A probléma már ott kezdődik, hogy tulajdonképpen mit is kell érteni a robot kifejezésen. Vannak, akik nem teljesen helyesen - mint látni fogjuk a későbbiekben - automatáknak nevezik ezeket. Természetesen az embernek nem kell feltétlenül ragaszkodnia a kifogástalanul pontos meghatározáshoz, hiszen e nélkül is legtöbben el tudják képzelni a robotok lényegét, még ha esetleg nem is képesek azt egzakt módon szavakba foglalni.

Két különböző módon közelíthetünk a kérdéshez, egyrészt a működésének bonyolultsági foka, másrészt, hogy külsőségekben mennyire hasonló (antropomorf) az emberhez, amelyhez persze az emberi típusú (humanoid) mozgásforma és szolgáltatás is tartozhat. Ez utóbbiak egyelőre inkább csak - bár nem elhanyagolható tudományos újdonságokkal rendelkeznek - a látványosságok kategóriájába tartoznak. Ilyenek például a zenélő, a felszolgáló stb. robotok.

A működési elvet tekintve természetesen igen alapvető különbségek vannak az egy-két előre rögzített célmozgást kontroll nélkül végzők és az - általunk valóban automata robotnak tekintett - önmaga által érzékelt környezeti változásokra azonnal reagáló un. intelligens szerkezetek között. Valójában ezt még fokozhatjuk is, például szövegfelismerő és szintetikus beszédhang előállító stb. stb. egységek hozzátételével.

Átgondolva a ma és a közeljövő lehetőségeit is, az nem lehet a fő célunk, hogy mesterséges embert (gólem, humanoid, kíborg, android stb.) állítsunk elő, hiszen az ember ”előállítására" már van egy elég régen sikeresen működő módszerünk, viszont a nehéz, a veszélyes, valamint az egyszerű de monoton munkákra hasznos és érdemes kifejlesztenünk robotokat, ahol az emberi intelligenciára, találékonyságra nincs feltétlenül szükség. Ezt bizonyítja az ipari robotok nagyarányú elterjedése is. Részletesebb leírást a függelékben találhatjuk meg. E fejezetet elolvasván megismerhetjük, pl. az un. ipari robotok definícióját, a vezérlési módokat, a programozási nyelveket stb.

A ROB3 RENDSZER

A ROB3 egy ipari robot modellje (un. laboratóriumi tanrobot), hat szabadsági fokkal (5 forgatható tengellyel és egy fogó karral). Az egész szerkezet egy 80 x 60 cm-es lap felett van rögzítve.

A robot három fő részből áll:

· Manipulátor (karok, motorok, áttételek, szenzorok, helyzetérzékelők)

· Tápegység (a motorok, és a vezérlő logika tápellátása)

· Vezérlés (a speciális interface, a számítógép, vagy az un. " teach-box “)

 

1. A manipulátorEz a robot tulajdonképpeni mechanikusan mozgó, végrehajtó része, amelyet fogasáttétellel és fogas szíjjal hat egyenáramú szervomotor hajt meg. Az első, a robottestet (törzset) forgatja (body rotation), a második az un. vállizületet (shoulder joint), a harmadik a könyökizületet (elbow joint), a negyedik a csuklóizületet mozgatja (wrist raising & lowering), az ötödik a fogókart - kezet - forgatja (wrist rotation), végül a hatodik motor bowden-huzalok és rugók segítségével a nem cserélhető kétujjas fogót nyitja-zárja rugalmasan (gripper opening & closing). A tengelyek szimultán mozgathatók.

A robot fontosabb méretei és mozgástengelyei a 1. ábrán láthatók.

1. ábra.

