Tallinna Tehnikaülikool

Elektriajamite ja jõuelektroonika instituut

AAR0030 Sessejuhatus Robotitehnikasse

Kodutöö

Tööstusroboti Kinemaatika ja Juhtimine

Mitsubishi RV-3S

Koostanud: Sergei Astapov

092872

Juhendaja: Tõnu Lehtla

Tallinn 2010

NÄIDE

2

Sisukord

1. Roboti RV-3S Kirjeldus........................................................................................3

1.1. Manipulaatori kirjeldus..........................................................................3

1.2. Roboti Juhtmoodul ja Juhtpult...............................................................6

1.3. Roboti Tarkvara.....................................................................................8

1.4. Roboti Kasutusotstarve ja Kasutusega Seotud Tööriistad.....................9

2. Kinemaatika Otsene Ülesanne.............................................................................11

2.1. Roboti Kinemaatikaskeem....................................................................11

2.2. Kinemaatika Otsese Ülesande Lahendamine........................................12

3. Kinemaatika Pöördülesanne.................................................................................15

3.1. Ülesanne Püstitus..................................................................................15

3.2. Pöördülesande Lahendamine................................................................16

4. Roboti Manipulaatori Sirgjoonelise Liikumise Planeerimine.............................17

4.1. Ülesanne Püstitus ja Algandmed..........................................................17

4.2. Liikumise Planeerimine........................................................................17

4.3. Diagrammide Saamine.........................................................................19

5. Roboti Kahetasandiline Hierarhiline Juhtimine..................................................20

6. Manipulaatori Esimese Astme Mootori Vajalikku Võimsuse Hindamine..........23

6.1. Püstitus ja Algandmed..........................................................................23

6.2. Võimsuse Hindamine...........................................................................24

7. Kokkuvõte...........................................................................................................24

NÄIDE

3

1. Roboti Mitsubishi RV-3S Kirjeldus

1.1. Manipulaatori Kirjeldus RV-3S roboti 6 liikvusastmete manipulaator on esitatud Joonisel 1. Tegelikult RV-3S ja

RV-3SB näevad välja samasuguselt ja omavad samasugusi tehnilisi parameetreid. Ainus

vahe on see, et RV-3SB J4 ja J6 liigendid on varustatud piduritega. Sel põhjusel

manipulaatori tehniliste omaduste loetelus on esitatud RV-3SB parameetrid (Tabel 1).

Joonis 1. RV-3S välimus koos teljede spetifitseerimisega.

Tabelis 1 on esitatud manipulaatorite RV-3SB (mis meid huvitab), RV-3SBC (C

tähendab et töökeskkond peab olema küllalt puhas) ja RV-3SJB, RV-3SJBC. Viimased

kaks on 5 liikvusastmetega ja teiste välimusega ja tehniliste parameetritega.

Sellest tabelist võiks öelda, et manipulaator on suhteliselt väike ja kerge, väga kõrge

täpsusega ja on võimalik töötada ebasooduses reostatud keskkonnas. Lülide nurkkiirused

ja resulteeritav kiirus on kõrge. Selliselt RV-3S on võimalik teha kiired ja täpsed

liigutused. Kuid robot on võimalik opereerida kergete objektidega – maksimaalne

koormus on 3.5 kg.

Need ja teised märkused on tehtud et teha järeldusi roboti kasutusotstarve kohta peatükki

lõpus.

NÄID

E

4

Tabel 1. RV-3S tehniliste omaduste loetelu.

Roboti tööruum on esitatud Joonisel 2. Sellest joonisest on nähtav, et roboti tööruum on

suhteliselt kitsas. See tähendab et robot on mõeldud lokaliseeritud tööülesannete jaoks

või teiste robotitega tiheda koostöö jaoks.

Roboti servoajamite diagramm on esitatud Joonisel 14 (vt Peatükk 5). Iga lüli on

juhitatud oma servomootoriga otseselt või läbi hammasrihmülekande. NÄIDE

5

Joonis 2. RV-3S tööruum.

