2/4/2010. ρ. Φασουλάς Ιωάννης. Απαιτούµενες γνώσεις: Ανάγκη εκπαίδευσης των φοιτητών στον προγραµµατισµό και λειτουργία των βιοµηχανικών ροµπότ

Transcript

1 Τµήµα Μηχανολογίας Τ.Ε.Ι. Κρήτης ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ ΓΙΑ ΤΟΝ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟ ΕΝΟΣ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΡΟΜΠΟΤΙΚΟΥ ΒΡΑΧΙΟΝΑ ΤΥΠΟΥ SCARA ρ. Φασουλάς Ιωάννης Η Ροµ οτική στις σύγχρονες βιοµηχανικές µονάδες αραγωγής Απαιτούµενες γνώσεις: Θεωρητικών εννοιών Ροµποτικής Προγραµµατισµού Συστηµάτων ελέγχου & αίσθησης Ανάγκη εκπαίδευσης των φοιτητών στον προγραµµατισµό και λειτουργία των βιοµηχανικών ροµπότ 1

2 Πιθανά ροβλήµατα στην εκ αίδευση όταν χρησιµο οιείται φυσικός εξο λισµός Βλάβη εξοπλισµού Καταστροφή περιβάλλοντα χώρου Μη ύπαρξη απαιτούµενων κονδυλίων Απαραίτητη ύπαρξη κατάλληλα εκπαιδευµένου προσωπικού για τη συντήρηση του βραχίονα Τραυµατισµός φοιτητών Εξάλειψη ροβληµάτων: ηµιουργία εικονικού εργαστηρίου Εργαλεία υλοποίησης του εικονικού εργαστηρίου: V-Realm Builder υνατότητες: MATLAB Περιήγηση στον εικονικό κόσµο (VRML) Εξοικείωση µε την κίνηση σε 3 διαστάσεις Κινηµατική προσοµοίωση του βραχίονα σε πραγµατικό χρόνο Εξοικείωση µε τη δηµιουργία κώδικα προγραµµατισµού του ροµπότ (Ασκήσεις - MATLAB) υνατότητα δηµιουργίας νέων ασκήσεων 2

3 Στόχος της εφαρµογής Να βοηθήσει µε απλό τρόπο να γίνει κατανοητή η φιλοσοφία λειτουργίας και ο τρόπος προγραµµατισµού των ροµποτικών βραχιόνων που χρησιµοποιούνται στα συστήµατα παραγωγής. Μέσα από τις δυνατότητες που παρέχει η VRML, να βοηθήσει οπτικά στην κατανόηση βασικών εννοιών της ροµποτικής που σχετίζονται µε την κινηµατική των στερεών σωµάτων στο χώρο. Συνδυασµός της εφαρµογής µε την εργαλειοθήκη της ροµποτικής (Robotics Toolbox) που πρότεινε ο Cork (Corke P.I.,., 1996) για το MATLAB η οποία όµως δεν προσφέρει τη δυνατότητα αλληλεπίδρασης των ροµπότ µε αντικείµενα, όπως επίσης και τον προγραµµατισµό τους µε εντολές που χρησιµοποιούνται στα πραγµατικά βιοµηχανικά ροµπότ. Ο ροµ οτικός βραχίονας SCARA ( Selective Compliant Assembly Robot Arm ) Πρώτη εµφάνιση από τον καθηγητή Hiroshi Makino το 1978, στο πανεπιστήµιο Yamanashi στην Ιαπωνία Αρθρώσεις : 3 Περιστροφικές 1 Πρισµατική Πλεονεκτήµατα : ταχύτητα, µεγάλη δυσκαµψία σε κατακόρυφη φόρτιση και ελαστικότητα σε οριζόντια Ι ΑΝΙΚΟΣ για έργα pick-and-place 3

4 Ο βραχίονας SCARA E2C351S της Epson ρ. Φασουλάς Γιάννης 7 ρ. Φασουλάς Γιάννης 8 4