 

A robot munkatere (working space) nagyjából egy 450 mm sugarú negyedgömb. A berendezés csak e térben tud műveleteket végezni. Ebben a munkatérben - elvileg, ha nem lenne hiba - 256 5 különböző térbeli pont jelölhető ki és érhető el! (Azért nem 256 6 , mert a hatodik szabadsági fok nem ad újabb térbeli helyzetet, csak a fogó csukását, nyitását engedélyezi). Mivel az ismétlési pontosság terheletlen állapotban kb. ± 2 mm, viszont a pozícionáló pontosság a terheléstől és az izületek (tengelyek) helyzetétől függően ± 1 mm és ± 4 mm között van, ezért a térbeli felbontás jóval kisebb az előbb leírt 256 5 értéknél is. A pontatlanság értelemszerűen a szögekre is érvényes. Átszámolva a hibát, ez maximálisan ± 3o közötti értéket vehet fel.

A pozíciómérő-rendszer az egyes tengelyek abszolút helyzetét méri 256 ( 28 ) osztású precíziós potenciométeres elfordulásjelzők segítségével. A ROB3 vezérlő elektronikája így még áramkimaradás után is képes felismerni az összes tengely aktuális helyzetét. A 2 8 felosztásból következik, hogy a legfinomabb vezérlési és helyzetbeállási lépésköz a teljes mozgási tartomány 256-od része, (az un. STEP NUMBER Þ Si maximális értéke = 256).

 

 

 

 

 

A hat szabadsági fok S1, S2, S3, S4, S5, és S6 felveheti a 0 és 255 közötti értéket

(0 £ Si £ 255), és a hozzájuk tartozó szögbeosztások az alábbiak:

1.- 80° £ a 1 £ + 80° , a szögtartomány » 160o

255 ³ S1 ³ 0 , egy lépés » 0.63°

2.- 45° £ a 2 £ + 56° , a szögtartomány » 101o

255 ³ S2 ³ 0 , egy lépés » 0.39°

3. +75° £ a 3 £ + 172° , a szögtartomány » 97o

255 ³ S3 ³ 0 , egy lépés » 0.38°

4. - 92° £ a 4 £ + 92° , a szögtartomány » 184o

255 ³ S4 ³ 0 , egy lépés » 0.72°

5. - 92° £ a 5 £ + 92° , a szögtartomány » 184o

255 ³ S5 ³ 0 , egy lépés » 0.72°

6.-ik a kétujjas fogó (kéz), amelynél, ha a teljesen nyitott (S6 = 0), akkor a pofák 60 mm-re vannak egymástól, amikor teljesen zárt (S6 = 255), akkor viszont természetesen 0 mm-re csökken a távolság. Előző öt esethez képest, ahol a szögtartományt osztottuk, itt ezt a 60 mm-t kellene elosztanunk 256-tal, hogy megkapjuk az egy lépésköz értékét, de a pofa már előbb becsukódik (nevezetesen S 6 » 240-nél), így itt egy lépésköz kb. 0.25 mm-nek felel meg. Mivel a fogókar rugalmas ezért, amikor a nyitott állásból elkezdünk zárt állás felé vezérelni (S 6 = 0 ® 255), akkor - ha tárgy van a pofák között - a " kéz " szorító ereje fog növekedni.

Az alább következő fejezetekben - megelőzvén a részletesebb magyarázatot - többször előfordulnak, olyan nagybetűs robot-programozási kifejezések, amelyek a ROB3-at vezérlő un. " ROLAN " (Robot Language) nyelv utasítás készletéhez tartoznak. Ezeket a vezérlő és egyéb kifejezéseket a programozással foglalkozó fejezetekben magyarázzuk meg részletesen.

Más robotoktól eltérően, amelyeknél a kiinduló helyzet általában mechanikusan definiált, a ROB3 startpozíciója a programban meghatározható, így a robot akkor is használható, ha a kiinduló helyzetben akadály lenne. Esetünkben a bekapcsolási alapállás az un. FIX 0-ban leírt paramétereknek felel meg. Ez a már előbbiekben többször is említett beállási és visszaállási pontatlanságok miatt, - néhány mm illetve néhány fok eltéréssel (jelenleg, amíg valaki át nem programozza) - az alább értékeket jelenti:

S 1 = 128 ( a 1 » 0o)

S 2 = 141 ( a 2 » 0o)

S 3 = 222 ( a 3 » 90o)

S 4 = 126 ( a 4 » 0o)

S 5 = 129 ( a 5 » 0o)

S 6 = 240

A programozásnál láthatjuk majd a későbbiekben, hogy mi magunk tudunk definiálni bármilyen (természetesen az értelmezési tartományon belül) FIX X függvényt a SETF X utasítást segítségével.

