Записка

Завдання

Розробка контролера для керування циклічним роботом на базі мікроконтролера 8051. Контролер повинен мати модульну структуру і можливість швидкого розширення для використання в інших проектах.

Управління контролером повинно здійснюватись через блок перемикачів, кожен з яких задає інший режим роботи циклічного робота.

Вступ

Сучасні машини відіграють важливу роль у створенні матеріально-технічної бази, підвищенні економічного і культурного рівня народу України.

В середині ХХ ст. виник і сформувався новий науково-технічний напрям -

робототехніка. Предметом робототехніки є дослідження і конструювання роботів та створення на їх основі автоматизованих виробництв.

Промисловий робот - автоматична машина з програмним керуванням, яка відтворює рушійні і розумові функції людини при виконанні виробничих процесів.

Відбувається поступове впровадження роботів у всіх галузях виробництва,

що пояснюється економічною ефективністю їх використання , підвищенням продуктивності праці , зменшенням строків пуску підприємств, підвищенням якості продукції, забезпеченням великої гнучкості технічних та організаційних завдань виробництва, а також вивільненням робітників із небезпечних і шкідливих виробництв.

Промислові роботи на виробництві виконують підйомно-транспортні операції; обслуговують верстати і магазини; зварювальні і малярні операції тощо.

Сучасна промисловість базується на автоматизації більшості технологічних операцій,неавтоматизованими залишаються допоміжні, ручні операції.

Застосування циклових роботів, маніпуляторів і створення роботизованого обладнання може допомогти у розв’язанні проблеми автоматизацій цих операцій.

Популярними є циклові роботи із спеціалізованими системами автоматичного керування. Найоптимальнішими є системами автоматичного керування на базі мікропроцесорів та мікроконтролерів.

Мікроконтролер являє собою логічний автомат з високим ступенем детермінованості, який допускає небагато варіантів в його системному

включенні. В пристроях управління об’єктами мікроконтролери розглядаються у вигляді сукупності апаратно-програмних засобів.

При програмуванні мікроконтролерів треба вирішувати одну з найскладніших задач розробки: задачу оптимального розподілу функцій між апаратними засобами і програмним забезпеченням. Рішення такої задачі ускладнюється тим, що взаємоз’язок і взаємодія між апаратними і програмними засобами динамічно змінюються.

Для управління промисловими роботами використовують автоматизовані системи керування (АСК) - це сукупність керованого об’єкта й автоматичних вимірювальних та керуючих пристроїв, у якій частину функцій виконує людина

(ДСТУ 2941-94).

Призначена для автоматизації процесів збирання та пересилання інформації про об'єкт керування, її перероблення та видавання керівних дій на об'єкт керування (ДСТУ 2226-93); сукупність економіко-математичних методів,

технічних засобів (ЕОМ, пристроїв відображення інформації, засобів зв'язку та інші) і організаційної структури, що забезпечують раціональне керування складними об'єктами і процесами.

АСК дає змогу розв'язувати задачі перспективного та оперативного планування виробництва, оперативного розподілу завантаження обладнання,

оптимального розподілу обладнання та використання ресурсів і інше. Автоматична система керування — це сукупність керованого об'єкта й

автоматичних вимірювальних та керуючих пристроїв.

На відміну від автоматизованої системи керування, ця система самодіюча і реалізує встановлені функції процеси автоматично, без участі людини (крім етапів пуску та налагодження системи). На практиці часто послуговуються терміном-аналогом система автоматичного керування (САК).

Автоматичним регулюванням називають підтримку на заданому рівні певної фізичної (хімічної) величини, що характеризує процес, або зміну її згідно із заданим законом.

1. Опис конструкції циклічного робота

Циклічний робот являє собою установку, здатну під дією пристрою

управління виконувати циклічні переміщення робочих частин.

Основними компонентами робота є:

-Основа – нерухома частина, яка забезпечує стійкість робота і сталість відстані між його робочими частинами.

-Робоча частина – виконана у вигляді диска деталь. Містить 10 пазів бічній поверхні для фіксації ролика та напрямної. Бічна поверхня між пазами має не круглу, а евольвентну форму. Ще 10 пазів містяться на нижній частині дика,

які служать для точної фіксації положення робочого органу. Фіксація

виконується напрямною.

-Ролик – важливий компонент робота, який з допомогою пружини стиску забезпечує дотискання диска з метою досягнення останнім кінцевого положення в циклі.

-Напрямна – фіксуючий елемент. Гарантує неможливість руху робочого органу при вимкненому стані електромагніту.

-Електромагніт – вмикається при спрацювання реле в блоці управління. У ввімкненому стані створює магнітне поле, котре переміщає напрямну із паза, тим самим даючи можливість закрученому торсіону змінити напрям свого закручення.

-Торсіон – тонкий вал, що працює на кручення. З’єднаний з центрами обох робочих органів і зумовлює рух одного з них при зафіксованому стані іншого.

-Індикатор положення – сенсор, який спрацьовує при фізичному замиканні контактів. Контакти замикаються напрямною, коли вона перебуває в кінцевому положенні.

Торсіон розміщений всередині трубчастої частини основи у вертикальному

положенні і з’єднує верхню і нижню частини. Верхня частина робота включає

робочу частину, ролик, напрямну, електромагніт та індикатор положення. Нижня частина включає такі ж елементи.

