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
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
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
ПИ комплекса управления роботом – манипулятором относится к классу процедурно – ориентированный символьный интерфейс, вид интерфейса – командный, технология командной строки (CLI) с консольным вводом/выводом.
- 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. Данная работа выполнялась в рамках украинско – исследовательского проекта ДонНТУ – Universite 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