NÄIDE

6

1.2. Roboti Juhtmoodul ja Juhtpult

Roboti RV-3S standardseks juhtmooduliks on CR1B-571 (Joonis 3). See moodul on

juhtajami põhiline komponent, mis võimaldab sisselaaditud programmi täitmist. Kogu

jaama ehitus selles töös ei vaatle.

Joonis 3. CR1B-571 jujtmoodul koos nupude selgitustega.

Juhtmooduli paameetrid on esitatud Tabelis 2. Parameetritest on näha et tegemist on

tavapärase juhtkontrolleriga, varustatud RISC processoriga ja standardsete liidestega

andmevahetuseks nagu RS-422. Töökeskkonnaks on puhas ja kuiv ruum, mis tähendab et

manipulaator, mida on võimalik kasutada reostatud keskkonnas, peaks olema

juhtmoodulist isoleeritud.

Juhtpult on esitatud Joonisel 4.

NÄIDE

7

Tabel 2. CR1B-571 jujtmooduli parameetrid.

Joonis 4. Juhtpult.

NÄIDE

8

1.3. Roboti Tarkvara

Roboti juhtimiseks kasutatakse MELFA-BASIC 4 või MOVEMASTER COMMAND

programmeerimiskeelt, mis on nähtav Tabelist 2. Tabelis 3 on esitatud mõned

positsioonide ja liigutuste käsud MELFA-BASIC 4 keelest.

Tabel 3. Mõned käsud MELFA-BASIC 4 keelest.

Nendesuguseid käskusid on võimalik kirjutada juhtpuldist, või

programmeerimiskeskkonnast nagu Cosimir või CIROS. Need

programmeerimiskeskkonnad võimaldavad ka virtuaalse roboti mudeli peal programmi

katsetada enne realse seadme soetamist.

NÄIDE

9

1.4. Roboti Kasutusotstarve ja Kasutusega Seotud Tööriistad

RV-3S seeria robotitel on uus ja täiustatud disain erinevate automaatikalahenduste

täideviimiseks. Robotite IP65 kaitseaste lubab neid kasutada mitte ainult masina juures,

vaid suisa nende sees, see tähendab et selliseid roboteid saab kasutada lõikepinkides, kus

on palju lahtist lõikevedelikku (roboti niiskusele vastandlikkuse näide Joonisel 5). Roboti

kitse tööruum lubab kasutada neid masinate sees ohutult ja võimaldab tugevat robotite

koostööd. Ohutuse tagamiseks on kogu juhtmestik ja suruõhuvoolikute süsteem viidud

roboti sissemusse. Nagu oli öeldud, kõrge töökiirus (5.3 m/s) ja tagatud täpsus 0.02 mm,

muudavad roboti ja tehnoloogilise protsessi kiiremaks, samal ajal kaotamata täpsuses.

Robot võib olla varastatud 7 liikvusastega kasutades liikumisrada, nagu Rixan

RD200805.

Joonis 4. RV-3S niiskusele vastandlikkuse näide.

Roboti madala lubatava massi last ei võimalda seda kanda raskeid objekti. Tüüpilised

ülesanded robotitele on mõõtmiste tegemine, kvaliteedi kontroll, puhastamine, toodete

kokkupanek, silendamis- puurimis- ja treimistööd ja teised tööd, mis nõuavad kõrget

täpsust.

Erinevate tööriistade näidised on esitatud Joonistel 5 - 8.

Joonis 5. Laaser vibromeeter (vasakul), tempetaturi ja vibratsiooni andur (paremal).

NÄIDE

10

Joonis 6. Erinevad puhastamis- ja silendamistööriistad.

Joonis 7. Puurimistööriistad.

Joonis 8. Erinevad haaratsid.