 

 

 

 

Van két olyan angol rövidítés, amely sokszor előfordul majd a leírásban, nevezetesen, a:

TCP (Tool Center Point), amely általában a befogó szerkezet (kéz) geometriai közepének koordinátája, és a

PTP (Point To Point), amely olyan vezérlési módot jelent, amikor a TCP mozgatását a kiinduló pontból a végső pontba egyetlen utasítással hajtja végre.

A PTP típusú mozgatásnál a maximális terhelés kb. 250 g lehet, míg az un. sok-pontos vezérlés (MPC) esetén, tehát amikor tengelyenként csak egy pozícionáló lépésköz állítható be, akkor maximálisan 50 g. Nagyobb terhek esetén előfordulhat, hogy a vezérlő elektronika - különösen az alsó és felső kar emelő irányú mozgatásakor - nem tudja a kívánt pozíciót beállítani.

 

2. A tápegység

A robotban - amint már tudjuk - hat darab egyenáramú szervomotor, valamint a hozzájuk tartozó vezérlő és meghajtó elektronika van. Bár a motorok nem nagy teljesítményűek, de a szimultán működési lehetőség miatt ezek fogyasztása összeadódhat, így a tápegység - amely külön önálló dobozban van, és saját kapcsolóval rendelkezik - 9 Voltos stabilizált feszültség mellett maximum 3 Amper áram leadására képes.

3. A vezérlés

A ROB3 vezérlő programja egy Pascal (Turbo Pascal 5.0) nyelven írt interpretatív program. Ennek segítségével egy egyszerű programnyelv - a már említett ROLAN-alapján (on-line, teach-in vagy off-line módban) vezérlőprogramok írhatók. Csak PTP (startpont ® célpont) és MPC (sok-pontos) vezérlés lehetséges.

A ROB3 tőrzsének aljában van az elektronika, és itt találhatók a csatlakozók is a külvilág felé.

A kivezetések a következők:

1./ A piros (+) és fekete (-) vezetékek, melyeket az előző fejezetben említett tápegységhez kell

csatlakoztatni.

2./ Egy 9-tűs csatlakozó anya (DB-9 female), amelyet a vezérlő computer soros portjára

(RS-232, COM1) kell kötnünk. Ezen keresztül kommunikál a számítógép a robottal.

3./ Egy 25-tűs csatlakozó anya (DB-25 female), amelyen keresztül a robot kontroll illesztő egysége (control interface) tartja a kapcsolatot a külvilággal. Ilyen egység például a függelékben részletezett un. " Teachbox " kézi vezérlő rendszer, melynek segítségével kontroll computer nélkül is tudjuk működtetni a robotot.

A csatlakozón az alábbi pontok találhatók:

a./ 1 bites digitális un." EMERGENCY OFF " bemenet aktív LOW szinttel, amely hibás működés vagy váratlan akadály esetében biztonsági gyors-kikapcsolást végez a roboton.

b./ Két analóg bemenet 0 - 10 Voltos működési tartománnyal, 8 bites felbontású analóg-digital átalakítóval.

c./ 8-bites digitális TTL bemenet aktív LOW jelszinttel, az alábbi lábkiosztással és az egyik bemenet kapcsolási rajzával:

