Аппаратное и программное обеспечение

Оглавление1. Структурная схема аппаратных средств контурной системы управления роботами.Состав задач, решаемых системой управления, алгоритмы их решения. ...........................22. Классификация интерфейсов. Сравнительный анализ технических характеристик иобластей применения интерфейсов, применяемых в системах управления роботами,построенных на базе многомашинных вычислительных комплексов. ................................43. Централизованные и распределенные системы управления роботами. Применениеустройств связи с объектами (УСО) для решения задачи управления сложнымисистемами (на примере УСО фирмы Advantech).

................................................................134. Структура аппаратных средств позиционной системы управления роботом (напримере микропроцессорной системы управления мехатронно-модульнымироботами УРТК)......................................................................................................................215. Особенности аппаратных средств позиционной и контурной системыуправления роботом .............................................................................................................276.Основные принципы организации программного обеспеченияманипуляционных и мобильных роботов ........................................................................307. Структура аппаратных средств мобильных роботов.

......................................................308. Перспективы развития аппаратно-программных средств для манипуляционных итранспортных роботов. ...........................................................................................................341. Структурная схема аппаратных средств контурной системыуправления роботами. Состав задач, решаемых системой управления,алгоритмы их решения.Контурные системы управления применяются в промышленныхроботах, предназначенных для нанесения различных покрытий на корпусадеталей, дуговой сварки, газовой резки по контуру и других работ.Контурные системы могут строиться на цифровом и аналоговомпринципах управления.

В первых зарубежных («Версатран-500 С») иотечественных образцах роботов использовались в основном контурныесистемы управления аналогового типа, ранее разработанные для станков спрограммным управлением. В качестве датчиков обратной связи в этихсистемах применены вращающиеся трансформаторы ВТ, в качествепрограммоносителя – магнитная лента.Контурная система управления аналогового типа, построенная напринципе фазовой модуляции электрических сигналов, использована,например, в отечественном промышленном роботе модели УПК-1.В фазовой системе управления скорость перемещения подвижныхэлементов робота задается разностью частот выходного сигнала датчикаобратной связи и рабочего сигнала, записанного на магнитной ленте,направление перемещения – полярностью выходного сигнала фазовогодискриминатора ФД, а величина перемещения – фазой рабочего сигналаотносительно опорного, также записанного на магнитной ленте.Блок-схема фазовой системы управления для одной координатыперемещения показана на рис.

151.На выходе ВТ включена фазосдвигающая цепочка R-С так, чтовыходной сигнал е является суммой сдвинутых по фазе на +45° и -45°напряжений, амплитуды которых изменяются пропорционально sin а и cos а.В результате имеем влияния на работу системы. При отклонении частотыпитания и нарушении условия RC = 1 в такой измерительной системевозникает погрешность.Несмотря на отмеченные недостатки, фазовые системы управлениянаходят широкое применение благодаря своей относительной простоте,возможности использования стандартных, хорошо отработанных схемных иконструктивныхрешений.Практическивозможнымоказываетсяосуществить в промышленном роботе, оснащенном фазовой системойуправления, обычно необходимые скорости линейных перемещений (порядка1 м/с) и угловых перемещений (порядка 90°/с).Фазовый дискриминатор, используемый в системе управления, можетиметь синусоидальную, треугольную или пилообразную статическуюхарактеристику.Дискриминатор с синусоидальной статической характеристикойобладает тем недостатком, что с изменением величины ошибки е изменяетсяи общий коэффициент усиления следящего привода.

В результате рабочийдиапазон фазового дискриминатора приходится ограничивать углами ±60°. Всвязи с этим преимущественное распространение получили дискриминаторыс треугольной и пилообразной характеристиками, позволяющие работать врабочем диапазоне углов соответственно ±90 и +180°.Пилообразная статическая характеристика может быть получена прииспользованиивкачествефазовогодискриминатораобычногопотенциального триггера с двумя входами. На входы триггера подаютсясигналы от датчика обратной связи ВТ и от магнитной ленты MJ,предварительно оформленные для получения импульсов в моментыпрохождения синусоидальных напряжений через нулевые значения.Вращающийся трансформатор в режиме фазовращателя обычно включаетсяпо схеме, приведенной на рис.

153.Рис. 151. Блок-схема фазовой контурной системы управления робота УПК-1: MII –программоноситель; MF считывающая магнитная дорожка; УС – усилитель рабочего сигнала; УОС –усилитель опорного сигнала; ФД – фазовый дискриминатор; ВТ – датчик обратной связи(вращающийся трансформатор); УМ – усилитель мощности; Д – исполнительный двигательРис.

153. Схема однофазного фазовращателя (включение вращающегося трансформатора ВТ2. Классификация интерфейсов. Сравнительный анализ техническиххарактеристик и областей применения интерфейсов, применяемых всистемах управления роботами, построенных на базе многомашинныхвычислительных комплексов.Интерфейсы можно разделить на 2 класса:1.

Последовательные.2. Параллельные.Параллельные интерфейсы.Параллельная шина.Шина – это некоторое количество проводником, его смысл в том, что мыподсоединяем одновременно несколько устройств.УВВУВВУВВЭВМОЕОЕОЕPCI шина.Она была разработана как следующий шаг в подключении устройств. На данный моментона почти вытиснута, и сама переместилась в сферу промышленных компьютеров. Она32-ух разрядна, 32 разряда адреса. Эта шина мультиплексирована. Эта шина синхронная.Частота тактового сигнала 33 МГц, но позволяется работать с частотой 60 МГц, но эторедкий случай. 132 Мб/с максимальная теоретическая пропускная способность.Практическая пропускная способность, конечно же, ниже.

