Тема доклада: Модернизация системы ручного управления робота-манипулятора.
Исполнитель: гр341-об Медяник А.В., Зубковский В.
Система ручного управления
В данном докладе будет рассматриваться уже существующий лабораторный стенд «Робот -манипулятор», а точнее модернизация системы ручного управления.
В качестве объекта автоматизации рассматривается лабораторный стенд «робот-манипулятор». Для его управления используется контроллер фирмы SIEMENS - S7 200. На рисунках ниже представлен внешний вид установки и блок схемы системы автоматизации.
(http://s014.radikal.ru/i327/1704/ef/07b08bfbd179.png)
(http://s019.radikal.ru/i621/1704/1c/630440eb0aa4.png)
Обозначения на рисунке:
1) пульт ручного управления;
2) размещение оптического датчика по ординате X;
3) размещение оптического датчика по ординате Y;
4) размещение концевого выключателя по ординате X;
5) размещение монтажной платы системы коммутации и питания.
Подробного описания электромеханического робота, существующих систем коммутации и СУ здесь не будет, так как на этом этапе ничего нового не придумано!
Основной идеей этой работы является модернизация СРУ
Системы неавтоматического (ручного) управления -- такие СУ, в которых все функции контроля и управления выполняют люди (без ЭВМ и средств диспетчеризации). В процессе подготовки к управлению технологическим оборудованием технолог разрабатывает последовательность выполнения операций, определяет их параметры и характеристики, продолжительность операций и записывает в технологической карте. Оператор вручную управляет технологическим оборудованием в соответствии с разработанной технологией. Т.е. он посредством сигналов образует цепь управления технологическим оборудованием. Фактическое выполнение команд управления фиксирует оператор, образуя тем самым цепь обратной связи.
В имеющимся лабораторном стенде пульт ручного управления подключён к блоку питания схеме комму¬тации и контроллеру Siemens S7-200.
Я рассмотрю такой недостаток ручного управления как малая продуктивность. В рассматриваемом лабораторном стенде устаревший и малоэффективный пульт управления, модернизацией которого буду заниматься в дальнейшем.
Как же его модернизировать и сделать современным и более эффективным?
Можно добавить множество кнопок и переключателей и в итоге получить тоже самое…
(К электрическим аппаратам ручного управления относят рубильники, переключатели, выключатели, пакетные выключатели и контроллеры. Рубильники и переключатели предназначены для периодического (редкого) включения (отключения)-- коммутации (от одноименного латинского слова -- изменение, перемена) силовых электрических цепей напряжением до 500 В при силе номинального тока до 500 А.)
Тогда нужно добавить то чего еще не было, но с похожими функциями. Было принято решение использовать в качестве РУ геймпад, представляющий собой игровой штурвал подключаемый к ПК с большим количеством кнопок и подключаемыми к нему через com порт педалями. Использованием потенциометров и большого разнообразие кнопок можно получить более продвинутую систему ручного управления.
Геймпад - штурвал с педалями, внешний вид устройства представлен на рисунке
(http://s09.radikal.ru/i182/1704/8d/7c31153a5950.png)
Внешний вид геймпада
Сама конструкция руля очень проста, и при наличии необходимых инструментов и материалов, создать рулевой модуль совсем несложно, но я буду использовать уже готовый прибор.
Для начала разберем как работают, из чего состоят компоненты выбранного СРУ
Большинство геймпадов поддерживает 4 переменных сопротивления (потенциометра) и 4 мгновенных кнопки-выключателя (которые включены, пока нажаты). Получается, одновремнно могут работать по 2 сопротивления (одно - влево/вправо, другое - вверх/вниз) и по 2 кнопки.
В стандартном джойстике потенциометр оси Х отвечает за движение рукоятки влево/вправо, а сопротивление оси Y - вперед/назад. Применительно к рулю и педалям, ось Х становится управлением, а ось Y соответственно дросселем и тормозом. Ось Y должна быть разделена и подключена так, чтобы 2 отдельных сопротивления (для педалей газа и тормоза) действовали как одно сопротивление, как в стандартном джойстике.
Как только станет ясна идея геймпорта, можно начинать проектировать любую механику вокруг основных двух сопротивлений и четырех выключателей: рулевые колеса, рукоятки мотоцикла, контроль тяги самолета насколько позволяет воображение.
Далее показаны основные части геймпада
Поговорим о рулевом модуле, на рисунках ниже показаны общие планы модуля (без механизма переключения передач) сбоку и в виде сверху.