NÄIDE

11

Joonisel 9 on esitatud kvaliteedi kontrolli jaam, mis rakendab RV-3S roboti (vt Joonis 1),

tema juhtimiskontrolleri (vt Joonis 3), mis on pantud kaitsmiskastisse ja mingisuguse

SCADA süsteemi. Siin on hästi nähtav, et kogu roboti ajam ei hõiva palju ruumi, ja et

robot on võimas selles kitsas tööruumis töötada. Manipulaatori tööristina on mingisugune

mõõtmisinstrument.

Joonis 9. RV-3S rakendus kvaliteedi kontrolli jaamas.

2. Kinemaatika Otsene Ülesanne

2.1. Roboti Kinemaatikaskeem Et lahendada roboti kinemaatika otsese ülesande, kinemaatikaskeem peaks esiteks olema

valitud.

Et tagada Joonisel 1 esitatud roboti spetsifikatsiooni järgi defineeritud pöörlemiste

suunad, järgmine kinemaatikaskeem on valitud (Joonis 10). Baaskordinaadistik on

valitud manipulaatori aluse allosas, et arvestused oleksid põranda suhtes. Niimodi ohutus

on paremalt tagatud. Kuna kinemaatikaülesande nõue on kasutada vähemalt 4 esimest

ahelat, J4 ja J5 ei kasuta (vt Joonis 1).

NÄIDE

12

Joonis 10. RV-3S roboti kinemaatikaskeem.

h1 = 220 mm

h2 = 130 mm

b1 = 95 mm

l1 = 245 mm

h4 = 135 mm

b2 = 355 mm

b nihet kordinaadistikust 1 kordinadistiku 2 moodustavad nihed b1 ja h1

l2 nihet kordinaadistikust 3 kordinadistiku 4 moodustavad nihed b2 ja h4

2.2. Kinemaatika Otsese Ülesande Lahendamine Otsese ülesande lahendamiseks võtan manipulaatori pöördenurgad järgmiselt:

a1 = 40° a2 = -20° a3 = 50° a4 = 150°

Nende pöördenurkade ja roboti mõõtmetega Peatükkist 2.1. hakkan arvutama

teisendusmaatriksid. Arvutused toimuvad arvutuskeskkonnas Maple 13.0.

Teisendusmaatriks T0

1:

Teisendusmaatriksi koostamisel arvestan järgnevate tingimustega:

Teljestik 1 on nihutatud teljestiku 0 suhtes h1 võrra z-teljel.

Teljestik 1 on pööratud teljestiku 0 suhtes ümber z-telje nurga a1 võrra.

x0 y0

z0

x1 y1

z1

x2

y2

z2

x3

y3

z3

x4

y4

z4

h1

h2

b1

l1

b

b2

h4

l2

x0 y0

z0

x1 y1

z1

x2

y2 z2

z3

x3

y3

z4

y4

x4

a1

a2

a3

a4

NÄIDE

13

Seega teisendusmaatriks on

Teisendusmaatriks T12 :

Teisendusmaatriksi koostamisel arvestan järgnevate tingimustega:

Teljestik 2 on nihutatud teljestiku 1 suhtes b1 võrra x-teljel ja h2 võrra z-teljel.

Teljestik 2 on pööratud teljestiku 1 suhtes ümber x-telje -90 kraadi võrra, seejärel

ümber z-telje -90 kraadi võrra ning z-telje nurga a2 võrra.

Seega teisendusmaatriksi sisalduv rotatsioonimaatriks on

=

Seega teisendusmaatriks on

Teisendusmaatriks T2

3 :

Teisendusmaatriksi koostamisel arvestan järgnevate tingimustega:

Teljestik 3 on nihutatud teljestiku 2 suhtes l1 võrra x-teljel.

Teljestik 3 on pööratud teljestiku 2 suhtes ümber z-telje nurga a3 võrra.

