Разработка системы микроконтроллерного управления роботом манипулятором декартового типа
- Authors: 1, 1, 1, 1
-
Affiliations:
- Самарский государственный университет путей сообщения
- Issue: Vol 1 (2023)
- Pages: 373-375
- Section: Мехатроника
- URL: https://journals.eco-vector.com/osnk-sr2023/article/view/430251
- ID: 430251
Cite item
Full Text
Abstract
Обоснование. Роботы-манипуляторы широко используются в различных отраслях промышленности, научных исследованиях, а также в быту. Они способны выполнять разнообразные задачи, которые требуют точности и скорости выполнения [1, 2].
В данной работе представлена разработка системы управления роботом-манипулятором декартового типа, который имеет три линейных и три вращательных движений. Для управления роботом используется платформа Arduino, которая позволяет реализовать высокую точность и скорость выполнения задач.
В статье подробно описывается аппаратная часть системы управления роботом, которая включает в себя микроконтроллер Arduino, драйверы двигателей, шаговые двигатели, датчики положения [3]. Программная часть включает в себя написание кода на языке Arduino IDE, который обеспечивает управление двигателями и датчиками.
Цели - разработать систему микроконтроллерного управления роботом манипулятором декартового типа на базе программируемого логического контроллера фирмы Arduino.
Методы. Особое внимание уделено разработке алгоритмов управления роботом, которые обеспечивают точность и скорость выполнения задач. Для этого были использованы методы обратной кинематики и PID-регулирования.
Результаты. Система микроконтроллерного управления роботом-манипулятором декартового типа предназначена для автоматического управления, контролирования выходных параметров, положения робота по осям XYZ, а также предупреждения аварийных ситуаций за счет использования современного технического оборудования.
К функциональным возможностям можно отнести следующие функции:
Функциональная схема системы управления трехзвенного робота-манипулятора представлена на рис. 1.
Рис. 1. Функциональная схема системы управления трехзвенного робота-манипулятора
Основными элементами функциональной схемы являются:
Структурная схема системы управления трехзвенного робота-манипулятора представлена на рис. 2. На структурной схеме представлен сам робот манипулятор, шаговые двигатели Nema 17, драйвера шагового двигателя в количестве трех штук, CNC SHIELD, блок питания MRM-315, ноутбук, программируемый логический контроллер Arduino Uno R3 и концевые датчики безопасности.
Рис. 2. Структурная схема системы управления трехзвенного робота-манипулятора
Схема соединений элементов системы управления трехзвенного робота манипулятора представлена на рис. 3. На основании полученных структурной и функциональной схем была разработана программная часть на платформе Arduino IDE.
Выводы. В результате работы были получены структурная и функциональная схемы системы управления, а также схема соединений элементов системы управления трехзвенного робота манипулятора. Разработанная система микроконтроллерного управления роботом декартового типа на базе Arduino позволяет выполнять различные манипуляции с малогабаритными объектами, обеспечивая при этом высокую точность и скорость перемещений. Данная система может быть использована не только в промышленности, но и в научных исследованиях, направленных на автоматизацию сортировочных процессов и выполнения подобного рода задач. Практическое применение система находит как на конвейерных линиях, так и в качестве автономного устройства. Дальнейшее развитие настоящей тематики состоит в внедрении адаптивной системы управления с использованием параметрической идентификации [4–7].
Full Text
Обоснование. Роботы-манипуляторы широко используются в различных отраслях промышленности, научных исследованиях, а также в быту. Они способны выполнять разнообразные задачи, которые требуют точности и скорости выполнения [1, 2].
В данной работе представлена разработка системы управления роботом-манипулятором декартового типа, который имеет три линейных и три вращательных движений. Для управления роботом используется платформа Arduino, которая позволяет реализовать высокую точность и скорость выполнения задач.
В статье подробно описывается аппаратная часть системы управления роботом, которая включает в себя микроконтроллер Arduino, драйверы двигателей, шаговые двигатели, датчики положения [3]. Программная часть включает в себя написание кода на языке Arduino IDE, который обеспечивает управление двигателями и датчиками.
Цели - разработать систему микроконтроллерного управления роботом манипулятором декартового типа на базе программируемого логического контроллера фирмы Arduino.
