Техническое задание на разработку контроллера управления манипулятором "Скамко"

1. Состав системы управления

Система управления (СУ) состоит из IBM PC, контроллера, кабеля манипулятор-контроллер, кабеля (RS232C) для COM-порта и кабеля для USB-порта (конфигурируется пользователем).

В состав контроллера входит центральный микроконтроллер и 6 однотипных микроконтроллеров приводов, а также 6 силовых блоков, блок подключения технологического оборудования и источник питания от 220 В. Дополнительный 6-ой канал управления может перепрограммироваться пользователем для реализации собственной программы управления одной степенью манипулятора. Необходимо предусмотреть смену дополнительного 6-го микроконтроллера. Допускается работа в режиме управления манипулятором (основной режим) либо в режиме управления одной степенью (дополнительный режим). Для подключения к манипулятору используется один кабель на 5 каналов управления. Контроллер должен быть в едином корпусе, имеющем кнопки управления, элементы индикации и разъемы (для манипулятора, одной степени, USB и COM кабеля).

Манипулятор "Скамко" должен иметь дополнительно по 2 концевых датчика на каждую степень.

Входы и выходы технологического оборудования должны быть гальванически развязаны.

1. Требования к программному обеспечению (минимум).

   1. ПО контроллера

      1. Центральный микроконтроллер должен обеспечивать:

• связь с РС с настраиваемой скоростью по COM-порту и USB в режиме прерывания;

• управление 5ю приводными контроллерами одновременно;

• выдачу дискретных сигналов управления технологическим оборудованием от РС;

• ввод дискретных сигналов от технологического оборудования в РС;

• обрабатывать и передавать диагностическую информацию в РС в режиме прерывания;

1. Приводной контроллер должен обеспечивать:

• управление шаговым двигателем в полношаговом и полушаговом режимах;

• прерывание управления при срабатывании концевых датчиков;

• диагностику привода.

Управляющим сигналами для приводного контроллера являются число шагов и скорость

текущего перемещения. Необходимо обеспечить максимально возможную скорость движения привода без потери шага при максимальной грузоподъемности. Должны формироваться сигналы об отработке заданного перемещения двигателя.

Тип связи (скорость обмена) между центральным и приводными микроконтроллерами зависит от расчетного минимального периода выдачи сигналов управления.

Программирование всех микроконтроллеров должно проводиться по SPI интерфейсу (использовать существующие программаторы).

Дополнительный микроконтроллер должен устанавливаться в кроватку.

1. ПО РС

Нужно разработать интерфейс пользователя для режима ручного управления. Задаются количество шагов и скорость перемещения каждого двигателя в соответствующем окне с помощью клавиатуры или мышки. Меню должно содержать параметры настройки и выбор режимов управления. Текущая информация из контроллера должна наглядно отображаться на экране. ПО должно работать без изменений под ОС Windows (98, 2000, XP). Обмен с контроллером должен происходить в реальном времени в режиме прерываний.

1. Требования к системе управления (окончательные)

Система управления (СУ) должна:

• обеспечивать движение манипулятора в обобщенной и декартовой системе координат (позиционное управление);

• управлять шаговыми двигателями в полношаговом и полушаговом режимах;

• использовать информацию от концевых датчиков для предотвращения выхода из строя шаговых двигателей робота, а также для калибровки робота путём начального перемещения всех звеньев в конечные положения;

• управлять технологическим оборудованием;

• подключаться посредством сетевого интерфейса к другим системами управления (СУ технологического оборудования, внешняя ЭВМ);

• иметь удобный интерфейс пользователя и встроенные средства для разработки и отладки программ на роботоориентированном языке (рекомендуется взять за основу язык VAL2);

• поддерживать программирование и управление роботом через сеть;

• допускать аналитическое задание траектории движения;

• использовать информацию от СТЗ для выполнения технологических операций;

1. Режимы работы СУ:

• начальный запуск и диагностика;

• калибровка;