Seega teisendusmaatriks on

Teisendusmaatriks T3

4:

Teisendusmaatriksi koostamisel arvestan järgnevate tingimustega:

Teljestik 4 on nihutatud teljestiku 3 suhtes h4 võrra x-teljel ja b2 võrra y-teljel.

Teljestik 4 on pööratud teljestiku 3 suhtes ümber x-telje -90 kraadi võrra, seejärel

z-telje -90 kraadi võrra ning z-telje nurga a4 võrra.

Seega teisendusmaatriksi sisalduv rotatsioonimaatriks on

=

NÄIDE

14

Seega teisendusmaatriks on

Üldistatud teisendusmaatriks T0

4:

Tulemusena on maatriks, mis on liiga suur et olla esitatud tervena. Selle pärast see on

esutatud veerude kaupa.

T04 esimene veerg:

T04 teine veerg:

T04 kolmas veerg:

T04 neljas veerg:

Nüüd sisestades roboti mõõtmeid ja valitud pöördenurgasid

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

NÄIDE

15

Saame teisendusmaatriksi numbrelisel kujul:

=

Punkti projektsioon null-kordinaadistiku on selliselt leitud

x = T04[1,4] = 295.80 mm, y = T04[2,4] = 248.22 mm, z = T04[3,4] = 519.62 mm

Seega vastuseks on vektor [295.80; 248.22; 519.62] mm.

Et veenduda vastuse õiguses, arvutame saadud teisendusmatriksi teiste nurkade korral.

a1 = 0° a2 = 0° a3 = 0° a4 = 0° korral: =

a1 = 30° a2 = 0° a3 = 0° a4 = 0° korral: =

a1 = 0° a2 = 30° a3 = 0° a4 = 0° korral: =

a1 = 0° a2 = 0° a3 = 30° a4 = 0° korral: =

a1 = 0° a2 = 0° a3 = 30° a4 = 50° korral: =

Vastused paistvad välja loogilisteks: null punkti projektsioon vastab roboti mõõtmetele,

J1 liikumine ei muuda z-telje projektsiooni, J2 ja J3 liikumine ei muuda y-telje

projektsiooni, J6 pööramine ei muuda mitte ühtegi telje projektsiooni (sest punkt asub

ümmarguse tööriista liidese keskpunktis).

3. Kinemaatika Pöördülesanne

3.1. Ülesanne Püstitus Ülesandeks on leida manipulaatori pöördenurgad tööriista asendi järgi. Kuna on

selgitatud, et J6 pöördenurk ei mõjuta telgede projektsioonile (vt Peatükk 2.2.), tuleb

leida a1, a2 ja a3 nurgad. Pöördülesande lahendeid võib olla mitu, et saada ühe vastuse,

tuleb määrata manipulaatori poos.

Tööriista kordinaatideks null-kordinaadistiku projektsioonina võtan Peatükkis 2 leitud

kordinaadid x = 295.80 mm, y = 248.22 mm, z = 519.62 mm.

NÄIDE

16

3.2. Pöördülesande Lahendamine Ülesande lahendamise meetodiks võtan geomeetrilise meetodi, kuna selles püstituses

ülesanne saaks lahendada kolmnurkade lahendamisega.

Manipulaatori poos ja resulteeruvate kolmnurkade parameetrid on esitatud Joonisel 11.

Joonis 11. Manipulaatori poos ja resulteeruvad kolmnurgad.

Nurga a1 leidmine:

0.408.295

22.248arctanarctan1

e

e

x

ya

Nurga a2 leidmine:

Nurk a2 on leitav järgmisel viisil: 902a

Et leida α ja β esiteks leiame d: 2

21

2

1 )()'( hhzbxd e kus

][149.38622.24880.295' 2222mmyxx ee

][955.336)13022062.519()95149.386()()'( 222

21

2

1 mmhhzbxd e

Nurga α leiame koosinusteoreemi järgi:

dl

ldldldll

1

2

2

22

11

22

1

2

22

arccos)cos(2

Kus l2 on: ][803.379355135 222

2

2

42 mmbhl

81.79955.3362452

803.379955.336245arccos

2arccos

222

1

2

2

22

1

dl

ldl

x0

y0

z0

J1

J2

J3

J6

a1

xe

ye

z0

h1

b1

J1

h2 J2

J3

J6

l1 l2

b2

h4

d

-a2

a3

ze

ze

α β

x’

x’