Она допускает пакетнуюпередачу данных – это способ когда на одну адресную фазу приходится много данныхПоследовательные интерфейсы в микропроцессорных системах.Основная характеристика последовательного интерфейса является в том что для связиустройств необходим всего один провод. Они просты в реализации, и удобны виспользовании.Классификация:1. Интерфейсы внутре-модульные. Для взаимодействия компонентов, расположенныхна одной печатной плате.2.

Межмодульные интерфейсы.Типы:1. Точка-точка. Для подключения 2ух устройств.2. Последовательная шина. Подключение большого количества устройств.Бывают:1. Синхронные.2. Асинхронные.SPI интерфейс.По существу он не является стандартом, но, тем не менее, подавляющее количествоустройств поддерживает его. Его используют для связи микро-ЭВМ с периферийнымиустройствами. Пример: IEPRO.

О быстродействии речь не идет. В принципе этоустройства типа: точка-точка. Интерфейс синхронный. Он полно-комплексный (передачаи прием может происходить одновременно). Этот интерфейс достаточно короткий. Ондостаточно быстрый, т.е. он может работать на частоте такой же, как у микро-ЭВМ. Вданном устройстве 2 типа устройств: Ведущее – это устройство, которое задает частоту, т.е. управляет линией тактовойчастоты. Ведомое.Сигналы линии: MISO, MOSI линии передачи сигнала; SCK; SS – slave select сигнал, спомощью которого можно управлять сигналом, его протокольное состояние система неподдерживает, т.е.

нужно самому прописывать его значение.СРведущееТГСхема связи устройств SPI интерфейса.входMISOСРвыходMISOведомоеSCKОбычно в микро-ЭВМ есть еще буферный регистр, т.е. буфер:transmitСРведущееТГвходMISOСРвыходMISOSCKведомоеЭта буферизация одинарная, т.е. она не будет записана до тех пор, пока в сдвиговомрегистре будет информации.http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/interface/spi/index.htmRS-232 (UART) интерфейс.Этот интерфейс последовательный, асинхронный полно-дубильный, обладающийнекоторым набором команд.

Этот интерфейс типа: точка-точка. Кроме того онмежмодульный.ООДАПДАПДООДRS-232 касается этихчастейгде ООД – это ни что иное, как ПК; АПД – аппаратная передача данных.Сигналы RS-232 интерфейса:TD → передача данных.RD ← чтение данных.DTR# → сигнал готовности к приему или передачи данных. Должен находиться вактивном состоянии.DSR# ← готовность АПД к передачи. Должен находиться в активном состоянии.RTS# → это сигнала говорящий о том что у него есть сигнал для передачи данных.CTS# ← готовность модема к приему данных.SG – общий провод.Сигналы что у приемника и передатчика, то у них одинаковые название входныхсигналов.

Для полной ноль модемного соединения выглядит следующим образом:передачаTDTDчтениеRDRDDTRDSRRTSCTSSGDTRDSRRTSCTSSGУпрощение нуль модемного соединения выглядит следующим образом:TDTDRDRDDTRDSRRTSCTSSGDTRDSRRTSCTSSGЭлектрические характеристики: Логическая единица: от -3 до -12 Логический ноль: от +3 до +12 Неопределенное состояние: от -3 до +3.Эти характеристики и делают этот интерфейс помехоустойчивым. Но при этом его неудобно использовать в микро-ЭВМ.

Поэтому на сегодняшний день существует понятие 5и вольтовый RS-232 интерфейсе – UART → «5В RS-232».Специально для этого интерфейса выпускаю готовые приемо-передатчики:CMOSTTП–ПRS-232RS-232Процедурные характеристики: Должны быть одинаковые частоту у приемника и передатчика. Деление на целое число, кратное 2ум. Согласование частоты должно быть аккуратным. Формат передаваемых данных и способ их кодирования.

Кодирование,используемое в RS-232 это NRZ – логические единицы и ноль кодируютсяперепадами, а не уровнями. Кроме способа кодирования, задается стартовый бить,после него идут: бит данных, бит четности (является источником надежности передачипакета), стоповый бит.Последовательный интерфейс I2C.Является синхронным, внутремодульный (т.е. передача данных на небольшиерасстояния). Его идеи в том, что он достаточно простой, поскольку использует 2 провода(один для передачи данный, другой для синхропередачи) и изначально разработан какинтерфейс шинный. В нем стандартизированы многие, стандартны, в том числе пакетыпередаваемых данных. Эти характеристики определяют способ обращения элементов наэтом интерфейсе.

До 1024 устройств можно подключить. Т.к. аппаратно этот интерфейспрост, то это позволяет реализовать протокол как аппаратный, так и программный.Интерфейс разработан фирмой Philips. За счет своей простоты получил большоераспространение.Быстродействие в версии 1.0 до 2.5 Мбит/с в версии 2.0 до 3 Мбит/с.Линии:SDA – передаются данные.SCL – передается синхронизирующая частота.Данный интерфейс многомастерный, при этом получаем, что при отсутствииуправляющих воздействие, многомастерность позволяет определять, между устройствами,кто будет иметь право на управление. На данных линиях устанавливается арбитраж,который разрешает или запрещает приоритеты одних устройств над другими.

Арбитражделиться на: приоритетный и равноправный.В интерфейсе I2С реализован приоритетный арбитраж.Можно реализовать на открытых линиях коллектора:Побеждает тот, кто оказался шустрее в передачи данных.SCLSDAПриоритет устанавливается с помощью адреса.