Bemenet lábszám

DI0 8

DI1 20

DI2 7

DI3 19

DI4 6

DI5 18

DI6 5

DI7 17

d./ 8-bites digitális TTL kimenet aktív LOW jelszinttel, az alábbi lábkiosztással és az egyik kimenet kapcsolási rajzával:

kimenet lábszám

DO0 25

DO1 12

DO2 24

DO3 11

DO4 23

DO5 10

DO6 22

DO7 9

A RENDSZER INDÍTÁSA

A képernyőn megjelenő “MÉRÉS”-re kattintunk, vagy a számítógépben keressük meg azt az alkönyvtárat, ahonnan el tudjuk indítani a " robstart.bat "-ot. Ezután egy " ROB3 function test " üzenet jelenik meg a képernyőn. Az ENTER gomb megnyomásával megindul a motorok ellenőrzése, ha viszont az ESCAPE -et nyomjuk le akkor a motor ellenőrzés, elmarad. A robot tápfeszültségének hiánya esetén a program külön figyelmeztető szöveget jelenít meg a képernyőn.

A ROB3 PROGRAMJA

Az előző részben leírt rendszer-ellenőrzés és indítás után mindegyik motor kiinduló helyzetbe, majd az előre beállított FIXPOS állapotba kerül. Bármelyik motor hibás működése esetén hibaüzenet jelenik meg. Ez történik akkor is, ha a robot nem tud az előre beállított pozícióba beállni. Normális esetben ezután a főmenü jelenik meg.

A főmenü két részből áll: a baloldali keskenyebb mező az egyes menüpontokat tartalmazza, a jobboldali - szélesebb - információs mező alsó része általános utasításokat tartalmaz a menüpontok kiválasztására és aktivizálására nézve, felső része pedig a kiválasztott menüpontot magyarázza. A következő két alfejezetben a program működését, majd a ROLAN utasításkészletét tárgyaljuk. A sorrend önkényes, de a részek sokat hivatkoznak egymásra.

1. A program működése, felépítése

a./ Szerkesztés (EDITING)

Az EDIT-et aktiváljuk az E, vagy e betűkkel, és az ENTER-el, majd beírjuk a szerkesztendő program címét, ill. ennek híján az előzőleg szerkesztett ROLAN program kerül be a szerkesztőterületre. A képernyő baloldala a szerkesztőterület.

ROLAN programok szerkesztése: minden sor egy és csak egy ROLAN utasítást tartalmazhat. Futás közben az egyes utasítások sorrendben hajtódnak végre. Az F1, F2, F3, Pgup, Pgdown, END gombok funkciója: mindegyik kétállású kapcsolóként működik és csak az egyes utasítás sorok elején állíthatók!

A képernyő jobboldala az információs terület. Ez tartalmazza a ROLAN programok könyvtárát (max. 48), és a ROB2R vezérlő utasításainak listáját rövid leírásukkal együtt.

Először nyomjuk meg az F1 gombot. A "FIX 1" most inverz színben látszik. F1 ismételt lenyomása visszaállítja az eredeti színeket. Ellenőrizzük most a megállási pont hatását: nyomjuk meg még egyszer az F1 gombot. Térjünk vissza a szerkesztési üzemmódból a főmenübe az END gomb lenyomásával. Az R gomb elindítja a programot. A robot a FIX 1 helyzetbe kerül (kinyújtott felfelé mutató kar), és ott megáll. Bármely gomb lenyomásával a program futása folytatódik (kivéve ESC vagy END): először a PTP utasítás hatására a fogó kinyílik, majd a robot a FIX 0 helyzetbe kerül, ahol 30 tizedmásodpercig marad (WAIT Z 30), végül pedig az RPT utasítás hatására újra a FIX 1 helyzetbe kerül, és újra megáll. Tetszőleges ismétlés után a programot az END gombbal állíthatjuk le.

Olvassuk be újra az eredeti programot és nyomjuk meg az F2 gombot. Ennek hatására on-line üzemmódba kerültünk. Az ENTER gomb ismételt lenyomásával az utasításokat egyenként hajthatjuk végre (SINGLE -STEP PROCEDURE). Az utolsó utasítás, RPT most nem hatásos, az ENTER lenyomására figyelmeztető hangjelet kapunk. A kurzor az utolsó, üres sorban villog.

Próbáljuk ki a Pgup, Pgdown, ' Ý ' , ' ß ' gombok hatását: a kurzort a kívánt sorra állítva az ENTER továbbra is az adott sorban lévő utasítás végrehajtását eredményezi.

