Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых» Кафедра: Автоматизация, мехатроника и роботехника Курсовой проект на тему: Управление многостепенным роботом манипулятором Dobot Magician Выполнил: студент гр. МРсп-119 Кириллов Н.П. Руководитель: Логинов Д.Д. Владимир, 2021 Оглавление Аннотация ...................................................................................................... 3 Введение......................................................................................................... 4 1. Анализ объекта управления. Исходные данные. ................................... 5 1.1.Используемые инструменты. ................................................................. 9 2. Структурная схема системы управления. ............................................. 10 3. Создание алгоритмов управления. ........................................................ 12 4. Написание кода программы. .................................................................. 15 Вывод............................................................................................................ 18 Список литературы. .................................................................................... 19 КИТП 15.02.10 Изм. Лист Разраб Пров Н. Контр. Утв № докум Кириллов Н.П. Логинов Д.Д. Подпись Дата Управление многостепенным роботом манипулятором Dobot Magician Литера Лист y 2 Листов 19 МРсп-119 Аннотация В курсовом проекте разрабатывается программа управления локальным объектом. Для выполнения данной задачи будут рассматриваться следующие пункты/блоки: 1) Кинематическая схема объекта управления; 2) Структурная схема системы управления; 3) Блок схема алгоритма программы; 4) Создание кода программы. Лист КИТП 15.02.10 Изм. Лист № докум Подпись Дата 3 Введение Курсовой проект представляет собой разработку программы для управления (выполнения определённой задачи) локальным объектом. В данном случае роботом манипулятором модели "Dobot Magician". Робот предназначен в первую очередь для обучающих целей. Чтобы выполнить задачу потребуется: • Изучить его технические характеристики и на основе этих характеристик определить возможности робота; • Изучить программное обеспечение (ПО); • Выбрать способ программирования. Результатом выполнения задания, и как следствие его проверкой является корректная отработка поставленной задачи манипулятора. Лист КИТП 15.02.10 Изм. Лист № докум Подпись Дата 4 1. Анализ объекта управления. Исходные данные. В качестве объекта управления используется 4/5 степенной робот манипулятор Dobot Magician. Он изображён на рисунке 1. Рисунок 1. Dobot Magician. Робот имеет сферическую систему координат. И обладает следующими характеристиками: Количество осей 4; Полезная нагрузка 500г; Максимум. рычаг 320 мм; Повторяемость позиции (контроль) 0,2 мм; Связь USB / WIFI / Bluetooth; Источник питания 100 В - 240 В, 50/60 Гц; Мощность 12 В / 7 А DC; Потребление 60 Вт Макс.3; Рабочая температура -10 C - 60 C; Вес робота без насадок, кг: 3,4; Лист КИТП 15.02.10 Изм. Лист № докум Подпись Дата 5 Вес стандартного набора в упаковке, кг: 7,2; Вес образовательного набора в упак., кг: 8; Диаметр подставки: 158мм; Материалы: Алюминиевый сплав 6061, ABS; Форм-фактор: Настольный. Робот построен по следующей кинематической схеме, приведенной на рисунке 2. Рисунок 2. Кинематическая схема. Лист КИТП 15.02.10 Изм. Лист № докум Подпись Дата 6 Привод манипулятора оснащён шаговым двигателем (ШД). С редуктором модели Nema 17 17HS4402, имеющий следующие характеристики: Сопротивление, Ом 2.5; Угол шага, град. 1.8; Номинальный ток, А 1.3; Число фаз 2; Индуктивность фазы, мГн 5; Момент инерции, г * см2 54; Момент удержания, кг * см 4.0; Длина мотора, мм. 40; Вес мотора, гр. 280. Двигатель изображён на рисунке 3. Рисунок 3. Двигатель Nema 17 17HS4402. Лист КИТП 15.02.10 Изм. Лист № докум Подпись Дата 7 В комплект Dobot Magician входят следующие инструменты: 3D-принтер; Лазер; Держатель пера; Вакуумная присоска; Захват пневматический. С помощью универсального комплекта сменных рабочих инструментов Dobot Magician способен реализовывать такие функции, как: 3D печать, лазерная гравировка, манипуляция с объектами и рисование. Лист КИТП 15.02.10 Изм. Лист № докум Подпись Дата 8 1.1.Используемые инструменты. Для выполнения поставленной задачи, будет использован пневматический захват, приведенный на рисунке 4. Рисунок 4. Захват пневматический. Характеристики схвата: Диапазон 27.5 мм; Тип привода Пневматический; Сила 8 Н. Захват приводится в движение воздушной помпой. Откачивающей воздух, создавая вакуум, двигающий поршень. Который управляет элементами захвата. Помпа показана на рисунке 5. Рисунок 5. Помпа воздушная. Лист КИТП 15.02.10 Изм. Лист № докум Подпись Дата 9 2. Структурная схема системы управления. Главным управляющим звеном является платформа серии Arduino Mega с микроконтроллером Atmega 2560. Структура системы управления приведена на рисунке 6. Рисунок 6. Структура системы управления. Где: 1) ЭВМ (электро́нно-вычисли́тельная маши́на) - комплекс технических, аппаратных и программных средств, предназначенных для автоматической обработки информации, вычислений, автоматического управления. 2) USB-TTL - служит для подключения микроконтроллеров к ПК. Через порт UART, создает на ПК виртуальный СОМ-порт. используется для программирования микросхем и микроконтроллеров, поддерживающих уровни сигналов TTL (0 5B). Применяется для прошивки различных устройств на микроконтроллерах. 