Katana - EXACTEC

Transkript

Katana - EXACTEC

Návod k použití robotů
Katana
© Neuronics AG, 2001-2006. Všechna práva vyhrazena.
Platný pro roboty Katana verze: KatHD300s
Verze: 2.0.5
Datum : 03.08.06
Translation © EXACTEC 09.2006
1
OBSAH
1
1.1
Tabulka symbolů………………………………………………………………..
Zkratky…………………………………………………………………………
5
6
2
Symbolika………………………………………………………………………..
6
3
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
Varianty Katana…………………………………………………………………
Katana 5M180………………………………………………………………...
Katana 6M180………………………………………………………………...
Katana 6M90-M6/G…………………………………………………………..
Katana 6M90-M6/T…………………………………………………………...
Katana 6M90/90-M6/T……………………………………………………….
8
8
9
9
10
10
4
Technická data………………………………………………………………….
11
5
5.1
5.2
5.3
Mechanika……………………………………………………………………….
Materiál………………………………………………………………………...
Harmonická převodovka……………………………………………………..
Motor a enkodér………………………………………………………………
12
12
12
12
6
6.1
6.1.1
6.1.2
6.2
6.2.1
6.2.2
6.2.3
6.2.4
6.2.5
6.2.6
6.3
6.3.1
6.3.1.1
6.3.1.2
6.3.2
6.4
6.4.1
6.4.1.1
6.4.1.2
6.4.2
Elektronika………………………………………………………………………
Napájení………………………………………………………………………
60W adaptér………………………………………………………………
100W adaptér……………………………………………………………….
Katana základní deska……………………………………………………….
K901: DIN41651 konektor, 14 kolíků……………………………………
Speciální jumper……………………………………………………………
K999: Dvojitá řada kolíků, 6 kolíků/3 jumpery…………………………..
JMP901: 3 jumpery…………………………………………………………
Reset signál…………………………………………………………………
RS-232 sériová linka a RS-232 adaptér………………………………...
RS-232 sériévý adaptér……………………………………………………...
Sériový adaptér 2.1………………………………………………………...
Zapojení kolíků konektoru sériovým kabelem Cab3 .....…………….
Signalizace LED1………………………………………………………...
Sériový adaptér 1.0………………………………………………………...
Komunikační rozhraní………………………………………………………..
RS-232 sériová linka ………………………………………………………
Paket od hostitelského PC ke Katana robotu…………………………
Paket od Katany k PC……………………………………………………
Sériový CRC protokol………………………………………………………
13
13
13
13
13
14
14
15
15
15
15
15
15
16
17
17
18
18
19
19
19
7
7.1
7.1.1
7.1.1.1
7.1.1.2
7.2
7.2.1
7.2.2
7.2.3
7.3
7.4
7.5
Pracovní nástroje……………………………………………………………….
Univerzální uchopovač……………………………………………………….
Senzorické čelisti: Typ S03.02……………………………………………
Integrované senzory……………………………………………………..
Senzor číslo S03.02……………………………………………………..
Snímače……………………………………………………………………….
Infračervený snímač………………………………………………………..
Snímač síly………………………………………………………………….
Vodivostní snímač………………………………………………………….
Uchopovač s pasivním DOF…………………………………………………
Diskový adaptér………………………………………………………………
Talířový adaptér pro zákazníkem specifikované čelisti
20
20
21
21
21
22
22
23
24
24
25
26
2
8
8.1
8.2
8.3
8.4
8.5
8.6
8.7
8.8
8.9
8.10
8.11
8.12
8.13
8.14
8.15
8.16
8.17
8.18
8.19
Firmware příkazy………………………………………………………………..
Nastavení cílové pozice motoru, pozastavení nebo vypnutí motorů
Kalibrace enkodéru…………………………………………………………...
Zjišťování pozice, rychlosti a provozního cyklu motoru…………………..
Zjišťování a nastavení parametrů a limitů………………………………….