Конструктивне виконання робота дозволяє коректувати положення основних компонентів для відновлення нормального режиму роботи.

2. Принцип роботи циклічного робота

Конструкція робота дозволяє організувати керування роботом за допомогою двох електромагнітів та двох індикаторів положення.

При подачі струму на обмотку електромагніту виникає магнітне поле, яке зумовлює поздовжній рух напрямної. Перемістившись вздовж радіуса диска на певну відстань, напрямна розмикає контакти індикатора положення, а також виходить із паза, чим спричиняє поворот самого робочого органу. Напрям обертання робочого органу буде залежати від напряму закручення торсіона,

крутний момент якого після зняття фіксації поверне диск на певний кут і за рахунок інерційності системи закрутиться в іншу сторону. Новий крутний момент буде напрямлений в іншу сторону і чисельно менший порівняно з моментом до здійснення повороту. Ця різниця виникне за рахунок втрат системи. Проте, ролик, ковзаючи по боковій поверхні робочого органу під дією сили, створеної пружиною стиску (попередньо навантаженої) буде створювати тиск на бокову поверхню диска і за рахунок її геометрії, зумовить «докручення» диска до потрапляння напрямної і ролика в наступний паз. Цим самим крутний момент торсіона стане рівним початковому, що означає закінчення одного циклу – робот зробив один крок.

Щоб повернути диск в наступне положення необхідно таким же способом здійснити поворот нижнього робочого органу (Lower_Disk_Routing), а потім верхнього ще раз (Upper_Disk_Routing).

Електромагніт може вмикатися тільки при замкнутих контактах обох індикаторів. Розімкнені контакти індикатора означають що один з дисків є незафіксований – або рухається, або відбувся збій. Розімкнені контакти обох індикаторів однозначно означають збій.

Важливо щоб електромагніти вмикалися не одночасно, оскільки відбудеться повне розвантаження торсіона (він прийме нейтральне положення, крутний момент дорівнюватиме нулю) і потрібно буде налаштовувати робота.

3. Система управління роботом

Найбільше застосування для керування ПР знайшли автономні системи управління (СУ) спеціального призначення.

Структурна схема пристрою автоматичного керування циклічним роботом:

ЦИКЛІЧНИЙ РОБОТ ↔ МІКРОКОНТРОЛЕР ↔ ІНТЕРФЕЙС ↔ ПАНЕЛЬ КЕРУВАННЯ

Циклічний робот приводиться в дію за допомогою 2-х електромагнітів, на які почергово подаються електричні імпульси від мережі живлення 220 В.

Мікроконтролер не може безпосередньо керувати ними, тому використовуються реле, що вмикаються по сигналу мікроконтролера. Для зворотнього зв’язку використовується група розмикачів.

Керування здійснюється через блок перемикачів, кожен з яких задає роботу команди:

1.Здійснювати поворот робочого органу за годинниковою стрілкою на наперед задану кількість кроків;

2.Здійснювати поворот робочого органу проти годинникової стрілки на наперед задану кількість кроків;

3.Здійснювати поворот робочого органу на 1 крок за і 1 крок проти годинникової стрілки;

4.Здійснити зміну напрямку закручення торсіона (поворот верхнього або нижнього диска).

У разі виникнення помилки – засвітити сигнальний світлодіод.

3.1. Електрична схема системи управління

4.Опис структурних елементів

4.1.Вибір мікроконтролера

Мікроконтролер (англ. microcontroller), або однокристальна мікроЕОМ — виконана у вигляді мікросхеми спеціалізована мікропроцесорна система, що включає мікропроцесор, блоки пам'яті для збереження коду програм і даних,

порти вводу-виводу і блоки зі спеціальними функціями (лічильники,

компаратори, АЦП та інші). Використовується для керування електронними пристроями. По суті, це — однокристальний комп'ютер, здатний виконувати прості завдання. Використання однієї мікросхеми значно знижує розміри,

енергоспоживання і вартість пристроїв, побудованих на базі мікроконтролерів.

Мікроконтролери можна зустріти в багатьох сучасних приладах, таких як телефони, пральні машини, вони відповідають за працю двигунів і систем гальмування сучасних автомобілів, з їх допомогою створюються системи контролю і системи збору інформації. Переважна більшість процесорів, що випускаються у світі — мікроконтролери.

При проектуванні мікроконтролерів доводиться дотримувати баланс між розмірами і вартістю з одного боку і гнучкістю і продуктивністю з іншою. Для різних застосувань оптимальне співвідношення цих і інших параметрів може розрізнятися дуже сильно. Тому існує величезна кількість типів мікроконтролерів, що відрізняються архітектурою процесорного модуля,

розміром і типом вбудованої пам'яті, набором периферійних пристроїв, типом корпусу.

В той час, як 8-розрядні процесори загального призначення повністю витиснені продуктивнішими моделями, 8-розрядні мікроконтролери продовжують широко використовуватися. Це пояснюється тим, що існує велика кількість застосувань, в яких не потрібна висока продуктивність, але важлива низька вартість. В той же час, є мікроконтролери, з більшими обчислювальними можливостями, наприклад цифрові сигнальні процесори.

Обмеження за ціною і енергоспоживанням стримують також зростання тактової частоти контроллерів. Хоча виробники прагнуть забезпечити роботу