Docstoc

bojan_kralj

Document Sample
bojan_kralj Powered By Docstoc
					         SEMINAR
            I


Krmilnik za portalnega robota
            IVR
          (strojna oprema)




                             Kralj Bojan, uni-avt.
          Robotski krmilnik za portalnega robota IVR - strojna oprema

Bojan Kralj

Laboratorij za industrijsko robotiko
Strokovno vodstvo: Aleš Hace, Miran Rodič, Martin Terbuc

18.4.2001

Opis naloge:

Zgraditi je potrebno nov krmilnik za robota IVR, ki naj bo zasnovan na PC tehnologiji in
GNU/Linux operacijskem sistemu. V prvem koraku je potrebno opisati dejansko stanje
opreme. Na osnovi opisa je potrebno izbrati nove komponente in narisati vezalne sheme.

Cilj projekta je pridobitev osnov za izgradnjo krmilnika.


Razčlemba naloge:


V prvi fazi je potrebno preučiti robota - motorje in njihove lastnosti, inkrementalne dajalnike,
prestavna razmerja, dimenzije robota. Na voljo sta tudi diplomska in magistrska naloga g.
Terbuca, ki ju je potrebno preštudirati.

Potrebno je tudi preveriti stanje močnostnega dela krmilnika in napajalnika, ki bosta v
primeru, da še delujeta ostala nespremenjena.

Potem sledi študij in izbira primerne vmesniške kartice. Na razpolago sta dve kartici:

- MF 604 - Multifunction I/O Card (Proizvajalec HUMUSOFT)
- MFIO - 3A PC Motion Control Interface (Proizvajalec PRECISION MICRO DYNAMICS)

S Primožem Verdnikom1 bova preučila vsak eno kartico, in se na podlagi ugotovitev,
potrebnih kriterijev in po posvetu z mentorjem odločila katera je primernejša.

Naslednji korak je povezava robota in kartice. Tu je zelo pomembna združljivost kartice in
robota. Če napetostni nivoji ne bodo kompatibilni bo potrebno narediti še dodaten vmesnik.




_________________________
1
  ) Zardi sorodnosti najinih seminarjev pri delu veliko sodelujeva.
Opis robota

Robot ima pet osi, od tega tri za pozicijo (x, y, z) in dve za orientacijo (a, b). Vsako od osi
poganja enosmerni motor (24V). Informacijo o poziciji dobimo iz inkrementalnih dajalnikov,
referenčnih stikal in končnih stikal.
 Vsi inkrementalni dajalnki imajo po 250 črtic. Končna stikala so vezana tako, da sprožitev
kateregakoli izmed njih pomeni zaustavitev vseh motorjev. Na izhodu tudi dobimo le signal,
da je eno izmed končnih stikal sproženo ne pa tudi katero.

Dimenzije robota: priloga

Osnovni podatki posameznih osi:

    - x-os :
        dolžina:1640 mm
        hod1:    929 mm
           2
        n1 =3000 min-1 , n2 3=103 min-1
        G 4=29

    - y-os :
        dolžina:1380 mm
        višina: 1026 mm
        hod:     620 mm
        n1 =3000 min-1 ,n2 =103 min-1
        G =29
    - z-os :
        dolžina:1071 mm
        hod:     465 mm
        n1 =3000 min-1 ,n2 =103 min-1
        G =29

    - a-os :
        dolžina:170 mm
        zasuk: 415°
        n1 =5000 min-1 ,n2 =1000 min-1
        G =5

    - b-os :
        zasuk: 78°
        n1 =5000 min-1 ,n2 =27.7 min-1
        G =180



_________________________
1
  ) razdalja od ene do druge skrajne lege.
2
  ) vrtljaji motorja
3
  ) vrtljaji gredi reduktorja
4
  ) prestavno razmerje
Izračuni za motorje, ki poganjajo translacijske (pozicijske) osi:
(zapiski iz leta 1985, Martin Terbuc)

Kt=43
Irot=2,6A
_______________
Mmot=43*2.6=0.789 Nm
G=29
Mred=G*Mmot=22.89Nm

      2
N=
  15 * 4 E  3
N=105

F=N*Mred=2409.5N

ob izgubah
F/2= Fmax 1200N

Fmax=m*amax  amax=Fmax/m=1200/100=12m/s2
__________________________

mot=392.7 rad/s
red=mot/G=11.37 rad/s
vmax=red/N=11.37/105=0.123 m/s  12 cm/s

čas v katerem je ta hitrot dosežena:
t= vmax/amax=0.12/12=10 ms



Stanje obstoječe elektronike
Veliko elektronike sem odstranil, ker je bila ali nedelujoča (ocena glede na zunanji videz) ali
pa preveč zastarela.
 Tudi dokumentacija se je delno porazgubila in nekaterih delov niti ni bilo mogoče določiti
glede na funkcionalnost brez dolgotrajnega študiranja vezij.