Záskání označení stavů motorů a pozic současně……………………….
Nastavení parametrů lineárního pohybu…………………………………..
Spuštění lineárního pohybu………………………………………………….
Nastavení parametrů jednotlivých křivočarých pohybů…………………..
Spuštění křivočarého pohybu……………………………………………….
Reset Katana mikrokontroleru……………………………………………
Vypínání a zapínání detekce kolize………………………………………..
Odezva…………………………………………………………………………
Čtení identifikační zprávy…………………………………………………….
Čtení Katana příkazové tabulky……………………………………………..
Čtení dat ze snímačů uchopovače………………………………………….
Zjištění verze Master firmwaru………………………………………………
Zjištění verze Slave firmwaru………………………………………………..
Zjištění příkazu motoru (motCommand) ze Slave………………………...
MotCommands - příkazy motoru……………………………………………
27
27
27
28
28
29
30
30
31
31
32
32
33
33
33
34
34
34
35
35
9
9.1
9.1.1
9.2
Parametry……………………………………………………………………….
Kinematické parametry………………………………………………………
EPC ( Encoder per cycle)…………………………………………………
Parametry kontroleru…………………………………………………………
36
36
36
36
38
10
10.1
10.2
Detekce kolize…………………………………………………………………..
Kontrola chyby pozice……………………………………………………….
Kontrola chyby rychlosti……………………………………………………...
38
38
11
11.1
11.2
11.2.1
11.2.2
11.2.3
11.2.4
11.2.5
11.3
11.3.1
11.3.2
11.4
Souřadný systém………………………………………………………………..
Úvod……………………………………………………………………………
Souřadný systém……………………………………………………………..
Úvod………………………………………………………………………….
Pravidlo pravé ruky………………………………………………………..
Světový souřadný systém…………………………………………………
Souřadný systém základny……………………………………………….
Souřadný systém nástroje…………………………………………………
Orientace nástroje……………………………………………………………
Eulerovy úhly……………………………………………………………….
Speciální případ pro Katana 6M90 M6/T………………………………...
Přizpůsobení se robotům…………………………………………………….
39
39
39
39
40
40
40
42
42
42
44
44
12
Parametry měření………………………………………………………………. 45
13
13.1
13.1.1
13.1.2
13.1.3
13.1.4
13.1.5
13.1.6
13.2
13.2.1
13.2.2
13.2.3
Interface………………………………………………………………………….
National Instruments digitální I/O karta…………………………………….
Stručný popis……………………………………………………………….
Schéma……………………………………………………………………...
Výhody a nevýhody…………………………………………………………
Požadavky…………………………………………………………………..
Technický popis…………………………………………………………….
Speciální detaily…………………………………………………………….
Soubory – Interface…………………………………………………………..
Stručný popis………………………………………………………………..
Schéma……………………………………………………………………...
Výhody a nevýhody………………………………………………………..
48
48
48
48
48
48
49
49
49
49
49
49
3
13.2.4
13.2.5
13.3
13.3.1
13.3.2
13.3.3
13.3.4
13.3.5
13.4
13.4.1
13.4.2
13.4.3
13.4.4
13.4.5
13.5
13.5.1
13.5.2
13.5.3
13.5.4
13.5.5
13.5.6
13.6
13.6.1
13.6.2
13.6.3
13.6.4
13.6.5
Požadavky…………………………………………………………………..
Technický popis…………………………………………………………….
Sériová komunikace………………………………………………………….
Stručný popis………………………………………………………………..
Schéma……………………………………………………………………...
Výhody a nevýhody………………………………………………………...
Požadavky…………………………………………………………………..
Technický popis…………………………………………………………….
Web…………………………………………………………………………….
Stručný popis………………………………………………………………..
Schéma……………………………………………………………………...
Požadavky…………………………………………………………………..
Technický popis…………………………………………………………….
Siemens S7……………………………………………………………………
Stručný popis……………………………………………………………….
