LABORATORIO DI ROBOTICA SCORBOT-ER. Appunti per laboratorio didattico

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1 LABORATORIO DI ROBOTICA SCORBOT-ER Appunti per laboratorio didattico Claudio Mattoccia Rev. Maggio 1996

2 Lo SCORBOT-ER è un robot a 5 gradi di libertà fornito di una pinza motorizzata come strumento di presa. I cinque giunti che collegano i link che lo compongono, vengono individuati con i nomi sotto indicati, assegnati a partire dal giunto più vicino al piano di lavoro: BASE, SHOULDER, ELBOW, PITCH (Wrist), ROLL (Wrist) Allegati Tecnici Dettagli sulle lunghezze dei link e caratteristiche meccaniche del robot. Pagina 2 Claudio MATTOCCIA

3 I movimenti dei giunti sono ottenuti con motori in corrente continua dotati di rapporti di riduzione diversi per ogni giunto. Notare che nell'involucro meccanico del motore è gia presente un rapporto di riduzione. L'informazione relativa alla posizione angolare del giunto è ottenuta tramite ENCODERS di tipo incrementale, montati in asse con l'albero di ogni singolo motore. Pagina 3 Claudio MATTOCCIA

4 I giunti di BASE, SHOULDER e ELBOW sono gestiti da singoli motori. I giunti di PITCH e ROLL sono gestiti da due motori montati in un sistema differenziale. Essendo gli assi dei motori posti uno verso l'altro, con l'applicazione ad essi di tensioni uguali e con lo stesso segno si ottiene il movimento di ROLL. Con l'applicazione di tensioni di segno opposto si ottiene il movimento di PITCH. Pagina 4 Claudio MATTOCCIA

5 Essendo gli encoder di tipo incrementale, i giunti necessitano di un riferimento che permetta, di convertire gli incrementti forniti, in posizioni assolute nello spazio di lavoro. Su ogni link è presente un microinterruttore ed una camma di azionamento che lo chiude quando l'angolo del giunto relativo, è in una posizione nota. Riferendo i valori ottenuti dagli encoder all'angolo nel quale è stato 'trovato' il microinterruttore, si ottengono valori 'assoluti', ovvero relativi al piano di lavoro. Pertanto l'operazione preliminare all'utilizzo del sistema robotico è quella di ricerca, per ogni link, del micro interruttore di riferimento. Tale operazione prende il nome di ricerca della HOME. Quando tutti i microinterruttori sono stati individuati il robot è nella sua posizione di HOME. Pagina 5 Claudio MATTOCCIA

6 Gli encoders applicati sui motori dello SCORBOT-ER sono trasduttori di posizione ottici. Permettono di gestire dal punto di vista logico un motore in corrente continua come un motore passo passo. Gli encoders generano due onde quadre sfasate di 90 gradi, di frequenza proporzionale alla velocità del motore. Contando il numero di fronti si ricava lo spostamento. Dalla analisi delle successioni nelle combinazioni dei fronti delle due onde, si ricava l'informazione relativa alla direzione del movimento. Pagina 6 Claudio MATTOCCIA

7 Il primo problema da affrontare nello sviluppo di un sistema di gestione dello SCORBOT-ER è il calcolo dei fattori di conversione tra passi 'encoder' e angoli di giunto. Per convertire i passi 'encoder' in angoli è necessario tener conto della risoluzione dell'encoder e dei rapporti di riduzione nel sistema di trasmissione tra motore e giunto. Allegati Tecnici Dettagli sui rapporti di riduzione di ogni link. Pagina 7 Claudio MATTOCCIA

8 L'UNITA` DI POTENZA L'Unità di Potenza è un sistema elettronico sviluppato nel Laboratorio di Robotica dell'università degli Studi di Roma "Tor Vergata" ed è costituita dai seguenti blocchi funzionali: Š N.6 amplificatori operazionali di potenza adatti a pilotare motori in corrente continua da Watt max, Volt. Range di ingresso Volt. Fusibile di protezione sull'uscita. Š Circuiti logici per la gestione dell'alimentazione agli amplificatori di potenza Š Interfacciamento di 2 serie di 8 ingressi digitali per microinterruttori di HOME e servizi ausiliari. Š N.6 contatori con ingresso filtrato per il conteggio di encoders ottici incrementali alimentati a 5 Volt. Š Una CPU (microcontrollore) per l'implementazione dei contatori encoder e la gestione del protocollo di comunicazione tra 'Unità di Potenza' e 'Personal Computer'. Š Alimentatore con protezioni. Pagina 8 Claudio MATTOCCIA

9 L'UNITA` DI POTENZA L'Unità di Potenza è interfacciata al Personal Computer per mezzo di una scheda commerciale prodotta dalla Keithley Mod.DDA06 costituita dai seguenti blocchi funzionali: N.6 convertitori Digitale Analogico a 12 bits. Š N.8 porte parallele di ingresso/uscita digitale da 8 bits. I 6 convertitori DAC della scheda DDA06 sono direttamente connessi agli ingressi dei 6 amplificatori dell'unità di Potenza. 2 delle porte di I/O digitale della scheda DDA06, vengono utilizzate per comunicare al PC i conteggi degli encoders, lo stato dei micro pulsanti di home e altro. 'Porta di Selezione' (Port A) Con questa porta si seleziona la modalità di accesso all'unità di potenza e il tipo di risorsa alla quale si vogliono inviare i comandi oppure dalla quale si vogliono leggere i dati. Š 'Porta Comandi/Dati' (Port B) Con questa porta si possono inviare comandi all'unità di potenza oppure leggere i dati delle risorse della stessa, in funzione della modalità di accesso selezionata con Port A. Allegati Tecnici Dettagli sulla scheda Keithley DDA06, sulle funzioni delle porte A e B e sulla logica di controllo dell'unità di Potenza. Pagina 9 Claudio MATTOCCIA

10 L'UNITA` DI POTENZA Viene di seguito mostrato lo schema a blocchi dell'intero sistema: Robot, Unità di Potenza e Personal Computer. Allegati Tecnici Schemi elettrici dell'unità di Potenza Pagina 10 Claudio MATTOCCIA