γ

δ

x3’

NÄIDE

17

24.30955.336

13022062.519arcsinarcsin 21

d

hhze

Seega a2 on: 2005.2005.209024.3081.7990 22 aa

Nurga a3 leidmine:

Nurk a3 on leitav järgmisel viisil: 1803a

Esiteks leiame γ koosinusteoreemi järgi:

)cos(2 21

2

2

2

1

2 lllld

85.60803.3792452

955.336803.379245arccos

2arccos

222

21

22

2

2

1

ll

dll

δ on leitav kolmnurgast 422 hbl (vt Joonised 10 ja 11):

21.69355

135cotcot

2

4 arcb

harc

Seega a3 on: 5094.4921.6985.601801803a

Vastuseks on sellised pöördenurgad: a1 = 40° a2 = -20° a3 = 50°, mis olid otsese ülesande

algandmeteks. Kuna otsese ülesande lahenduse järgi on saadud selle ülesande algandmed,

võiks öelda et pöördülesanne on tehtud korrektselt.

4. Roboti Manipulaatori Sirgjoonelise Liikumise Planeerimine

4.1. Ülesanne Püstitus ja Algandmed Ülesandeks on planeerida manipulaatori sirgjoonelist liikumist kolmemõõtmelises

ristkordinaadistikus punktist A punkti B. Punktid peavad asuma roboti tööruumis,

nendevaheline siirgjooneline liikumine peab olema võimalik ning realiseeritav roboti käe

liikumise kiiruse ja kiirenduse piirangute arvestades.

Alganmeteks võtan:

Punkt A: roboti null-punkt, ehk punkt, kus kõikide lülide pöördenurgad on nullid (vt

Peatükk 2.2.):

a1 = 0°, a2 = 0°, a3 = 0°, a4 = 0°, x = 450 mm, y = 0 mm, z = 730 mm.

Punkt B: otsese kinemaatikaülesande punkt:

a1 = 40°, a2 = -20°, a3 = 50°, a4 = 150°, x = 295.80 mm, y = 248.22 mm, z = 519.62 mm.

Nende punktide vahel on sirgjooneline liikumine võimalik.

4.2. Liikumise Planeerimine Punktide A ja B vaheline kaugus:

][07.360)73062.519()022.248()45080.295(

)()()(

222

222

mm

zzyyxxs ABABAB

Maksimaalne roboti kiirus on 5500 mm/s.

NÄIDE

18

Maksimaalsed liigendite nurkkiirused on määratud Tabelis 1 ja on toodud allpool:

J1 maksimaalne nurkkiirus ω1 = 250 deg/s

J2 maksimaalne nurkkiirus ω2 = 187 deg/s

J3 maksimaalne nurkkiirus ω3 = 250 deg/s

J6 maksimaalne nurkkiirus ω4 = 660 deg/s

Et liikumise protsess oleks realiseeritav, peab teekonna läbimise aeg olema suurem kui

kõige aeglasema liigendi liikumise aeg.

saa

t AB 16.0250

40

1

111 s

aat AB 11.0

187

20

2

222

saa

t AB 2.0250

50

3

33

3 saa

t AB 23.0660

150

4

444

Selliselt võtan liikumise protsessi kestuseks 3 sekundit – seda hästi piisab lülide

pööramiseks ja samuti on kergem arvutada. Kogu protsess on jagatud 3 etapiks iga

kestusega 1 sekund, niimodi kiirusdiagramm näeb välja nagu võrdhaarne trapets

(Joonis 12).