Napajalnik deluje, vendar ima napetost preveliko izmenično komponento.
V naslednjem koraku bom torej moral najprej odpraviti to pomankljivost.

Močnostni del deluje vgrajen pa je tudi analogni regulator hitrosti.

Celotno delovanje sva s Primožem tudi preizkusila z ročnim vodenjem vseh petih osi in pri
tem merila izhode inkrementalnih dajalnikov. Tudi ti so v delujočem stanju. Inkr. dajalniki
imajo deklarirano 250 črtic, kar sva tudi preverila.
Izhodi iz inkrementalnih dajalnikov so povezani na 8 pinske konektorje na ohišju. Iz
obstoječe dokumentacije ni razvidno na katerih konektorjih so izhodi, zato jih je bilo potrebno
poiskati.
To sva naredila s pomočjo osciloskopa in digitalnega števca. Iskala sva referenčne signale
inkrementalnih dajalnikov in njihove komplementarne izhode.

Iskane signala sva našla na kontaktih konektorjev, kot kaže slika (sl. 1).
Na sliki (sl. 2) je prikazan tipični signal inkr. dajalnika. S te slike se da razbrati, kakšne
signale dobimo na konektorju s slike (sl.1).




                                                        Faza A
   A
                                                        Faza B
   B                                      Z
                                                        Faza Z




                     sl.1                                                 sl. 2




Izbira kartice

MFIO - 3A
PC Motion Control Interface
Precision Micro Dynamics

Lastnosti:

- 3 kanali 16 bitnih D/A pretvornikov
- 3 Inkrementalni dekoderji (enojni in diferencialni ink. dajalniki)
- 24 bitov programabilnih I/O
- Sinhronizirano branje in pisanje podatkov (SYNC)
- Interval Timer lahko generira pulze z intervali od 0.25us do 515s z locljivostjo
  do 0.12us.
- Watchdog Timer omogoca varno zaustavitev sistema v primeru programske napake.
- Kartica podpira 16-biten ISA bus standard.
- Vhodi so digitalno filtrirani, in izlocijo morebitne sume in motnje.
  (31ns - 0.5us)
- Na vsakem kanalu dekoderja je tudi 24-biten stevec. (Hardware Index Preload
  Register Counter).
- Napetostni nivoji so nastavljivi z jumperji (+5V ali +12V).
Edinstvena značilnost te kartice je SYNC signal. Ta signal omogoča hkratno zajemanje
podatkov
in postavljanje analognih izhodov.

Programiranje kartice poteka v programskem jeziku C++ na sistemu QNX. Ker si QNX z
linuxom deli skupne APIje in GNU razvojna orodja, je programiranje za tiste, ki poznajo
Linux razmeroma enostavno. Za instalacijo operacijskega sistema QNX je potrebno
reparticionirati disk.

Poleg kartice se v paketu dobi še: MFIO-3A priročnik, MFIO-3A Register Acess C Knižnjiča
in SIP uporovna mreža za nastavitev enkoderjev.


MF 604
Multifunction I/O Card
Humusoft

Lastnosti:

- 10 us 12 bit A/D pretvornik z vezjem sample & hold
- 8 kanalni enojni vhodni multiplekser z zascito
- Programsko nastavljivi vhodni napetostni nivoji (+-10V, +-
  5V, 0-10V, 0-5V)
- Notranja ura in referencna napetost
- 4 D/A pretvorniki z 12 bitno locljivostjo in +-10V izhodnega
  nivoja
- 4 inkrementalni dekoderji z 24 bitno locljivostjo (enojni
  ali diferencialni vmesnik)
- Programsko nastavljivi vhodni šumni filter (0.2 - 50us)
- Frekvenca inkrementalnih dekoderjev do 2Mhz
- 9513AA 5 kanalni timer/stevec z locljivostjo 50ns
- 8 bitni TTL vhod in izhod
- Potrebuje 16-bitni ISA konektor
- Poraba 400mA @ +5V, 50mA @ +12V, 50mA @ -12V
- Obratovalna temperatura od 0 do 70 stopinj celzija.