Schéma……………………………………………………………………...
Výhody a nevýhody………………………………………………………..
Požadavky…………………………………………………………………..
Technický popis…………………………………………………………….
Speciální detaily…………………………………………………………….
Cognex kamera……………………………………………………………….
Stručný popis……………………………………………………………….
Schéma……………………………………………………………………...
Požadavky…………………………………………………………………..
Technický popis…………………………………………………………….
50
50
50
50
50
50
50
50
51
51
51
51
51
51
52
52
52
52
52
52
52
53
53
53
53
53
53
14
Síly………………………………………………………………………………..
54
15
15.1
15.2
Provozní pokyny………………………………………………………………...
Konstrukce…………………………………………………………………….
Instrukce……………………………………………………………………….
56
56
56
16
16.1
16.2
Udržba……………………………………………………………………………
Mazání…………………………………………………………………………
Vytváření tepla………………………………………………………………..
57
57
57
17
17.1
17.2
Certifikace……………………………………………………………………….
Bezpečnostní koncept………………………………………………………..
EU deklarace………………………………………………………………….
58
58
58
18
Kontakt a podpora ..................………………………………………………... 59
19
Záruka …………………………………………………………………...………
60
4
1
Tabulka symbolů
1 Tabulka symbolů
1.1 Zkratky
Symbol
Anglický význam
Český význam
DK
DOF
Enc
EPC
FA
FS
FW
GR
HD
IK
IR
K4D
KNI
M
UA
TCP
WR
pwm
Direct Kinematics
Degree Of Freedom
Encoder
Encoder Per Cycle
Fore Arm
Force Sensor
Firmware
Gripper
Harmonic Drive
Inverse Kinematics
Infrared
Katana4D
Katana Native Interface
Motor
Upper Arm
Tool Center Point
Wrist
Pulse width modulation
Přímý pohyb
Stupeň volnosti
Enkodér, odměřování
Enkodér / cyklus
Předloktí (přední rameno)
Snímač síly
Programové vybavení
Uchopovač
Harmonická převodovka
Inverzní kinematika
Infračervený
Katana4D software
Katana rozhraní
Motor
Spodní rameno robota
Těžiště nářadí
Zápěstí
Pulsní modulace
Vysvětlivky:
PWM (pulse width modulation) regulátory se používají na regulaci otáček stejnosměrných motorů. Jedná se
o regulaci využívající změny šířky proudového impulzu do motoru, tím se liší od obyčejné spojité DC
regulace, kde nedochází jen ke snižování proudu ale i napětí. Při pulzní regulaci zůstává proud i napětí
stejné, ale mění se aktivní doba, kdy prochází proud motorem. Takto řízený motor má pak stejnou sílu v
celém rozsahu otáček.
5
2
Symbolika
2 Symbolika
Symbolika
Poznámky
Ochranné pěnové kryty
Viz obrázek 1
Ochrana kloubů - harmonika
Viz obrázek 1
Umístění senzorů
Viz obrázek 1
Tělo uchopovače
Viz obrázek 1
Sériový adaptér
Viz obrázek 2
Tělo uchopovače
Umístění senzorů
Ochrana kloubů
Ochranné kryty
Obr.č. 1: Symbolika
6
2
Symbolika
Obr. č. 2: Sériový adaptér 2.1
7
3
Varianty KATANA
3 Varianty KATANA
V této kapitole jsou popsány všechny existující varianty KATANA robotů.
Délky a úhly vyosení jsou standardní hodnoty. Přesné hodnoty se mohou lišit v mezích tolerancí.