Joonis 12. Printsipiaalne kiirusdiagramm.

0-1 sekundi jooksil toimub kiirendamine; 1-2 sekundi jooksul ühtlane liikumine; 2-3

sekundi jooksul toimub pidurdamine.

Asendi, kiiruse, ja kiirenduse valemid on järgmised:

2

12

01

2

2

2)(

2)(

)(

cta

ctctv

ctctcts

Märkame ka seda, et läbitud teekonna pikkus on võrdne trapetsi pindalaga.

Vahemik 0-1 s:

s(0) = 0 → c01 = 0

v(0) = 0 → c11 = 0

s(1) = c21t2 =

4trS

= 360.07 / 4 = 90.02 mm

v(1) = 2c21t = 2c21 = 2

trS= 360.07 / 2 = 180.04 mm/s

a(0-1) = 2c21 = 180.04 mm/s2

c21 = 90.02

S/4 S/4

S/4

S/4

v (mm/s)

t (s) 1 s 1 s 1 s

NÄIDE

19

Võrrandid esimesele lõigule:

04.180)(

04.180)(

02.90)( 2

ta

ttv

tts

Vahemik 1-2 s:

v = const, a = 0 → c22 = 0

v(1-2) = c12 = 2

trS= 360.07 / 2 = 180.04 mm/s

s(2) = c02 + c12t = trS

43 = 07.360

43 = 270.05 mm

c02 = tS

S trtr 24

3 = trtr SS

43 =

4trS

= -90.02

Võrrandid teisele lõigule:

0)(

04.180)(

02.9004.180)(

ta

tv

tts

Vahemik 2-3 s:

s(2) = trS

43 s(3) = S v(2) =

2trS

v(3) = 0

a(2-3) = 2c23 = - a(1-2) = -180.04 mm/s2

c23 = -180.04 / 2 = -90.02

c13 = -2 c23t = trS

23 = 07.360

23 = 540.11

c03 = trS

45 = -450.09

Võrrandid kolmandale lõigule:

04.180)(

11.54004.180)(

09.45011.54002.90)( 2

ta

ttv

ttts

4.3. Diagrammide Saamine Asendi, kiiruse, ja kiirenduse diagrammide saamiseks kasutan MATLAB

arvutuskeskkonda. On kirjutatud lihtne skript, mis teeb jooniseid:

t = 0:0.01:3; for i = 1:101 s(i) = 90.02 * t(i)^2; v(i) = 180.04 * t(i); a(i) = 180.04; end for i = 102:201 s(i) = 180.04 * t(i) - 90.02; v(i) = 180.04; a(i) = 0; end for i = 202:301 s(i) = -90.02 * t(i)^2 + 540.11 * t(i) - 450.09; v(i) = -180.04 * t(i) + 540.11; a(i) = -180.04; end subplot(3,1,1); plot(t,s) subplot(3,1,2); plot(t,v) subplot(3,1,3); plot(t,a)

NÄIDE

20

Selle skripti abil on loodud järgmised diagrammid (vt Joonis 13).

Joonis 13. Asendi kiiruse ja kiirenduse diagrammid.

5. Roboti Kahetasandiline Hierarhiline Juhtimine

Hierarhiat loetakse süsteemi keerukuse tunnuseks. Teatud keerukusest alates ei suuda üks

keskjuhtseade enam kõiki juhtimisfunktsioone rahuldavalt täita. Siis võetakse

üheraalijuhtseadmete asemel kasutusele mitmeraalijuhtseadmed ning hierarhilise

juhtimise põhimõte. Kogu juhtimissüsteem muutub sel juhul mitmetasandiliseks.