5 Ταχύτητες και ε ιταχύνσεις των αρθρώσεων του Scara E2C351S 1 η άρθρωση 2 η άρθρωση 3 η άρθρωση 4 η άρθρωση Μέγιστη ταχύτητα Μέγιστη Επιτάχυνση 916 (deg/sec) 1650 (deg/sec) 11 (mm/sec) 2600 (deg/sec) 123 (deg/sec 2 ) 98.4 (deg/sec 2 ) 93.6 (mm/sec 2 ) 149 (deg/sec 2 ) ρ. Φασουλάς Γιάννης 9 Πραγµατικός και Εικονικός Βραχίονας SCARA Ο ροµποτικός βραχίονας SCARA E2C351S της Ο εικονικός βραχίονας SCARA: Epson: (αρχείο VRML) 5

6 Πλαίσια συντεταγµένων Αντικείµενα για τη δηµιουργία ασκήσεων Χειρισµός µέσω γραµµής εντολών Χώρος των αρθρώσεων World Frame Tool Frame Table Frame Γενικής χρήσης moveq movew movetool movetable grasp moveq1 moveworldx movetoolx movetablex leave moveq2 moveworldy movetooly movetabley ready moveq3 movews movetools movetablexs where moveq4 moveworldxs movetoolxs movetableys here moveworldys movetoolys movetablezs pause moveworldzs movetoolzs ginput here( a ) : Αποθήκευση ενός σηµείου µε συγκεκριµένο όνοµα, ώστε να µπορεί να ξαναχρησιµοποιηθεί µόνο µε το όνοµά του, και όχι µε τις συντεταγµένες του, πχ. move( a ) 6

7 Είδη κινήσεων του άκρου Κίνηση point-to to-point Πολυωνυµική τροχιά 3 ης τάξης Πολυωνυµική τροχιά 5 ης τάξης Παραβολική µείξη Κίνηση σε ευθεία τροχιά Χειρισµός µέσω εικονικού χειριστηρίου εκµάθησης Πραγµατικό χειριστήριο εκµάθησης: Εικονικό χειριστήριο εκµάθησης: 7

8 Πλέγµα τρα εζιού: Βοηθητικά λέγµατα βαθµονόµησης Πλέγµα τρα εζιού ( υκνό): Πλέγµα world: Πλέγµα αρ άγης: Πλέγµα αρ άγης ( υκνό): Πλέγµα άξονα z: ηλώνεται στην συνάρτηση κίνησης το ε ιθυµητό σηµείο που θέλουµε να τοποθετήσουµε την αρπάγη Λειτουργία Προγράµµατος συντακτικός έλεγχος της εντολής Έλεγχος αν το επιθυµητό σηµείο είναι µέσα στον εφικτό χώρο εργασίας του βραχίονα Υπολογίζεται το αντίστροφο κινηµατικό πρόβληµα για να βρεθούν οι κατάλληλες τιµές των αρθρώσεων που θα προσδώσουν στην αρπάγη του βραχίονα την επιθυµητή θέση και προσανατολισµό. Αλγόριθµος επιλογής λύσης του αντίστροφου κινηµατικού (κριτήριο αξιολόγησης: αθροιστικά µικρότερη διαγραφόµενη εριστροφή όλων των εριστροφικών αρθρώσεων.) Υ ολογίζεται ο χρόνος, στον οποίο θα ολοκληρωθεί η κίνηση του βραχίονα µε βάση την ποσοστιαία τιµή της ταχύτητας που έχει οριστεί για το βραχίονα,το µέγεθος της γωνίας/µετατόπισης που έχει να διαγράψει η κάθε άρθρωση και τις ταχύτητες -επιταχύνσεις των κινητήρων των αρθρώσεων Ακολουθεί ο υ ολογισµός των τροχιών των αρθρώσεων µε βάση την επιλογή του χρήστη (π.χ τροχιές παραβολικής µίξης, 3 ης και 5 ης τάξης πολυώνυµα) Εισάγονται τα δεδοµένα στο VRML αρχείο του βραχίονα, για να αναπαρασταθεί η επιλεγµένη κίνηση σε ραγµατικό χρόνο. 8

