Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Роботы и робототехника лабораторный практикум. Учебное пособие
.pdf
может привести к обратной полярности подключения и, как следствие, к
поломке платы. Будьте внимательны при формировании соединительного
кабеля!
■■
Основные характеристики платы приведены в табл. 4.1. Для
работы с дискретными входами и выходами в программах, в AS
системе определена следующая нумерация выходов/входов: с 1 по
32 – для дискретных выходов; с 1001 по 1032 – для дискретных
входов.
Таблица 4.1
Характеристики платы 1HW
1. Количество дискретных выходов 32
2. Количество дискретных входов 32
Номинальное напряжение дискретного вхо-
3.
да/выхода, В
Номинальный ток, потребляемый каналом
4.
дискретного входа, мА
Максимальный номинальный ток дискрет-
5.
ного выхода, мА
6. Тип дискретного входа Оптоэлектронная пара
7. Тип дискретного выхода Транзисторный
24±10%
10
100
■ Примечание.
Дискретные выходы платы 1HW транзисторные, т.е. плата с помощью транзисторов осуществляет коммутацию запитываемой извне ножки
своего разъёма с другими ножками своего разъёма, соответствующими
выходным дискретным каналам. В силу этого необходимо запитать плату
1HW источником питания на +24В, как правило, внешним.
Дополнительную информацию о правилах общения с контроллером
D70 робота-манипулятора Kawasaki FS03N можно получить в руко-
водстве 90204-1021DED External IO Manual.pdf.
■■
Блок ввода-вывода персонального компьютера NI USB-6525
подключен к ПК через USB-кабель и обеспечивает преобразование
дискретных сигналов (напряжений) в цифровые коды, и наоборот.
Внешний вид этого блока вместе с блоком питания, кабелем и интерфейсом ввода-вывода показан на рис. 4.3. Основные характеристики блока NI USB-6525 приведены в табл. 4.2.
71
Рис. 4.3. Внешний вид блока NI USB-6525 с разводочной коробкой,
кабелем передачи сигналов и интерфейсом ввода-вывода
Таблица 4.2
Характеристики модуля дискретного ввода-вывода NI USB-6525
1. Количество дискретных выходов 8
2. Количество дискретных входов 8
3. Напряжение дискретного входа/выхода, В 60
Номинальный ток, потребляемый каналом дискретного
4.
входа, мА
5. Максимальный ток дискретного выхода, мА 500
6. Частота 32-битного счётчика 5 кГц
7. Интерфейс для соединения с ПК USB 2.0
10
ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ
В ходе практических занятий изучаются принципы интеграции промышленных роботов и ПК через дискретные линии связи
на примере организации передачи дискретных сигналов между ПК
(ОС Windows, программный пакет LabView 7.1) и контроллером
робота Kawasaki FS03N D70 посредством платы дискретного ввода-вывода.
Оборудование, используемое при выполнении работы
1. Четыре
робота Kawasaki FS03N с контроллерами D70, ос-
нащёнными платами 1HW, и пультами ручного управления.
72
2. ПК с ОС Windows XP.
3. Соединительный кабель связи платы дискретного ввода-
вывода 1
HW контроллера D70 и интерфейсной коробки дискрет-
ного ввода-вывода блока.
4. Блок дискретного ввода-вывода NI USB-6525.
5. Кабель для дискретных сигналов ввода-вывода
AN-KEAT
.
6. Интерфейсная коробка для дискретных сигналов
MOD-UNIV-SL
7. Кабель USB 2.0
.
A-B.
D:MP-B-
D:ETER-
8. Источник питания постоянного тока 18 В (с допустимым
током 1 А).
Программное обеспечение,
используемое при выполнении работы
1. ОС Windows XP.
2. Пакет
LabView 7.1 с установленными драйверами DAQmx
8.7.1.
Некоторые команды и виртуальные инструменты LabView,
используемые в данной лабораторной работе
1. Для возможности переноса данных из текущей итерации
(содержимого
While Loop) в следующую итерацию используйте
Shift Register.
Кликните правой кнопкой мыши на левой или правой границе WhileLoop см. жирную точку на рис. 4.4.
Затем выберите из всплывающего меню пункт
(см. рис. 4.4), в результате чего он появится в окне
Shift Register
WhileLoop
(рис. 4.5).
На рис. 4.5 показан «сдвиговый регистр»
рый работает следующим образом: на входе
Shift Register, кото-
1 левой метки регист-
ра ожидается инициализация типа и содержимого данных (в виде
переменной, массива, структуры и т.п.) до начала цикла
на выходе
ступающие на вход
рации
стра следующей итерации
4 правой метки – результат работы цикла. Данные, по-
3 правой метки регистра при какой-либо ите-
i , автоматически передаются на выход 2 левой метки реги-
1+i .