Juhtimisfunktsioonid jaotatakse eri tasandite vahel: alumine tasand täidab suhteliselt

lihtsaid, kuid kiiret reageerimist nõudvaid ülesandeid, ülemised aga keerukamaid,

üldisema iseloomuga ülesandeid. Kahetasandilise süsteemi korral nimetatakse eri

tasanditel toimuvat juhtimist vastavalt lokaalseks ja keskjuhtimiseks. Roboti puhul

juhitakse lokaalsel tasandil manipulaatori ajameid, kusjuures iga ajamit juhib eraldi

juhtplokk. Keskjuhtimine on ette nähtud manipulaatori lülide liikumise

kooskõlastamiseks ning roboti tööprotsessi korraldamiseks.

Mitmeraalijuhtseadmetes jaguneb ka tarkvara eri juhtimistasandite vahel. Seejuures

moodustab tarkvara riistvarast sõltumatu hierarhilise süsteemi, mis täiendab kogu

juhtimissüsteemi uute tasanditega. Näiteks võib tarkvara abil lisaks programmjuhtimisele

luua adaptiivjuhtimise või tehisintellekti tasandid, mille ülesandeks on programmide

automaatne muutmine või uute programmide koostamine (T. Lehtla, 1994).

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 30

100

200

300

400

mm

s(t)

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 30

50

100

150

200

mm

/s

v(t)

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3-200

-100

0

100

200

aeg [t]

mm

/s2

a(t)

NÄIDE

21

RV-3S roboti puhul on ka juhtimine jagatud lokaal- ja keskjuhtimise tasanditeks.

Vaatame üle roboti ajamite diagrammi (Joonis 14). Iga ajami ehk servoajami kontrollib

oma mikrokontroller, mis saab infot kõrgest juhtimise tasandist.

Joonis 14. RV-3S ajamite diagramm.

Iga ajam on lokaaltasandil juhitud individuaalselt, ja kuna tarnija täpse juhtimisskeemi

välja ei andnud, kujutame ette, et lokaaljuhtimise plokki skeem on selline (vt Joonis 15).

Tõeline skeem ei saa kõvasti erinema.

Joonis 15. Servoajami plokkskeem.

NÄIDE

22

Juhtimise mikrokontroller võtab vastu käsud kõrgema tasandi seadmetest ja rakendab

juhtimist lokaaltasandil ehk aktiveerib lüli liikumise õiges suunas ja õige kiiruse ja

kiirendusega.

Keskjuhtimise ülesanded on põhiliselt kinemaatikaülesanded ja liikumise planeerimine.

Tavaline keskjuhtimine toimub järgmise algoritmi järgi (vt Joonis 16).

Joonis 16. Keskjuhtimise algoritm.

Näiteks sisestades juhtpuldist, või arenduskeskkonnast arvutis sellise programmi (vt

Tabel 3), mis liigub haaratsi punktisse P1, siis horisontaalselt alla, paneb haarats kinni ja

vertikaalselt üles tagasi:

100 MOV P1, -40

110 MVS P1

120 HCLOSE 1

130 MVS ,-40

Moodustada sellest koodist lülide pöördenurgad, nurkkiirused ja planeerida liikumist on

keskjuhtimise ülesanne. Tulemuseks on ajamitele sisendandmed, mis nad töödeldavad ise

lokaalse juhtimise tasandil ja aktiveerivad servomootorit.

NÄIDE

23

RV-3S keskjuhtimise võimalused on piisavalt võimsad, et rakendada adaptiivset juhtimist

mis on tarnijal nimetatud Operational Tolerance. Haarats võib oma tööpunktid

reguleerida sõltuvalt välisjõude mõjudest. See garanteerib suurepärast positsioneerimise

täpsust.

6. Manipulaatori Esimese Astme Mootori Vajalikku Võimsuse

Hindamine

6.1. Püstitus ja Algandmed Et hinnata esimese astme mootori vajalikku võimsuse, paneme manipulaatori sellisesse

asendisse, millisel roboti käe ja maksimalse last (3.5 kg) mass tekitab mootorile suurima

inertsmomendi. Selles asendis on roboti käsi maksimaalselt horisontaalselt sirgeks teinud.