3.1 Katana 5M180
DOF
4
Max. výška [mm]
746 1
Úhly vyosení [ ° ]
M1: 0
M2: 127.7
M3: 52.5
M4: 8.5
Operační rozsah [ ° ]
M1: 345.7
M2: 140
M3: 241.5
M4: 232
M5: 140 (čelisti)
M5: 332.2 (otočení)
Délka ramene [mm]
UA: 190.2
FA: 216
WR: 0
GR: 130
(s uchopovačem)
1
bez základové desky, s čelistmi
8
3 Varianty KATANA
3.2 Katana 6M180
DOF
Max. výška [mm]
5
854 2
M1: 0
M2: 124.25
M3: 52.7
M4: 63.5
M5: 8.5
M1: 345.7
M2: 140
M3: 241.5
M4: 232
M5: 332.2
M6: 140 (čelisti)
Délka ramene [mm]
UA: 190
FA: 139
WR: 185
GR: 130
(s uchopovačem)
2
bez základové desky, s čelistmi
3.3 Katana 6M90-M6/G
DOF
Max. výška [mm]
Délka ramene [mm]
3
5
687 3
M1: 0
M2: 124.25
M3: 52.7
M4: 63.5
M5: 8.5
M1: 345.7
M2: 140
M3: 241.5
M4: 232
M5: 332.2
M5: 140 (čelisti)
UA: 190
FA: 139
WR: 147.3
GR: 130
(s uchpovačem)
bez základové desky
9
3 Varianty KATANA
3.4 Katana 6M90-M6/T
DOF
Max. výška [mm]
Délka ramene [mm]
4
6
687 4
M1: 0
M2: 124.25
M3: 52.7
M4: 63.5
M5: 8.5
M6: -123.2
M1: 345.7
M2: 140
M3: 241.5
M4: 232
M5: 332.2
M5: 336.2 (otáčení)
UA: 190
FA: 139
WR: 147.3
GR: 35
3.5 Katana 6M90/90-M6/T
DOF
Max. výška [mm]
Délka ramene [mm]
5
6
6875
M1: 0
M2: 124.25
M3: 52.7
M4: 63.5
M5: 8.5
M6: -123.2
M1: 345.7
M2: 140
M3: 241.5
M4: 232
M5: 332.2
M5: 336.2 (otočení)
UA: 190
FA: 139
WR: 147.3
GR: 35
10
4
Technická data
4 Technická data
Opakovaná přesnost
± 0.1 mm
Nosnost
500 g
Hmotnost
4.3 kg
Příkon
Max. 100W ( 12V / 8.33 A)
Max. rychlost jednotlivých motorů
M1 (normal), 4,5,6:
M1 (zesílený) :
M2, 3 (Fw<1.24)
M3 (FW>1.23)
125°/s
136 °/s
68 °/s
80 °/s
Rychlost je záměrně limitována na maximálně
18 000 inkrementů / sec.
Úhlová rychlost závisí na EPC hodnotách
každého motoru (viz kap. 9.1.1)
11
5 Mechanika
5 Mechanika
5.1 Materiál
Podstavec a ramena jsou vyrobeny z eloxovaného hliníku.
5.2 Harmonické převodovky
Harmonické převodovky jsou v robotech použity
k zabezpečení precizního polohování s minimálním
zatížením os.
Obr. č.3: Harmonická převodovka
5.3 Motor a enkodéry
Pro pohon jsou použity DC stejnosměrné kartáčové motory Faulhaber®. Jsou vybaveny digitálním
odměřováním s vysokým rozlišením.
12
6 Elektronika
6 Elektronika
Veškerá použitá elektronika je v souladu s RoHS (Restriction of the use of Hazardeous
Substances), což je direktiva Evropské komise, zakazující použití nebezpečných látek v
elektrických a elektronických výrobcích.
6.1 Napájení
6.1.1 60W adaptér
Dodáváno do konce ledna 2006
6.1.2 100W adaptér
6.2 Katana základní deska
Tato část popisuje elektrická připojení na základní desce robotu Katana. Kruhová deska tištěných
spojů slouží jako základní řídící deska – master, která komunikuje se slave (podřízené desky
mikrokontroléru: jedna pro každý motor a jedna nebo více desek pro uchopovač a případně pro
další přídavná zařízení).
