενική αρχή λειτουργίας ελέγχου του R/C Servo (σήµα ελέγχου) Σήµα που στέλνουµε στο rc/servo για να το ελέγξουµε Η έννοια του PW (Pulse Width odulation) Έλεγχος της Θέσης του R/C Servo µε κατάλληλο σήµα e ελέγχου PW Περίοδος περίπου msec ή Hz

4 Πώς µπορούµε να παράγουµε ένα τέτοιο περιοδικό σήµα PW; Με την βοήθεια κάποιου προγραµµατιζόµενου µικροελεγκτή (Arduino µ-controller) Με την βοήθεια µικροελεγκτή ειδικού σκοπού (SSC- servocontroller) Με την βοήθεια κατάλληλου κυκλώµατος ειδικού σκοπού (IC ) Έλεγχος rc/servo µε µικροελεγκτή ειδικού σκοπού (SSC- servocontroller) Μορφή εντολής ελέγχου που στέλνουµε µε σειριακό πρωτόκολλο επικοινωνίας στον SSC- ARDUINO Απαιτείται να γράψουµε κάποιο κώδικα IC Απαιτείτε να υλοποιήσουµε το κύκλωµα #(ch) P(pw) T(time) <cr> Παράμετρος** Περιγραφή* Σειριακή επικοινωνία ch Αριθμόςκαναλιού pw Εύροςπαλμούσεμsec( ) time Χρόνοςσεmsecολόκληρηςτηςκίνησης cr Χρειάζεταιγιανασηματοδοτήσειτοτέλοςτηςεντολής Κίνηση µόνο ενός servo # P Τ <cr> Κίνηση δύο servo ταυτόχρονα SSC- Απαιτείται να ορίσουµε µε κωδικοποιηµένο τρόπο την γωνία του servo # P # P T <cr> Έλεγχος rc/servo µε τον µικροελεγκτή Arduino Στην Συνέχεια του Μαθήµατος θα µελετήσουµε τον Μικροελεγκτή ARDUINO

5 Οδήγηση'DC'κινητήρα'με'την'βοήθεια'τρανζίστορ' Οδήγηση κινητήρα DC µε Η-γέφυρα (H-Bridge) Χρησιµοποιείται για την οδήγηση DC κινητήρων Λειτουργεί ως ενισχυτής ρεύµατος Ρυθµίζει την φορά περιστροφής Δύσκολη η επιλογή των τρανζίστορ OSFET ΙΣΧΥΟΣ ax volts LD max A Q= Q=HIGH και Q=Q=LOW => δεξιόστροφη περιστροφή κινητήρα Q= Q=LOWκαι Q=Q=HIGH => αριστερόστροφη περιστροφή κινητήρα Ύπαρξη θερµικού αισθητήρα Ύπαρξη αισθητήρα ρεύµατος LD, max.a Έλεγχος DC κινητήρα µε την την Η-γέφυρα LD Έλεγχος DC κινητήρα µε την Η-γέφυρα LD,EN A Y Y A V CC N, NE (TOP VIEW) V CC A Y Y A,EN ή ή Λογικό διάγραµµα Drivers/οδηγοί A,EN A A,EN A Y Y Y Y,EN A Y Y A V CC N, NE (TOP VIEW) V CC A Y Y A,EN Arduino Pins Για Οδήγηση κινητήρα µε µέγιστο ρεύµα τα -ma και τάσεις από. V εως V. Για Οδήγηση κινητήρα µε µέγιστο ρεύµα τα -ma και τάσεις από. V εως V.

