Cách điều khiển tay máy SCARA ( Bài 3)

Cách điều khiển tay máy SCARA ( Bài 3)

Tất các các thành phần của phần mềm được đóng gói và lập trình trên bộ điều khiển máy tính và được thể hiện chi tiết dưới đây. Các hàm của chúng để giao tiếp, tạo ra các quỹ đạo và áp dụng điều khiển tới các cơ cấu chấp hành của robot.

1. Tổng quát

Các phương pháp truyền thông được chia thành 4 thuật toán: một cái để tạo, cấu hình và mở cổng serial; một chịu trách nhiệm đọc từ cổng và sinh ra các biến đầu vào; một cái tương tự để thiết lập và gửi các thông tin xuât ra; và cuối cùng là cho phép việc đóng các cổng serial.

Hệ thống điều khiển được thiết kế và thực hiện bằng phần mềm MatLab/Simulink. Ứng dụng yêu cầu hai khối, một khối cho việc truyền dữ liệu và khối khác để nhận dữ liệu, như được thể hiện trong hình 8.

2. Phần mềm điều khiển

Robot có 6 cơ cấu truyền động, từ những thứ chúng ta có sau:

1. Trong 3 động cơ DC (M1, M2, M3), áp dụng một bộ điều khiển vòng lặp kín.
2. Trong động cơ servo S4, S5 bộ điều khiển vòng kín được tích hợp sẵn trong các động cơ này giúp hệ thống điều khiển vị trí nhanh và chính xác.
3. Tại bàn kẹp, một dạng điều khiển bật-tắt được tích hợp, có tín hiệu phản hồi được sinh ra bởi cảm biến lực FlexiForce, để dừng việc đóng bàn kẹp nếu đã đạt đến ngưỡng lực đã được cấu hình từ trước của bàn kẹp. Hệ thống này được cài đặt trong các driver của cả hai thành phần, và bộ điều khiển máy tính không tác động đến việc dừng của cơ cấu truyền động đó.

Từ những lý do này, các hệ thống điều khiển cho các cơ cấu truyền động M1, M2 và M3 được thiết kế và cài đặt trong bộ điều khiển máy tính, và chúng được phản hồi vị trí bằng các encoder SR1, SR2 và SR3 tương ứng. Các hệ thống được cài đặt độc lập cho các cơ cấu truyền động, mặc dù tất cả các khối của ứng dụng được chứa trong một mô hình Simulink duy nhất được vận hành từ ứng dụng GUI[1] của hệ thống, nơi các quỹ đạo được lập trình và dự kiến ​​trước. Mô hình Simulink này bao gồm các khối sau:

1. Truyền thông
2. Các bộ điều khiển
3. Nơi chứa quỹ đạo
4. Trình hiển thị đồ họa kết quả
5. Tạo quỹ đạo

Với mục đích kiểm tra chức năng và tính linh hoạt của robot, một giao diện đồ họa đã được thiết kế, cho phép lập trình các quỹ đạo kiểm tra mà robot phải thực hiện. Giao diện này cho phép lập trình 10 bước cho mỗi khớp và mỗi bước bao gồm một tạm dừng ban đầu; một chuyển động mượt bằng một đường đa thức bậc ba giữa hai điểm, và tạm dừng cuối. Hình 9 thể hiện giao diện đồ họa của hệ thống, được dàn xếp các thành phần sau:

1. Các hộp lập trình quỹ đạo cho mỗi khớp cho phép lập trình mười bước, từ cao tới thấp. Chúng được lập trình theo cách giống nhau cho các khớp R1, R2, P3, R4 và R5.
2. Nút nhấn cho phép đưa robot tới cấu hình mặc định ban đầu
3. Nút nhấn cho phép hiển thị các đường quỹ đạo đã được lập trình, sinh ra một đồ thị.
4. Nút nhấn cho phép bắt đầu chạy mô hình Simulink phụ trách việc điều khiển robot
5. Nút nhấn cho phép việc dừng chạy mô hình Simulink điều khiển robot.
6. Các hộp lập trình bàn kẹp thành chỉ việc mở và đóng thời gian được nhập vào. Chúng thiết lập cho phép vô hiệu hóa sự sử dụng bàn kẹp cũng như đầu vào của mức lực kẹp của bàn kẹp.

[1] Graphical user interface

Figure 8: Các khối ứng dụng gửi và nhận trong Simulink

Figure 9: Giao diện đồ họa lập trình quỹ đạo

Để tạo ra sự chuyển động của các khớp, các thông số vị trí và thời gian phải được nhập vào theo một định dạng được thiết lập từ trước, cho phép tạo ra một sự chuyển động trơn mượt của khớp, từ các vị trí đặt trước tới vị trí mục tiêu mới, nó cho phép nhập một tạm dừng ban đầu và một tạm dừng cuối như một phần của nó. Định dạng được thiết lập giống như dưới đây:

Vector chuyển động: [Góc hoặc khoảng cách, Td, Tm, Tf]

Trong đó Góc hoặc khoảng cách: Điểm đặt mới; Td: Thời gian tạm dừng bắt đầu; Tm: thời gian chuyển động; Tf: thời gian tạm dừng cuối.

Các tham số thời gian tăng dần và không tuyệt đối, vì vậy chúng phải đáp ứng các điều kiện sau:

Từ hai điều kiện trên có thể kết luận rằng Tm không thể bằng 0, cũng giống như nói rằng Td ban đầu không thể bằng Tm. Mặt khác, thời gian cuối cùng của bước i là điểm bắt đầu của bước i + 1, và do đó logic gia tăng phải được duy trì.

Đường cong sinh ra bằng ứng dụng là đường bậc 3, thể hiện lợi thế sinh ra một chuyển động trơn tru tại khớp. Sự chuyển động bắt đầu ở tốc độ thấp và tăng dần; sau đó, tại vị trí gần với điểm mục tiêu, tốc độ được giảm trơn mượt.

Figure 10: Đồ thị được tạo bằng ứng dụng GUI tới các khớp

Sau khi lập trình các quỹ đạo, đường cong trên các khoảng thời gian được nhập vào được chỉ định được tạo, như trong hình 10.

Việc lập trình của bàn kẹp khác nhau kể với lập trình quỹ đạo vì nguyên tắc hoạt động của nó là không dựa trên vị trí, nhưng trên trạng thái “mở” hoặc “đóng”. Biểu đồ được tạo ra bởi ứng dụng để lập trình hoạt động của kẹp cho thấy cả hai trạng thái như là một hàm của thời gian, như trong Hình 11.

Ứng dụng GUI tạo ra một biểu đồ chung bao gồm quỹ đạo của sáu thiết bị truyền động liên quan, có thể có thời gian thực hiện khác nhau. Vì vậy, thời gian mà tại đó các đường cong được tạo ra và được lập biểu đồ giống nhau cho tất cả các bộ truyền động và tương ứng với thời gian được lập trình dài nhất.