3) Atmega 2560 - контроллер, использующийся для управления и выполнения задачи. Лист КИТП 15.02.10 Изм. Лист № докум Подпись Дата 10 4) ИИ (используемый инструмент) – используется для выполнения поставленной задачи. 5) ДШД - драйвер шагового двигателя это электронное силовое устройство, которое на основании цифровых сигналов управления управляет сильноточными/высоковольтными обмотками шагового двигателя и позволяет шаговому двигателю делать шаги (вращаться). 6) M – ШД Nema 17 17HS4402 Внутри колонны и на ней крепится 3 шаговых двигателя, один из которых (внутри колонны) соединен с основанием и отвечает за вращение в горизонтальной плоскости всего манипулятора относительно основания (ось вращения перпендикулярна основанию). Еще два двигателя расположены снаружи колонны, один отвечает за движение плеча (ось вращения параллельна основанию). Другой-за движение стрелы относительно плеча (ось вращения параллельна основанию). Рабочий инструмент вращается сервоприводом. Один двигатель дает возможность рабочему инструменту попасть на любую точку окружности, два двигателя-на любую точку сферы. три двигателя-на любую точку внутри шара. Таким образом, количество шаговых двигателей определяет рабочую зону манипулятора. Не обязательно всегда использовать сразу три двигателя. Например, если исходная точка (откуда взять объект) и конечная точка (куда его переложить) находятся на одной плоскости, будет достаточно одного двигателя. Лист КИТП 15.02.10 Изм. Лист № докум Подпись Дата 11 3. Создание алгоритмов управления. Задачей курсового проекта является перемещение объекта из точки А в точку Б и обратно, в бесконечном цикле. Схема представлена на рисунке 7. Рисунок 7. Схема перемещения. По данной схеме был разработан алгоритм программы по перемещению объекта, продемонстрированный на рисунке 8. Рисунок 8. Алгоритм программы. Лист КИТП 15.02.10 Изм. Лист № докум Подпись Дата 12 Рисунок 8. Продолжение. Лист КИТП 15.02.10 Изм. Лист № докум Подпись Дата 13 Рисунок 8. Продолжение. Лист КИТП 15.02.10 Изм. Лист № докум Подпись Дата 14 4. Написание кода программы. Dobot Blockly- это среда блочного графического программирования, разработанная на базе Google Blockly специально для манипулятора Dobot Magician и встроенная в ПО DobotStudio. Графическое или визуальное программирование - это программирование путем манипулирования графическими блоками. Графическая среда программирования имеет интуитивно понятный интерфейс: для получения части программы необходимо соединить несколько блоков между собой. При этом каждый блок имеет определенную форму, благодаря чему соединяются между й только совместимые блоки, подобно элементам пазла. Dobot Blockly содержит 9 групп функциональных блоков: («Логические», «Циклы», «Математика», «Текст», «Список», «Цвет», «Переменные», «Функции», «DobotAPI»): логические блоки позволяют производить логические операции; блоки циклов обеспечивают многократное выполнение заданной последовательности блоков математические блоки выполняют математические операции над числами или переменными: текстовые блоки осуществляют создание и поиск текста или символов блоки списков предназначены для работы с массивами данных и могут создавать, составлять, анализировать и сортировать массивы: цветовые блоки позволяют выбирать, составлять и смешивать Цвета: блоки переменных позволяют создавать и подставлять переменные: Лист КИТП 15.02.10 Изм. Лист № докум Подпись Дата 15 блоки функций предназначены для объединения последовательности блоков в один блок с целью сокращения текста программы: блоки управления содержат набор команд, созданных специально для управления манипулятором Dobot Magician. Меню «DobotAPI» включает в себя 5 типов блоков: «OCHOBHOЙ» - позволяет настроить корректную работу программы: «Конфиг» позволяет конфигурировать параметры перемещения, «Движение» позволяет управлять перемещением рабочего инструмента манипулятора. «Дополнительный» -позволяет осуществлять работу с дополнительным оборудованием, таким как комплект линейных перемещений (рельс), конвейерная лента и датчики Dobot: «I/O»позволяет осуществлять работу с устройствами сторонних производителей. Используя данные блоки, а так же опираясь на блок - схему была составлена программа, рисунок 9. Рисунок 9. Программа Лист КИТП 15.02.10 Изм. Лист № докум Подпись Дата 16 Рисунок 9. Продолжение. На рисунке 10 изображён «Основной код» - код программы на языке программирования Python, который заключается в блоках, используемых в данной программе. Рисунок 10. Код программы. Лист КИТП 15.02.10 Изм. Лист № докум Подпись Дата 17 Вывод В ходе проделанного проекта была разработана программа для управления (выполнения определённой задачи) локальным объектом. В данном случае роботом манипулятором модели "Dobot Magician". Чтобы выполнить задачу потребовалось: • Изучить его технические характеристики и на основе этих характеристик определить возможности робота; • Изучить программное обеспечение (ПО); • Выбрать способ программирования. Результатом выполнения задания, и как следствие его проверкой является корректная отработка поставленной задачи манипулятора. Лист КИТП 15.02.10 Изм. Лист № докум Подпись Дата 18 Список литературы. Горнов О.А. Программирование манипулятора в среде GOOGLE BLOCKLY / О.А. Горнов. — Москва: Экзамен, 2021. — 188 с. Dobot Magician User Guide. Issue: V2.0. Date: 2020-08-06 — Гуанчжоу : Shenzhen Yuejiang Technology Co., Ltd, 2020. Dobot Magician User Guide. Issue: V1.7.0. Date: 2019-01-09. Shenzhen Yuejiang Technology Co., Ltd Емельянов А.В., Шилкин А.Н. Шаговые двигатели. – Волгоград, 2005. – 48 с. Лист КИТП 15.02.10 Изм. Лист № докум Подпись Дата 19