(http://s019.radikal.ru/i621/1704/d4/031260c7ef4b.png)
(http://s019.radikal.ru/i618/1704/40/e5059aae8636.png)
Общие планы модуля
1. Рулевое колесо;
2. Ступица колеса;
3. Вал (болт 12мм x 180мм);
4. Винт (держит подшипник на валу);
5. 12мм подшипник в опорном кожухе;
6. Центрирующий механизм;
7. Болт-ограничитель;
8. Шестерни;
9. 100к линейный потенциометр;
10. Основа;
11. Ограничитель вращения;
12. Скоба;
13. Резиновый шнур;
14. Угловой кронштейн;
15. Механизм переключения передач.
(http://s020.radikal.ru/i701/1704/f1/6f0169c8747c.png)
Центрирующий механизм
1. 22мм болты;
2. Алюминиевые пластин;
3. Вкладыши 13мм;
4. Стальной стержень;
5. Рулевой вал;
(http://s019.radikal.ru/i602/1704/0c/7792e8b6b4f5.png)
Педальный потенциометр
Педальный потенциометр установлен на простом L-кронштейне (14) в задней части модуля. Тяга (11) крепится к приводу (12) на втулках (9, 13), позволяя сопротивлению вращаться в диапазоне 90 градусов.
(http://s020.radikal.ru/i715/1704/34/4d8b54792c6c.png)
Механизм переключения передач
Рычаг коробки передач представляет собой следующую конструкцию: Стальной стержень крепится к рычагу через втулку и проходит через отверстие на основании модуля руля. С обеих сторон отверстия в кронштейне на стержень установлены две пружины (1) и затянуты гайками так, чтобы создавалось усилие при движении рычага, используется два маленьких шарнира (4), которые установлены на ступицу колеса. Рычаги (1) крепятся к шарнирам таким способом, чтобы они могли двигаться только в одном направлении, т. е. к колесу. В отверстия в рычагах вставляются два маленьких выключателя (3), так, чтобы при нажатии они упирались в резиновые подушечки (2), приклеенные к колесу и срабатывали. Если выключатель имеет недостаточно жесткое давление, то возврат рычагов можно обеспечить пружинами (5), установленными на шарнир.
Потенциометр одна из важнейших деталей в устройстве и нельзя упустить его возможности при модернизации робота
Немного о том, как работает потенциометр. Если снять с него крышку, то можно увидеть, что он состоит из изогнутой токопроводящей дорожки с контактами А и С на концах и бегунка, соединенного с центральным контактом В (рис 11). Когда вал вращается против часовой стрелки, то сопротивление между А и В увеличится на то же самое количество, на какое уменьшается между С и В.
С педалями не так все просто. Поворот руля эквивалентен движению джойстика влево/вправо, а нажатие педалей газ/тормоз соответственно - вверх/вниз. И если сразу нажать на обе педали, то они взаимно исключат друг друга, и ни какого действия не последует. Это одно-осевая система подключения, но возможно , использовать двух-осевую систему газ/тормоз связанные с одновременным использованием газа и тормоза.
(http://s008.radikal.ru/i305/1704/b8/0b7c5ada8e25.png)
Схема подключения двух-осевого устройства
Выключатели - любые какие есть, но, как было написано выше, они должны иметь мгновенный (то есть незапирающий) тип.
Провода любые, главное, чтобы их можно было легко припаять к разъему.
Ко всем использованным элементам подключаются переключатели позволяющие менять направление сигналов, с платы геймпада на непосредственно контролер.
Модернизированная схема геймпада выглядит следующем образом.
(http://s010.radikal.ru/i311/1704/99/82a08cf9ba7f.png)
Модернизированная электрическая схема геймпада
Необходимо подключить модернизированную схему геймпада к контролеру SIEMENS - S7 200.
(http://s010.radikal.ru/i313/1704/ab/cea09f4c52f7.png)
ПЛК Siemens S7 - 200
На имеющемся контролере не хватит входов для подключения геймпада, поэтому для подключения аналоговых входов потребуется поставить модуль расширения ЕМ235;
Модули ввода-вывода аналоговых сигналов предназначены для подключения к контроллеру аналоговых датчиков и исполнительных устройств. Модули ввода аналоговых сигналов выполняют аналого-цифровое преобразование входных аналоговых сигналов контроллера и формируют цифровое представление измеренных величин. Модули вывода выполняют цифро-аналоговое преобразование внутренних цифровых величин контролера и формирование его выходных аналоговых сигналов.
(http://s016.radikal.ru/i334/1704/b2/95c9b469602c.png)
Модуль расширения ЕМ235
На рисунке ниже представлено подключение модернизированного геймпада к контролеру.
(http://s020.radikal.ru/i709/1704/5b/f7b57d1caab1.png)
Проект находится в стадии разработки, поэтому на этом доклад заканчивается.
Добавлена 2 часть доклада "Система коммутации". Готовы ответить на интересующие вопросы.
Перчатка - это хорошо. А куда руль девать? (помните, детский анекдот: "Уберите этого с руля. Я не сруль, я - Чебурашка!)