Některé kovové části Katana jsou uzemněny (GND). Protože eloxovaný povrch některých
hliníkových částí je izolant, kovové součásti mohou, ale nemusí být spojeny s GND, ale nikdy
nesmí být připojeny k jinému napětí.
Upozornění: K dosažení správné komunikace v elektricky nebo elektromagneticky rušivém
prostředí musí být hlavní části a kovové součásti uzemněny spojením s GND.
Silové vstupy jsou chráněny diodami proti špatné polaritě.
13
6 Elektronika
Obr. č.4: Katana základní deska
6.2.1 K901: DIN41651 konektor, 14 kolíků
Konektor pro kabeláž z externího kontroléru nebo mobilního robota včetně napájení,
komunikačního interface (asynchronní sériový na 5V úrovni) a resetu.
K901, 14 kolíků
2, 3
1, 4, 14
5
6
7
8, 9, 10, 11, 12, 13
(14)
Jméno / Popis
Pro napájení, kladný, ochrana polarity
GND elektrická zem
TXKat Asynchronní sériový výstup (5V)
RXKat Asynchronní sériový vstup (5V)
/ RESET Reset všech mikrokontrolérů v Katana
Žádný signál
GND (viz výše)
14
6 Elektronika
6.2.2 K905: Speciální jumper
Kolíky číslo 3 a 4 (blízko sebe) musí být vždy spojeny jumperem. V opačném případě nebudou
mikrokontroléry v rameni robota napájeny.
6.2.3 K999: Dvojitá řada kolíků, 6 kolíků/3 jumpery
Odkládání nepoužitých jumperů (propojek). Nespojeno s žádným okruhem.
6.2.4 JMP901: 3 jumpery
Výběr adres, možných až 8 různých adres.
Jumper mezi kolíky
sepnuto
nesepnuto
1-2 (blízko značky „ADDR“)
0
1
3-4
0
2
5-6 (blízko K904)
0
4
Součet čísel v řádách odpovídá hodnotě nesepnutých jumperů. K získání aktuálního čísla adresy
je potřeba přičíst základní adresu, která má hodnotu 24, takže k dispozici jsou adresy 24-31.
Poznámka: Neměňte adresy, jestliže je Katana spuštěný. Změna se projeví až po resetu nebo
vypnutí a opětovném zapnutí.
6.2.5 RESET signál
Všechny mikrokontroléry uvnitř Katany mohou být zresetovány sepnutím RESET signálu vůči
GND. Resetový vstupní signál je rozpojován prostřednictvím diody. Pulsní signál uvnitř Katany
neovlivní K901.Vnitřní reset je možný, je-li přídavné zařízení vybaveno tlačítkem reset nebo jestliže
je zařízení připojeno jedním z KPROG konektorů.
6.2.6 RS-232 sériová linka a RS-232 adaptér
Asynchronní sériová linka Katany pracuje na úrovni 5V ( jako TTL). Jalové napětí je vysoké (+5V).
Formát bytu je: 1 start bit, 8 datových bitů, 1 nebo 2 stop bity, přenosová rychlost 57 600 bit/s
(baud). Pro spojení robota se standardním RS-232 COM portem řídícího počítače je nutné použít
přídavný konvertor. Jsou použity pouze RX, TX a GND.
6.3 RS-232 sériový adaptér
6.3.1 Sériový adaptér 2.1
Jedná se o zařízení integrované v externí krabičce, následující informace korespondují s obr. č. 5.
Na vrchní straně jsou 3 led diody, On/Off vypínač a Reset spínač. Na jedné straně je D-Sub25
zásuvka, která slouží pro připojení PC kabelem Cab3. Na druhé straně je jack pro napájení, který
je se zdrojem propojen Cab1. Dále je použit šedý kabel s černou zásuvkou D-Sub9 pro spojení
s Katanou pomocí kabelu Cab2.
