ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЙ КОМПЛЕКС УПРАВЛЕНИЯ РОБОТАМИ-МАНИПУЛЯТОРАМИ ФИРМЫ NEURONICS AG

Автор: В.В. Рябченко, Н.Н. Дацун
Источник: Материалы 4-й международной научно-технической конференции «Моделирование и компьютерная графика – 2011». Донецк, 5 – 8 октября 2011 г. С. 295 – 299.

Аннотация

В.В. Рябченко, Н.Н. Дацун ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЙ КОМПЛЕКС УПРАВЛЕНИЯ РОБОТАМИ-МАНИПУЛЯТОРАМИ ФИРМЫ NEURONICS AG

В данной работе была предложена и апробирована методика создания ПО программно-аппаратного комплекса управления роботом-манипулятором при использовании моделирующей среды. Разработан язык управления роботом для управляющей части программно-аппаратного комплекса. Выполнена реализация интерпретатора этого языка в язык роботов семейства Katana Реализован программный интерфейс между управляющей и исполнительной частями программно-аппаратного комплекса в операционных системах Linux и MS Windows Разработан ПИ для семейства роботов фирмы Neuronics AG в симуляторе Webots и на реальном оборудовании для модели Katana 5M180.

 

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 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

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 (рисунок 1) и библиотека управления KNI.

 

Рисунок 1 – Схема ПО программно-аппаратного комплекса управления роботами-манипуляторами фирмы NeuronicsAG

Рисунок 1 – Схема ПО программно-аппаратного комплекса управления роботами-манипуляторами фирмы NeuronicsAG

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

 

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

L

Switch on/off linear movements

 Таблица 1 – Система команд языка управления роботом

 

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 рисунке 2 представлен алгоритм работы разработанного транслятора.

 

Рисунок 2 – Алгоритм работы транслятор языка управления роботом

Рисунок 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 рисунке 3.

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

Рисунок 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 семейства роботов фирмы 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. [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.cyberbotics.com 
  2. Katana Native Interface. [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://katana-native-interface.software.informer.com