9 Παράδειγµα κώδικα για µετακίνηση αντικειµένου movetable(1,1,1,0) Μετακίνηση της αρπάγης πάνω από το αντικείµενο movetable(1,1,0.5,0) Η Η αρπάγη έρχεται σε επαφή µε την επάνω επιφάνεια του αντικειµένου grasp Γίνεται λαβή του αντικειµένου από την αρπάγη movetable(1,1,1,0) Ανύψωση του αντικείµενου από το τραπέζι movetable(2,2,1,0) Μετακίνηση πάνω από την επιθυµητή θέση movetable(2,2,0.5,45) Τοποθέτηση του αντικειµένου πάνω στο τραπέζι leave movetable(2,2,1,0) ready Απόθεση αντικειµένου Κατακόρυφη αποµάκρυνση της αρπάγης Μετακίνηση του βραχίονα στην θέση παρκαρίσµατος spread_demo.m ask_demo.m Άσκηση: cylinders Εκφώνηση: Ζητείται η τοποθέτηση των τεσσάρων χρωµατιστών κυλίνδρων πάνω στο πινάκιο, στην επιφάνεια του οποίου υπάρχουν ειδικοί δακτύλιοι, χρωµατισµένοι αντίστοιχα µε τον κάθε κύλινδρο. Αρχικός χώρος εργασίας: Τελικές θέσεις των αντικειµένων: 9

10 Άσκηση: labyrinth Εκφώνηση: Πάνω στο χώρο εργασίας έχουν τοποθετηθεί κάποια σταθερά εµπόδια. Αυτό που πρέπει να γίνει είναι να µετακινηθεί ο κύβος που βρίσκεται στην αρχή των αξόνων του τραπεζιού, στην άλλη άκρη του, στο σηµείο µε συντεταγµένες (0, 6, 0.1), µε κατάλληλες κινήσεις της αρπάγης, ώστε να µη σηκωθεί το αντικείµενο από το επίπεδο του τραπεζιού και να µη συγκρουστεί µε κάποιο από τα εµπόδια. Αρχικός χώρος εργασίας: Ανάλυση κατάλληλων κινήσεων για τη λύση της άσκησης: Άσκηση: cubes Εκφώνηση: Η άσκηση cubes περιλαµβάνει τη µετακίνηση ορισµένων αντικειµένων εντός του χώρου εργασίας, στον οποίο υπάρχουν δύο εµπόδια. Η επιλογή των κινήσεων που θα γίνουν, απαιτεί τον έλεγχο αποφυγής σύγκρουσης του ροµπότ, µε κάποιο από τα εµπόδια. Αρχικός χώρος εργασίας: Τελική µορφή του χώρου εργασίας: 10

11 Άσκηση: assemble Εκφώνηση: Ο σκοπός της άσκησης είναι η συναρµολόγηση ενός αντικειµένου, το οποίο αρχικά αποτελείται από επιµέρους µικρά. Αρχικός χώρος εργασίας: Τελική µορφή συναρµολογηµένου αντικειµένου: Μελλοντικές ε εκτάσεις Μελλοντικές επεκτάσεις: υναµική προσοµοίωση βραχίονα - κινητήρων Πρόσθεση φυσικής ιδιότητας (Αλγόριθµοι τριβής βαρύτητας- σύγκρουσης) Σύνδεση χειριστηρίου / joystick, για πιο άµεσο έλεγχο του βραχίονα Έλεγχος µέσω διαδικτύου, µε τη βοήθεια της γλώσσας Java 11

12 Σας ευχαριστώ ρ. Φασουλάς Ιωάννης 12