В.В. Рябченко, Н.Н. Дацун

ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЙ КОМПЛЕКС УПРАВЛЕНИЯ РОБОТАМИ-МАНИПУЛЯТОРАМИ ФИРМЫ NEURONICS AG

Аннотация

Разработан язык управления роботом для управляющей части программно-аппаратного комплекса управления роботом-манипулятором ф. Neuronics AG. Реализован программный интерфейс на базе KNI. Разработан ПИ для семейста роботов ф. Neuronics AG в симуляторе Webots и на реальном оборудовании для модели Katana.

Роботы-манипуляторы широко используются в лабораторных исследованиях, автоматизированном промышленном производстве, измерениях и т.д.. Объектом исследования является робот-манипулятор Katana фирмы Neuronics AG (Швейцария) и его модель в симуляторе Webots [1]. Цели работы:

- исследование методов программного управления роботами-манипуляторами Katana фирмы Neuronics в операционных системах Linux и MS Windows;

- разработка программного интерфейса “библиотека KNI [2] – микропрограммное обеспечение (Firmware) робота”;

- проектирование и разработка пользовательского интерфейса (ПИ) для программного управления роботами-манипуляторами фирмы Neuronics.

Робот-манипулятор – это автономное устройство, состоящее из механического манипулятора и перепрограммируемой системы управления, которое применяется для перемещения объектов в пространстве и для выполнения различных производственных процессов. Среди роботов-манипуляторов продукция фирмы Neuronics выделяется такими преимуществами как относительно доступная цена, интеллектуальность, семейство роботов Katana для использования в различных целях.

Программное обеспечение (ПО) для управления роботом Katana представляет собой кроссплатформенную библиотеку KNI (Katana Native Interface) с открытым кодом (на языке С++). Это позволяет разрабатывать системы программного управления роботами-манипуляторами для различных предметных областей. Разработчику ПО для управления роботами-манипуляторами также доступно описание системы команд самого робота.

Библиотеку KNI можно также использовать и в симуляторе роботов Webots [1], создавая модели роботов компании Neuronics AG.

Поэтому при разработке ПО для управления роботами используют два метода:

1) моделирование в среде симулятора;

2) программирование и тестирование с помощью программно-аппаратного комплекса с использованием робота.

Объектом исследования являлись робот-манипулятор Katana 5M180 (рис.1) и библиотека управления KNI 3.9.2.

$Описание: Описание: F:\snegina1\library\article 22.files\image001.png$

Рис. 1 – Схема ПО программно-аппаратного комплекса управления роботами-манипуляторами фирмы Neuronics AG

Схема ПО программно-аппаратного комплекса управления роботами-манипуляторами фирмы Neuronics AG представлена на
рис. 1. Она основана на архитектуре KNI. В данной работе для Katana 5M180 разработан язык управления роботом (табл.1) и интерфейс пользователя.

Таблица 1. – Система команд языка управления роботом

Имя коман-ды	Семантика	Имя коман-ды	Семантика
1. Специфические задачи		3. Команды задания параметров и мониторинга
C	Calibrate the Katana	E	Read the current encoder values
O	Switch motors off/on (Default: On)	X	Read the current position using DK
R	Switch angle format: Radian/Degree (Default: Rad);	v	Set the velocity limits for all motors seperately
?	Display this help	V	Set the velocity limits for all motors
U	Unblock motors after crash	a	Set the acceleration limits for all motors seperately
2. Команды перемещения		A	Set the acceleration limits for all motors
M	Move to a specific position	W	Read the velocity limits of all motors
Y	Set a new position using IK	W	Read the acceleration limits of all motors
>	Move to a specific point	Q	Read the Sensors
G	Open Gripper	T	Switch crash limit on/off
H	Close Gripper	s	Set the crash limit for all motors seperately
D	Move motor to degrees	S	Set the crash limit for all motors
D	Move motor to degrees	L	Switch on/off linear movements

Программный и пользовательский интерфейсы на первом этапе были созданы и подключены к визуальному симулятору Webots. Возможность графической симуляции функционирования робота исходит из разделения аппаратного обеспечения на две составляющие: управляющее (компьютер) и исполнительное (робот). Моделирование выполнялось для исполнительной части. Взаимодействие между компонентами аппаратуры на физическом уровне осуществляется через COM-порт компьютера (соответственно, на программном уровне реализуется через протокол COM-порта).

На втором этапе программный и пользовательский интерфейсы были апробированы на реальном оборудовании.

Важно то, что робот-манипулятор имеет собственный блок управления (обработки команд) с программным интерфейсом, позволяющий управлять роботом с помощью предустановленного набора команд. Пример команды Firmware в текстовой форме, посылаемой на COM-порт: d: 1 24 28528 -25 0 (шифр команды, параметры).

KNI [2] предоставляет набор классов для управления роботом на более высоком уровне абстракции, чем команды Firmware. Фактически KNI вместе с пользовательским интерфейсом (ПИ) работает как транслятор языка управления роботом в команды робота. На рис. 2 представлен алгоритм работы разработанного транслятора.

$Описание: Описание: F:\snegina1\library\article 22.files\image002.png$

Рис. 2 – Алгоритм работы транслятор языка управления роботом

Разработанный транслятор является интерпретатором. Например, команда установить робот в заданное положение:

M: 0, 28528, 15021, 32014, 7741 преобразуется в набор команд, которые посылаются ему для немедленного исполнения:

d: 1 24 28528 -25 0

d: 2 24 15021 -25 0

d: 3 24 32014 -25 0

d: 4 24 7741 -25 0

Схема работы программной части программно-аппаратного комплекса управления роботом-манипулятором ф. Neuronics AG представлена на рис. 3.

$Описание: Описание: F:\snegina1\library\article 22.files\image003.jpg$

Рис. 3 – Схема работы программной части программно-аппаратного комплекса управления роботом-манипулятором

ПИ комплекса управления роботом-манипулятором относится к классу процедурно-ориентированный символьный интерфейс, вид интерфейса – командный, технология командной строки (CLI) с консольным вводом/выводом.

1. Предложена и апробирована методика создания ПО программно-аппаратного комплекса управления роботом-манипулятором при использовании моделирующей среды.

2. Разработан язык управления роботом для управляющей части программно-аппаратного комплекса. Выполнена реализация интерпретатора этого языка в язык роботов семейства Katana.

3. Реализован программный интерфейс между управляющей и исполнительной частями программно-аппаратного комплекса в операционных системах Linux и MS Windows.

4. Разработан ПИ для семейста роботов ф. Neuronics AG в симуляторе Webots и на реальном оборудовании для модели Katana 5M180. Данная работа выполнялась в рамках украинско-исследовательского проекта ДонНТУ - Université de Cergy-Pontoise и НИР 11-316 «Біо-подібні моделі гуманоїдних роботів у ритмічній взаємодії з їх навколишнім оточенням» (под рук. Борисенко В.Ф., Хоменко В.Н., Мельника А.А.). Направления дальнейшей работы – развитие языка управления и графического ПИ.

Литература

1. Webots: the mobile robotics simulation software. Режим доступа: http://www.cyberbotics.com/. – Заглавие с экрана.

2. Katana Native Interface. Режим доступа: http://katana-native-interface.software.informer.com/. - – Заглавие с экрана.