6 D DEVICES LNE LDNE C to C ++++Τ.Ε.Ι.+Κρήτης+,+τμήμα+Μηχανολόγων+Μηχανικών+Τ.Ε++ Έλεγχος της γέφυρας LD µε τον µικροελεγκτή Έλεγχος της γέφυρας L TEXAS INSTRUENTS Output diodes are internal in LD. C Κανάλι Α C Β Κανάλι SLRSB SEPTEBER REVISED JUNE L, LD pinode(enable,output); pinode(dira,output); pinode(dirb,output); digitalwrite(enable,low); //slow stop delay(); digitalwrite(enable,high); //enable on delay(); void setup() { int i; L, LD SLRSB SEPTEBER REVISED JUNE digitalwrite(enable,high); //enable on delay(); #define ENABLE //controller s output pins #define DIRB #define DIRA //---fast/slow stop example /************************ Exercise the motor using the L chip ************************/ digitalwrite(dira,low); //fast stop delay(); Output diodes are internal in LD. 'Εικόνα'..'«'Ηu'Γέφυρα»'Solarbotics'L' TEXAS INSTRUENTS Η λειτουργία της συγκεκριμένης ΗPΓέφυρας βασίζεται στον παρακάτω πίνακα αληθείας όπουανάλογαμετοσήμαπουλαμβάνειστιςθύρες(pin)enable,l,l,lκαιl,(highή LOW) δίνει το ακόλουθο αποτέλεσμα, επίσης στην είσοδο Enable η ΗÅΓέφυρα μπορεί να οδηγηθείκαιμεσήμαp.w.. void loop() { //---PW example, full speed then slow digitalwrite(enable,high); //enable on delay(); analogwrite(enable,); //half speed delay(); digitalwrite(enable,low); //all done //---back and forth example digitalwrite(enable,high); // enable on for (i=;i<;i++) { delay(); digitalwrite(dira,low); //reverse digitalwrite(dirb,high); delay(); digitalwrite(enable,low); // disable delay(); LNE LDNE C to C D DEVICES SALL OUTLINE (DWP) C to C LDWP LDDWP (N) LN LDN The DWP package is available taped and reeled. Add the suffix TR to device type (e.g., LDWPTR). POST OFFICE BOX DALLAS, TEXAS ' Εικόνα'..''Πίνακας'αληθείας'Solarbotics'L' Σύμφωνα με το παραπάνω πίνακα αληθείας παραθέτουμε ένα απλό παράδειγμα χρήσηςτηςηpγέφυραςσεκώδικαώστεναγίνεικατανοητήηχρήσητηςγιατηνκίνησηενός κινητήρασυγκεκριμένατουκινητήραnxt.οκινητήραςσυνδέεταιστουςακροδέκτεςτηςηå Γέφυρας όπως φαίνεται στην Εικόνα..., και η ΗPΓέφυρα ελέγχεται από τον μικροελεγκτή από τις θύρες (Pin) L, L, και Enable. Με το συγκεκριμένο πρόγραμμα ο κινητήρας θα κινείται συνεχόμενα μπροστά (FORWARD) καθώς το PIN (Enable) το ορίζουμεhigh,τοpin(l)τοορίζουμεlowκαιτοpinτοορίζουμεhigh.+ Έλεγχος DC κινητήρα µε κύκλωµα Η-γέφυρας από το motor shield delay(); half speed digitalwrite(, LOW); //Establishes backward direction of Channel A digitalwrite(, LOW); //Disengage the Brake for Channel A analogwrite(, ); //Spins the motor on Channel A at half speed delay(); digitalwrite(, HIGH); //Eengage the Brake for Channel A delay(); DALLAS, TEXAS POST OFFICE BOX DALLAS, TEXAS POST OFFICE BOX LN LDN LDWP LDDWP C to C The DWP package is available taped and reeled. Add the suffix TR to device type (e.g., LDWPTR). (N) SALL OUTLINE (DWP) LNE C to C LDNE D DEVICES Output diodes are internal in LD. Output diodes are internal in LD. TEXAS INSTRUENTS LNE AVAILABLE C to C OPTIONS LDNE TEXAS INSTRUENTS L, LD digitalwrite(, HIGH); //Eengage the Brake for Channel A SLRSB SEPTEBER REVISED JUNE delay(); L, LD full speed digitalwrite(, HIGH); //Establishes forward direction of Channel A digitalwrite(, LOW); //Disengage the Brake for Channel A analogwrite(, ); //Spins the motor on Channel A at full speed SLRSB SEPTEBER REVISED JUNE void loop(){ LDWP LN C to C LDDWP LDN D DEVICES The DWP package is available taped and reeled. Add TR to device SALL the suffix type (e.g., LDWPTR). OUTLINE (DWP) (N) pinode(, OUTPUT); //DIRECTION otor Channel A pinode(, OUTPUT); // BRAKE otor Channel A setup() { void C Channel-B Digital Digital Digital Analog C Channel-A Digital Digital Digital Analog Β Κανάλι * Function Direction Speed,(PW) Brake Current,Sensing Κανάλι Α V*to*V* LP,*Drives**DC*motors*or**stepper*motor* A*per*channel*or*A*max*(with*external*power*supply)*.V/A,*AD*converter*in*V*for*max*current*A* * Summary' Operating*Voltage* otor*controller* ax*current* Current*sensing* Free*running*stop*and*brake*function*..+Παράδειγμα+χρήσης+της+ΗPΓέφυρας+σε+κώδικα++