Álljunk rá a kurzorral az ötödik sor elejére és nyomjuk meg az INSERT gombot. Ezáltal az RPT-vel kezdődő sor eggyel lejjebb tolódik. A keletkező üres sorba új utasítást írhatunk be: FIX + Þ . A sorban FIX 0 jelenik meg, a kurzor a 0 fölött villog. Írjuk be a 2-t, zárjuk le a sort ENTER-rel. Ezáltal a robotot a FIX 2 pozíció felvételére utasítottuk 3 s késleltetési időt követően. Hasonló módon (a LIN és CIR utasítások kivételével) bárhol új utasításokat szúrhatunk be a programba. Lépjünk ki a szerkesztésből (END), tároljuk a módosított programot (S) és ellenőrizzük a működését (RUN).

Tegyük fel, hogy a programunkat nem akarjuk ciklikusan futtatni, hanem a végére további utasításokat kívánunk hozzáadni. A kurzor által megjelölt sort (RPT) egyszerűen felülírhatjuk, pl. a FIX 3 utasítással. Tároljuk ezt a változatot is. Bármely ROLAN-utasítás lezárása a ' Þ ‘ gombbal történik. Ha a lezárás előtt a felülírt sort ESC gombbal zárjuk, a felülírás érvénytelen lesz és visszakapjuk az eredeti sort.

Descartes-koordináták esetén a PTP. LIN és CIR utasítások paramétereiként a TCP beállítandó helyzetét az alaprendszerhez képest mm-ben adjuk meg - ellentétben a robotkoordinátákkal, ahol az adatok a 6 motor helyzetét lépésekben kell megadni. Az egyes tengelyek jele alatti szög-értékek az aktuális rendszer megfelelő tengelyeinek irányát adják meg az alaprendszerhez képest (ld. Robot kiegészítés, függelék).

Ennek a menüpontnak a kiválasztása az aktuális ROLAN program lemezre mentését eredményezi változatlan név alatt. A megállási pontok a tárolt program részét képezik. A tárolt program továbbra is a képernyőn marad. Ha a memóriában nincs ROLAN program, a mentés hatástalan.

Az XY sík az alaplappal párhuzamos, a vállízületet tartalmazó sík, az alaplaptól való távolsága ez által a ROB3 mechanikai beállításának függvénye. A határoló szögek modellfüggőek, és a beállítás során a 2-es és 3-as tengely állításával változnak. Megfelelő beállítás hiányában a Descartes-koordináták és a szögek eltérhetnek a valóságtól.

Az aktuális ROLAN program nyomtatása; a képernyőn látható formától annyiban tér el, hogy Descartes-koordináták esetén minden paraméter külön sorba kerül. Hibaüzenet kikapcsolt vagy nem bekötött nyomtató, vagy hibás státusjel esetén. Ha a programtár üres, a PRINT utasításnak nincs hatása.

Ez az egység egyetlen eljárást tartalmaz (UserWork), amely a felhasználó által írt eljárások és függvények használatához ad keretet. A "Uses" alatt felsorolt unit-ok deklarálásával a ROB3 minden alapvető eljárása és függvénye elérhető.

Ha a programból kilépünk, a 10 fix pozíció aktuális értéke a FIXPOS.DEF file-ba kerül, és a következő programkezdésnél újratöltődnek. A fix pozíciókat a SETF X, X' {0,...,9} utasítással változtathatjuk meg. A kilépés után a DOS rendszerbe kerülünk vissza.

Az utasítást lineáris interpoláció programozására használjuk; előzőleg a kiindulási A pontot a PTP, LIN, CIR vagy FIX utasítással kell definiálni. A paraméterek beállítása megegyezik a PTP utasításnál leírtakkal. Az interpolációs út B végpontja a LIN utasítás paramétere. Az 'Enter' gomb megnyomása után a számítógép kiszámítja a közbenső pontokat, és a programban tárolja. Futás esetén a TCP a sok-pontos vezérlés módszerrel mozog A pont és B pont között.