Kartica je narejena za standardno zajemanje podatkov in kontrolne aplikacije. Optimirana je
za uporabo z Realtime Toolbox za Matlab (R). Zaradi svoje majhne velikosti in majhne
porabe je primerna tako za namizne, kot prenosne računalnike.
Primerjava kartic:

        Lastnost                           Humusoft               Precision MicroDynamics
št. inkr. dekoderjev                           4                                3
Ločljivost ink. dekod.                       24bit                              -
St. D/A pretvornikov                           4                                3
Ločljivost D/A pretv.                        12bit                            16bit
Digitalni vhodi/izhodi            8bit vhod / 8bit izhod          24bit prog. nastavljivi
Napetostni nivoji                (+-10V,+-5V,0-10V,0-5V)                    +5V +12V
Izbira napet. nivojev                     programsko                       z jumperji
Filter šuma                       prog. nast. (0.2-50us)          z jumperji (31ns-0.5us)
Povezava z računalnikom                16bit ISA slot                  16bit ISA slot
Poraba energije                          400mA @ +5V                      1.5A @ +5V
                                        50mA @ +12V                      70mA @ +12V
                                        50mA @ -12V                     100mA @ -12V
Oper. sistem/platforma           PC/AT - Windows95/98/NT            QNX (podobno linuxu)
Programski jezik                    Matlab (RT Toolbox)                        C++

Ker ima robot 5 gibljivih osi, bomo v vsakem primeru potrebovali 2 kartici.

Vseh 5 inkrementalnih dajalnikov ima 250 korakov.
Najvišja hitrost motorjev je okoli 3000 obr/min zato je minimalna potrebna frekvenca ink.
dekoderjev 12.5kHz.
Obe kartici zadostujeta temu pogoju, ker zajemata s hitrostjo na podrocju MHz.
Inkr. dajalniki na robotu so enojni in ne diferencialni - obe kartici pa podpirata obe možnosti,
zato tudi to ne vpliva na izbiro.

Robot ima 5 stikal za referenčne tocke (na vsaki osi po eno), in en izhod, ki signalizira, če so
vse osi znotraj delovnega območja. Potrebujemo torej 6 digitalnih vhodov. Tu sta zopet
ustrezni obe kartici.

Signalni izhodi robota so na nivoju 0-12V, kar ne predstavlja problema za nobeno od kartic.

Poraba energije kartic ni ključnega pomena, saj robot ni mobilen, in ne potrebujemo
prenosnega računalnika.

Tudi ločljivost D/A pretvornikov je na obeh karticah zadostna (12bit ali 16bit).

Obe kartici potrebujeta PC/AT računalnik in prazno mesto na 16-bitnem ISA vodilu.

Humusoftova kartica deluje v okolju Microsoft Windows 95/98/NT in potrebuje paket
RealTime Toolbox za Matlab.
Kartica podjetja Precision MicroDynamics teče na operacijskem sistemu QNX, ki je
modificirana verzija Linuxa.
Programje za ta sistem je prosto, kar predstavlja v primerjavi z Matlabom določeno prednost.
Ker obe kartici približno enako pokrivata naše potrebe, na izbiro vplivajo predvsem osebne
želje. Humusoft-ovo kartico programsko podpira paket Matlab/Simulink, kar predstavlja
prednost v smislu pokrivanja z ostalimi predmeti. Zato bomo uporabili kartico proizvajalca
Humusoft.
Časovni potek izvajanja nalog:

Preučevanje robota in študij
literature 10 ur.

                       Risanje načrtov robota
                       6 ur

                                         Preučevanje kartic in posvet
                                         4 ur

                                                             Popravilo napajalnika
                                                             5

                                                                                     Povezava robota s kartico, izdelava dodatnega vmesnika
                                                                                     5 ur




Obarvana polja pomenijo že opravljene naloge. Pri teh je tudi število ur dejansko in ne
ocenjeno.


Razen zgoraj omenjenih nalog sem porabil tudi 3 ure za pisanje prvega vmesnega poročila in
7 ur za pisanje drugega vmesnega poročila.

				
DOCUMENT INFO
Shared By:
Categories:
Tags:
Stats:
views:6
posted:10/27/2011
language:Slovenian
pages:8