15
6 Elektronika
Obr. č.5: Schéma sériového adaptéru 2.1
Legenda k obr.č. 5:
Element
LED 1
LED 2
LED 3
Cab1
Cab2
Cab3
On/Off vypínač
/RESET spínač
D-Sub9 zásuvka
D-Sub25 zásuvka
Popis
Indikuje komunikaci z Katana do PC
Komunikace PC do Katana
Indikuje, zda je adaptér napájen
Spojení s napájecím zdrojem (dodávaný s robotem)
Vzdálenost mezi adaptérem a Katanou by měla být menší než 40cm.
Nedoporučujeme prodlužovací kabel. Lepší je připojit kabel přímo k robotu.
RS-232 kabel s max. délkou 10 m. (dodávaný s robotem)
Napájení zapnuto nebo vypnuto
Vysílá reset signál robotu ( viz 6.2.5)
Zásuvka, zapojení dle 6.3.1.1
Zásuvka, zapojení dle 6.3.1.1
Katana spolu s adaptérem tvoří DCE zařízení (jako modem). Jsou použity pouze vedení RX, TX a
GND. Někdy je požadován signál na CTS, DRS a/nebo na CD (hardware protocol). Adaptér nabízí
tyto signály jako zpětnou vazbu z RTS a DTR, které jsou obvykle nastaveny řídícím PC.
Je-li to možné, zvolte možnost nastavení „no protocol“ a nebudete se muset o tyto extra signály
obávat. Volba „software protocol“ nebude fungovat.
6.3.1.1 Zapojení kolíků konektoru sériovým kabelem Cab3
D-Sub9
(číslo kolíku)
1
D-Sub25
(číslo kolíku)
8
2
3
4
5
6
7
8
9
3
2
20
7
6
4
5
22
Signál
Zpětná vazba
Přenosový signál (robot k PC)
Přenosový signál (od PC do robots)
Zpětnovazební signál
Uzemnění počítače (GND)
16
6 Elektronika
Je nutné vzít na vědomí, že z těchto signálů není možné poznat GND zem robota. Důvodem je, že
zem robota a počítače jsou galvanicky odděleny, resp. jsou propojeny optickým způsobem. Zem
počítače je referenčním napětím pro přenos.
6.3.1.2 Signalizace LED1
Ke stažení uživatelského programu (firmware) do robota musí mít mikrokontroler nainstalován
speciální software. Ten se nazývá zaváděcí software (bootloader). Ke zjištění, zda je firmware a
bootloader nainstalován na základní řídící desce, slouží dioda LED1. Spojte sériový adaptér
s robotem a zdrojem napětí, na adaptéru zapněte tlačítko On.
Zapnuto
Zapnutonapájení
napájení
LED
LED11bliká
LED
LED11nebliká
bliká
nebliká
Interval
Interval3s
Interval
Interval7s
3s
6s
-- uživatelský
uživ. programy
program
- bez je zaveden
-- uživatelský
uživ. programy
program
je zaveden
- se speciálním
-- uživ.
bez program
uživ.
chybí
programů
-- uživ.
bez program
uživ.
chybí
programů
speciálního
- zaváděcí software
softwaru na
chybí
řídící desce
softwarem
na
- zaváděcí software
řídící
desce na
je
naistalován
řídící desce
se speciáln
-- bootloader
je ím
softwarem
nainstalován na
bez
-- bootloader
chybí
řídící desce
speciálního
softwaru na
Obr. č.6
Obrázek č. 6 ukazuje možnosti stavů, ve kterých může základní deska (master) být.
6.3.2 Sériový adaptér 1.0
Sériový adaptér 1.0 je podobný jako 2.1. Osazení kolíků konektoru na sériovém kabelu Cab3 je
stejné. Pro připojení Katany je použit plochý kabel, na straně adaptéru má 16-ti kolíkovou zásuvku.