• ручное управление и обучение точкам позиционирования;

• составление, редактирование, сохранение и загрузка программ пользователя;

• отработка команд монитора;

• выполнение программ пользователя;

• движение в декартовой и обобщенной системе координат;

• аналитическое задание траектории движения;

• аварийный останов робота;

• управление технологическим оборудованием;

• управление, программирование и обмен информацией по сети;

• организация интерфейса с пользователем;

1. Задачи СУ

СУ должна состоять из нескольких уровней: верхний уровень (тактический) и нижний уровень (исполнительный или приводной). Задачи верхнего уровня должны выполниться на IBM PC под ОС Windows (98, 2000, XP). Нижний уровень реализуется разрабатываемым контроллером на базе двухуровневой микроконтроллерной структуры.

1. Задачи верхнего уровня.

К основным задачам данного уровня относятся поддержка языка управления, организация интерфейса с пользователем, расчет траектории движения манипулятора, обеспечение синхронизации с технологическим оборудованием, а также калибровка и диагностика робота. На этом уровне организуются ручное и автоматическое управление, а также режим обучения. Предполагается решение обратных или прямых задач кинематики в реальном времени. Кроме того, на этом уровне необходимо организовать командный интерфейс с вышестоящим уровнем системы управления и СТЗ.

1. Задачи нижнего уровня.

Нижний уровень системы управления промышленным роботом имеет двухуровневую структуру: центральный модуль и 5 приводных модулей (6-ой приводной модуль используется только в режиме управления одной степенью).

Центральный микроконтроллер должен обеспечивать:

• связь с РС с настраиваемой скоростью по COM-порту и USB в режиме прерывания;

• контроль правильности величин управляющих сигналов и обмена данных с PC и приводными контроллерами;

• управление 5ю приводными контроллерами одновременно в обобщенной и декартовой системе координат;

• выдачу дискретных сигналов управления технологическим оборудованием от РС;

• ввод дискретных сигналов от технологического оборудования в РС;

• обрабатывать и передавать диагностическую информацию в РС в режиме прерывания;

Приводной контроллер должен обеспечивать:

• прием управляющих сигналов (число шагов и скорость перемещения, коды настройки, сигналы синхронизации и аварийной остановки);

• передачу данных о текущем положении, о состоянии привода, о завершении текущего перемещения;

• прерывать работу верхних уровней управления в аварийной ситуации;

• управление шаговым двигателем в полношаговом и полушаговом режимах;

• прерывание управления при срабатывании концевых датчиков;

• диагностику привода.

1. Функциональные и технические показатели манипулятора "Скамко 1".

Показатель	Значение
Максимальный угол поворота первого сочленения, град.	200
Максимальный угол поворота второго сочленения, град.	270
Максимальный угол поворота третьего сочленения, град.	300
Максимальный ход четвёртого сочленения, мм.	50
Максимальная скорость вращения первого сочленения, град./с.	25
Максимальная скорость вращения второго сочленения, град./с.	25
Максимальная скорость вращения третьего сочленения, град./с.	90
Максимальная скорость движения вдоль оси четвёртого сочленения, мм/с.	7
Погрешность позиционирования первого и второго сочленений, мм.	+ 0,5
Погрешность позиционирования третьего сочленения, мм.	+ 0,2
Погрешность позиционирования четвёртого сочленения, град.	+ 2,5
Междуосевое расстояние между 1 и 2 звеньями, мм.	250
Междуосевое расстояние между 2 и 3 звеньями, мм.	160
Максимальная грузоподъёмность, кг.	0,5
Напряжение на управление шаговыми двигателями, В.	5
Входное цифровое напряжение, В.	5
Выходное цифровое напряжение, В.	5
Габаритные размеры, мм.	430х420х520
Суммарная мощность, Вт.	200
Масса (около), кг	10

Условия эксплуатации:

температура воздуха 0 - +40 С;

относительная влажность воздуха 60+15%;

атмосферное давление от 84 до 107 кПа.