Lihtne printsiopiaalne joonistus sellest asendist ja mõõtmed on esitatud Joonisel 17.

Joonis 17. Maksimalse horisontalselt sirgeks teinud manipulaatori asend.

Joonisest 10 võtan mõõtmed: r1 = 95 mm, r11 = 245 mm, r12 = 355 mm. Maksimaalne

r13 approksimeerime roboti manuaalist, kus on öeldud, et väikese ruumalaga objektide

korral nende massi tsenter on arvatavasti 70mm J6 lülist, selliselt võtame r13 = 70 mm.

Massid võtame punktmassideks lülide kohadel, sest seal asuvad rasked servomootorid.

Tarnija ei andnud välja manipulaatori osade massid, approksimeekime neid ise: kogu käsi

kaalub 37 kg, eeldame et baas kaalub rohkem, kui 1/3, näiteks 15 kg. m1 on ilmselt

raskem, kui m2, sest selles osas on suuremad mootorid. Võtame m1 = 12 kg, m2 = 10 kg.

m3 on maksimaalne lubatud last ja on m3 = 3.5 kg.

Seega:

r1 = 95 mm, r2 = 95 + 245 = 340 mm, r3 = 95 + 245 + 355 + 70 = 765

m1 = 12 kg, m2 = 10 kg, m3 = 3.5 kg

m1 m2

m3

r1

r2

r11 r12 r13

r3

NÄIDE

24

6.2. Võimsuse Hindamine

Lüli maksimaalne nurkkiirendus t

a 1max , oletame et lüli saavutab maksimaalse

nurkkiiruse 0.5 sekundiga, siis 22

1max 726.8

deg500

5.0 s

rad

sa

Esimese liikuva osa inertsmoment 2

111 rmI

Teise liikuva osa inertsmoment 2

222 rmI

Kolmanda liikuva osa inertsmoment 2

333 rmI

Esimese liikuva osa moment max11 aIT

Teise liikuva osa moment max22 aIT

Kolmanda liikuva osa moment max33 aIT

Resulteeruv moment 321 TTTT

Mootori võimsus 1TP

Pandes need valemik kokku, saame:

)(2

33

2

22

2

11max1 rmrmrmaP

Pandes sisse ülesande algandmed, saame

WP 12.126)765.05.334.010095.012(726.8363.4 222

Võib öelda, et esimese astme mootori vajalik võimsus on 130 W, kuid arvutused olid

liiga lihtsustatud ja selle pärast vajalik võimsus võiks olla kõrgem. Põhjuseks on see

asjaolu, et m2 on tegelikult hajutatud m2 ja m3 vahel, sest selles manipulaatori osas

asuvad J5 ja J6 mootorid. Näiteks kui jagada m2 pooleks m2 ja m3 vahel, saame

WP 51.215765.02

105.334.0

2

1010095.012726.8363.4 222

Täpsama vastuse saamiseks peaks võtma rohkem punktmasse või arvutada

inertsmomendi integreerimise rakendamisega.

Kare hinnangu andmisel võiks öelda, et vajalik võimsus on vahemikus 130 – 220 W,

võtame keskmist – P = 175 W.

7. Kokkuvõte

Selles töös tutvusin Mitsubishi RV-3S robotiga, selle ehituse ja võimalustega. Olid tehtud

selle roboti jaoks otsene ja pöörd- kinemaatika ülesanded, sirgjoonelise liikumise

planeerimine ja esimese astme mootori võimsuse hindamine, samuti oli läbi vaadatud

kaheastmeline hierarhiline juhtimine. Kõik tulemused paistvad välja selle roboti jaoks

sobivateks.

Töö käigus tekkis mul, kui automaatikul, huvi reaalsete keskjuhtimise algoritmide vastu.

Kavatsen neid sügavamalt uurida ja võiks olla oma magistritöö nendega seotada.

NÄIDE