Методы. Особое внимание уделено разработке алгоритмов управления роботом, которые обеспечивают точность и скорость выполнения задач. Для этого были использованы методы обратной кинематики и PID-регулирования.
Результаты. Система микроконтроллерного управления роботом-манипулятором декартового типа предназначена для автоматического управления, контролирования выходных параметров, положения робота по осям XYZ, а также предупреждения аварийных ситуаций за счет использования современного технического оборудования.
К функциональным возможностям можно отнести следующие функции:
Функциональная схема системы управления трехзвенного робота-манипулятора представлена на рис. 1.
Рис. 1. Функциональная схема системы управления трехзвенного робота-манипулятора
Основными элементами функциональной схемы являются:
Структурная схема системы управления трехзвенного робота-манипулятора представлена на рис. 2. На структурной схеме представлен сам робот манипулятор, шаговые двигатели Nema 17, драйвера шагового двигателя в количестве трех штук, CNC SHIELD, блок питания MRM-315, ноутбук, программируемый логический контроллер Arduino Uno R3 и концевые датчики безопасности.
Рис. 2. Структурная схема системы управления трехзвенного робота-манипулятора
Схема соединений элементов системы управления трехзвенного робота манипулятора представлена на рис. 3. На основании полученных структурной и функциональной схем была разработана программная часть на платформе Arduino IDE.
Выводы. В результате работы были получены структурная и функциональная схемы системы управления, а также схема соединений элементов системы управления трехзвенного робота манипулятора. Разработанная система микроконтроллерного управления роботом декартового типа на базе Arduino позволяет выполнять различные манипуляции с малогабаритными объектами, обеспечивая при этом высокую точность и скорость перемещений. Данная система может быть использована не только в промышленности, но и в научных исследованиях, направленных на автоматизацию сортировочных процессов и выполнения подобного рода задач. Практическое применение система находит как на конвейерных линиях, так и в качестве автономного устройства. Дальнейшее развитие настоящей тематики состоит в внедрении адаптивной системы управления с использованием параметрической идентификации [4–7].
About the authors
Самарский государственный университет путей сообщения
Author for correspondence.
Email: kashirina.irinochka@yandex.ru
Самарский государственный университет путей сообщения
Email: ivan.surguchyov.00@mail.ru
Самарский государственный университет путей сообщения
Email: avossin@mail.ru
Самарский государственный университет путей сообщения
Email: d.ivanov@samgups.ru
кандидат физико-математических наук, доцент, кафедра Цифровые технологии
Russian Federation, СамараReferences
- Архипов М.В., Вартанов М.В., Мищенко Р.С. Промышленные роботы: управление манипуляционными роботами: учебное пособие для вузов. 2-е изд., испр. и доп. Москва: Юрайт, 2022. 170 с.
- Рачков М.Ю. Технические средства автоматизации: учебник для вузов. 2-е изд., испр. и доп. Москва: Юрайт, 2022. 182 с.
- Петин В.В., Биняковский А.А. Практическая энциклопедия Arduino: энциклопедия. 2-е изд., испр. и доп. Москва: ДМК Пресс, 2020. 166 с.
- Ivanov D.V., Katsyuba O.A. Recurrent identification of autoregression in the presence of observation noises in output signal // Proceedings of the International Siberian Conference on Control and Communications: «SIBCON-2009»; March, 27–28, 2009; Tomsk. Tomsk: Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics, Radar R and D, 2009. P. 79–82. doi: 10.1109/SIBCON.2009.5044833
- Иванов Д.В. Оценивание параметров линейных ARX-систем дробного порядка с помехой наблюдения во входном сигнале // Вестник Томского государственного университета. Управление, вычислительная техника и информатика. 2014. № 2. С. 30–38.
- Иванов Д.В., Ширинов И.Р. Идентификация линейных динамических многомерных по входу систем дробного порядка с помехами во входных и выходных сигналах // Материалы V международной научно-практической конференции: «Молодые ученые в решении актуальных проблем науки». Владикавказ: Северо-Осетинский государственный университет им. К.Л. Хетагурова, 2014. С. 353–356.
- Терехин М.А., Иванов Д.В. Разработка системы автоматического управления тянущего устройства // Материалы 49-й научной конференции обучающихся СамГУПС: «Дни студенческой науки»; Апрель, 5–16, 2022
- Самара. Самара: Самарский государственный университет путей сообщения, 2022. С. 99–100.