WhileLoop,
73
Рис. 4.5. «Сдвиговый регистр»
Shift Register в цикле
WhileLoop программы
LabView
Рис. 4.4. Добавление Shift Register
в программу LabView
2. Воспользуйтесь преобразованием типов данных.
Например, в окне
Block Diagram программы LabView можно
щелкнуть правой кнопкой мыши и в выпадающих меню выбрать:
Programming/Numeric/Conversion/ далее один из типов преобразо-
вания – например
Numeric→Boolean Array (преобразование целого
числа в массив булевых переменных).
3. Выбор после правого щелчка мыши в окне
выпадающих меню
Programming/Array/Index Array вызовет блок,
Block Diagram
позволяющий вычленить элемент массива булевых переменных.
4. Для того чтобы обращаться к блоку ввода-вывода
6525 из программы
LabView, щёлкните правой кнопкой мыши в
NI USB-
окне Block Diagram и выберите: Express/Input/DAQ Assistant или
Express/Output/DAQ Assistant – для ввода и вывода данных соот-
ветственно.
Задачи, выполняемые в ходе практических занятий
□ Выполнить.
1. Выполнить серию из трех заданий руководства LabView
getting started manual.
74
2. В среде LabView 7.1 создать программу по выводу каж-
дую секунду на 8 дискретных выходов целого числа, представленного в бинарном виде. Сначала 8 дискретных выводов представить
лампочками во Front Panel, затем изменить программу под вывод
на блок ввода-вывода NI USB-6525 и проверить её, подключив к
компьютеру данный блок.
3. Собрать схему: ПК, блок USB ввода-вывода, разводочная
коробка
, кабели подключения к роботам Kawasaki, платы дискретного ввода-вывода робота/ов Kawasaki. При сборке соединительного кабеля воспользуйтесь коммутационной схемой неизменяемой части соединительного кабеля (приведена ниже).
4. Используя среду LabView и пульт ручного управления
Kawasaki, проверить коммутацию собранной схемы, посылая и
принимая между ПК и роботом Kawasaki дискретные сигналы.
□□
75
Глава 5
РЕАЛИЗАЦИЯ ЧАСТИ РОБОТОТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИНИИ
НА БАЗЕ ЧЕТЫРЕХ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ
KAWASAKI FS03N
С ЛОГИКОЙ НА КОНЕЧНЫХ АВТОМАТАХ
Для синтеза и отладки системы управления сложной робототехнической линией с несколькими одновременно работающими
промышленными роботами необходимо разрабатывать математическую модель роботов, работающих в группе. Математические
модели определяются базовым математическим аппаратом, специфичным для каждого из иерархических уровней проектирования [15].
Математические модели на микроуровне (распределенные) – дифференциальные уравнения в частных
сте с краевыми условиями. Объектами исследования здесь являются поля физических величин (анализ прочности машиностроительных деталей, исследование процессов в жидких средах и т.п.).
Математические модели на макроуровне (сосредоточенные) – системы алгебраических и обыкновенных дифференциальных уравнений. Объектами исследования здесь являются процессы
в механических узлах и устройствах
нентов.
Математические модели на функционально-логическом
уровне – аппарат конечных автоматов и математической логики
для описания дискретных процессов (процессов с дискретным
множеством состояний) и аппарат передаточных функций для
описания непрерывных процессов. Объектами исследования здесь
являются системы с очень большим числом компонентов.
Математические модели на системном уровне – аппарат
теории массового обслуживания, сети Петри. Объектами исследования здесь являются производственные предприятия, вычислительные системы и сети, социальные системы.
Учитывая сложность системы, для которой нужно разработать законы управления и математические модели, принимаем, что
, с большим числом компо-
производных вме-
76
для решения поставленных задач наиболее подходящим является
функционально-логический уровень моделирования с использованием аппарата конечных автоматов.
Конечные автоматы. Общие положения
Конечный автомат состоит из конечного множества элементов, каждый из которых в любой данный момент времени может
находиться лишь в одном из конечного числа возможных устойчивых состояний [6]. Конечными автоматами могут описываться как
реальные объекты (вычислительные машины, роботы, живые организмы), так и абстрактные системы (формальные грамматики,
алгоритмы и т.д
Дискретным конечным автоматом
.).
A называют набор пяти
объектов [6]:
()
,
hfXYUA ,,,,=
где
{}
– входные сигналы (конечный входной
uuuU ,,,21=
m
алфавит);
{}
– выходные сигналы (конечный выходной
yyyY ,,,21=
k
алфавит);
{}
xxxX ,,,21=
– конечное множество внутренних со-
n
стояний;
XUXf →×: – одношаговые функции перехода в сле-
дующее состояние,
()
ZUXh →×: – функции выхода,
Таким образом, абстрактный конечный автомат
тема из входного алфавита, выходного алфавита, внутренних состояний, функции перехода и функции выхода.