Az utasítást cirkuláris interpoláció programozására használjuk; előzőleg egymás után három (A B C) pontot kell a robot munkaterületére beprogramozni. Az A pont a PTP, LIN, CIR vagy FIX, a B pont a PTP vagy FIX utasítások egyikével állítható be, végül a C pont a CIR utasítás paramétere. Az Enter gomb megnyomása után a számítógép kiszámítja az ABC körív közbenső pontjait, és a programban tárolja. Az alapelvek hasonlatosak a LIN utasítás leírásában foglaltakkal.

Az utasítás paraméterként a 0-át kínálja fel, ezt az Enter gombbal elfogadhatjuk, vagy a számbillentyűkkel megváltoztathatjuk. Mindkét esetben a legutolsó PTP, LIN, CIR, vagy FIX utasítás paramétereit FIXPOSITION-ként veszi át. Ha a SETF nem a program első utasítása, akkor a PTP, LIN, CIR vagy FIX közvetlenül kell, hogy megelőzze. Ha a SETF a program első utasítása, akkor a ROB3 aktuális pozíciója a referencia. Ilyen módon 10 különböző FIX 0, ... , FIX 9 pozíció állítható, változtatható és a FIX utasítással (4.5.) bevihető.

Célszerű, hogy egy jellemző pozíciót a SETF 0 utasítással, mint kiindulási pozíciót definiáljunk (pl. 1, 2, és 5 tengelyek 0 fokra, a 3-as tengely 90 fokra, fogó zárva).

Ennek az utasításnak hatására a program futása megszakad, amíg vagy az előre beállított tizedmásodpercekben mért idő letelik, vagy egy megfelelő bitminta érkezik a 8 bit-es digitális bemenetre (ld. 6. oldal). Ez a bitminta 0 és 255 közötti decimálisan megadott paraméter. Ha a "WAIT" van a bemeneten, és a ' Þ ' billentyűvel van lezárva, akkor a következő sor jelenik meg: WAIT D. Ilyenkor megnyomva a jobb kurzort (' Þ ') a ' D ' változó értékének megfelelően ( ha D > 255, akkor " örökké ") a program várni fog, hacsak az ESCAPE gombbal nem érvénytelenítjük az utasítást .

A ' D '-t felülírva ' Z '-vel és megnyomva a ' Þ ' gombot a várakozási idő 0 és 999 tizedmásodperc közötti tartományra állítható be. Ellentétben az előzőekkel, ilyenkor a várakozást nem lehet az ESCAPE gombbal lerövidíteni.

Az utasítást paraméterek nélkül, a ' Þ ' és az ENTER gombok lenyomásával zárjuk. Az utasítás a fogó nyitott és csukott állapotai között vált. Csukott helyzetből kiindulva az első GRIP utasítás teljesen nyit (a Gripper motor 0 pozíciója), a következő pedig újra visszacsuk (255-ös pozíció). A közbenső pozíciók a PTP, LIN vagy CIR utasítások hatodik paramétereit állítva érhetők el.

A ' Þ ' gomb megnyomása után a vezérlő program egy 0 és 255 közötti számra vár. ³ 300 számok tiltottak, 256 és 299 közötti számoknak nincs hatásuk. Ha a robot on-line üzemmódban működik, az ENTER gomb lenyomása után a csatlakozó kimenetén rögtön megjelenik megfelelő digitális érték.

Ez az utasítás mindig az utolsó egy ROLAN programban. Hatására az egész program ciklikusan ismétlődik, amennyiben a program "RUN"-nal indult. Szerkesztési üzemmódban semmilyen hatása sincs. Amennyiben az "RPT" nem a program végén helyezkedik el, akkor a programnak az azt megelőző sorig terjedő része ismétlődik, a további sorok hatástalanok. Az RPT-utasítást a GRIP vagy DIN utasítással azonos módon programozzuk (RPT + ' Þ ' + ENTER) További információkat még a RUN-utasítás leírásánál találhatunk.