;
)(),(,)1( tUtXtftX =+
()
.
)(),()( tUtXhtY =
А есть сис-
Рис. 5.1. Абстрактный конечный автомат
77
Приведённое определение позволяет трактовать конечный
автомат как динамическую систему (рис. 5.1), описываемую следующим образом:
()
=
1
+
Конечный автомат называется синхронным, если входные
сигналы поступают в автомат в моменты поступления тактовых
синхронизирующих сигналов, после чего автомат выполняет соответствующие действия согласно функциям перехода и выхода.
В асинхронных автоматах моменты изменения состояний и выходов определяются моментами изменения входных сигналов.
При использовании конечных автоматов в задачах управления выходной
данному входу переходит в новое состояние и достигает его.
Различают конечные автоматы Мили и Мура.
Автомат Мили:
сигнал используется в момент, когда автомат по за-
()
го состояния
Автомат Мура:
кущего состояния
Для любого конечного автомата Мили существует эквивалентный ему конечный автомат Мура.
)(tx
и от входа
()
– значение выхода )(ty зависит только от те-
)()( txhty =
uxfx ,
,
iii
()
uxhz ,= .
iii
– значение выхода
)(),()( tutxhty =
;
)(tu
)(tx .
зависит от текуще-
)(ty
0/0
x0 x1
0/1
x2
1/0
1/1
0/1
Рис. 5.2. Схема состояний конечного автомата
Конечные автоматы могут быть описаны в виде направленного графа, называемого схемой состояний (см. рис. 5.2). Верши-
78
1/0
ны графа обозначают внутренние состояния конечного автомата
x . Переход между состояниями обозначают дугами, над каждой
i
из которых указывают входной сигнал
u (указывается в числите-
j
ле), вызывающий этот переход, и выходной сигнал конечного автомата
y (указывается в знаменателе), появляющийся после это-
k
го перехода.
Другим способом представления конечного автомата является представление в виде таблицы состояний (рис. 5.3).
Состояние X
х
х
0
х
х2/1 х1/0
1
х
х0/1 х2/0
2
Вход U
0 1
/0 х0/1
1
Рис. 5.3. Табличное представление конечного автомата
Строки таблицы состояний соответствуют определенным
состояниям конечного автомата. Столбцы – комбинациям входных
сигналов, поступающим на его вход. В каждом элементе таблицы
состояний указывается дробь, в числителе которой указано следующее состояние, в которое переходит конечный автомат из состояния, определяемого этой строкой, при комбинации входных
сигналов, определяемой этим столбцом. В знаменателе
указан вы-
ход конечного автомата при тех же условиях. То есть в ячейках
таблицы состояний приводятся функции перехода
и функции выхода
()
=
1
+
uxhy ,
, представленные в табличном
iii
()
=
1
+
uxfx ,
iii
виде.
Также конечные автоматы могут быть представлены системой булевых уравнений [6].
Если для любых возможных комбинаций: состояние конечного автомата – входные сигналы, поступающие на его вход, определены переходы в новые состояния и выходные сигналы, то
такой конечный автомат называется полностью определенным.
Если для каких-то комбинаций
функции перехода и выхода не оп-
79
ределены, то такие конечные автоматы называются конечными
μ
P
T
автоматами с ограничениями на входе.
Существуют различные типы поведения конечных автоматов [6]. При решении задач, приводимых ниже, будут использоваться моделирующие и управляющие конечные автоматы.
Управляющий конечный автомат выполняет задачу управления объектом, обеспечивая смену состояний управляемого объекта по определенной программе или в
шихся состояний объекта и внеш-
R
u
y
A
Рис. 5.4. Схема манипулятора
как совокупность системы управ-
ления и объекта управления
Алгоритмы управления, обеспечивающие последовательную
смену состояний манипулятора,
нение его состояния, будут описываться с использованием аппарата конечных автоматов.
Сети Петри. Общие положения
Сети Петри – аппарат для моделирования динамических дискретных систем (преимущественно асинхронных параллельных
процессов) [6]. Относятся к математическим моделям системномного уровня. Сети Петри могут использоваться для моделирования
конечных автоматов [1].
Сеть Петри определяется как пятёрка
где:
– четвёрка
OITP ,,,
них условий.
автомат определяет изменение
состояния объекта управления в
зависимости от управляющих сигналов и от внешних условий.
тура робота-манипулятора как совокупность системы управления R
и объекта управления A.
и модель, рассчитывающая изме-
– структура сети Петри:
зависимости от сложив-
Моделирующий конечный
На рис. 5.4 приведена струк-
,,,, OITP
,
ходов;
– positions – конечное множество позиций;
– transitions, transformations – конечное множество пере-
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]