Na straně Katany je 14-ti kolíková zásuvka, která musí být připojena ke konektoru K901 na řídící
desce. Popisky obrázku č.7 jsou shodné s adaptérem 2.1. Také LED 1 pracuje na stejném
principu.
17
6 Elektronika
Obr. č.7: Schéma sériového adapteru 1.0
Na obrázku č. 8 je fotka sériového adaptéru.
Obr. č.8: Sériový adaptér 1.0
6.4 Komunikační rozhraní
6.4.1 RS-232 sériová linka
Katana je vybaven asynchronním sériovým rozhraním pracujícím na 5V hladině. RS-232 rozhraní
vyžaduje RS-232 adaptér (viz 6.3). Jsou použity pouze signály RX, TX a GND. Formát bytu: 1 start
bit, 8 datových bitů, 1 nebo 2 stop bity, přenosová rychlost 57 600 baud.
18
6 Elektronika
Po spuštění Katana vypíše krátkou textovou zprávu v ASCII kódu, která může být využita jako
kontrola komunikace mezi robotem a počítačem.
Pro veškeou další komunikaci je použit uživatelský protokol založený na paketech různých typů.
Katana funguje jako slave, který posílá pouze když master (řídící systém, PC...) požaduje data.
Paket přicházející do Katany obsahuje adresu. Jestliže se adresa nerovná adrese nastavené
jumpery na základní desce, Katana paket ignoruje.
Nejsou definovány všechny typy paketů: přídavný modul může definovat nový typ. Master Katany
je bude předávat příslušnému slave mikrokontroléru.
Data jsou binární a proto nejsou srozumitelná pro jednoduchý terminál.
6.4.1.1 Paket od řídícího PC ke Katana robotu
Hostitelský PC může poslat kdykoliv pakety jakéhokoliv typu. Jestliže je komunikační kontrolér
Katany zaměstnán, bude paket ignorovat a nepošle odpověď.
6.4.1.2 Paket od Katany k řídícímu PC
Pakety odeslané zpět jsou vždy odpovědí na pakety poslané mastrem (kromě úvodní zprávy).
Každému typu odeslaného paketu odpovídá paket typu odpověď.
Poznámka: Pro dobrý tok informací by měl hostitel (řídící PC) dodržovat tato pravidla: po odeslání
paketu k robotu počkat dokud nepřijde kompletní odpověď. Na portu by neměla probíhat v tomto
čase žádná další komunikace. Jestliže v příslušném čase nedorazí žádná odpověď, může být
teprve proveden další pokus. Doporučená hodnota této doby čekání je 0,1 vteřiny a více.
6.4.2 Sériový CRC Protokol
Ke zvýšení ochrany sériové komunikace mezi řídícím PC a Katanou byl implementován 16-ti bitový
CRC kontrolní součet. Tento algoritmus využívá tabulku ke zvýšení rychlosti výpočtů 8 bitového
mikrokontroléru zabudovaného v robotu.
V programu Katana4D i v rozhraní C++ (KNI) je nastavena určitá doba odezvy (timeout), takže
pokud se objeví chyba CRC, příkaz je automaticky opakován. Výpočet kontrolního součtu je
implementován na nízké úrovni rozhraní, aby podporoval kompatibilitu se starým Katana
programem, vybaveným Seriál-Zero protokolem. To znamená, že uživatel nemusí brát ve svém
kódu zřetel na 16-ti bitovou hodnotu CRC.
Sériový CRC protokol nemá na začátku paketu 16 nul a synchronizace je prováděna hlavičkou a
master-slave konfigurací. V Katana4D i v KNI C++ je typ protokolu Serial-Zero nebo Serial-CRC
automaticky rozpoznán.
Pokud je implementován CRC protokol a je poslán paket bez kontrolního součtu nebo se špatnou
CRC hodnotu, Katana by měl vrátit stringovou hodnotu „err“ (error).
Pokud je implementován CRC protokol a je poslán příkaz se 16 nulami, neobdržíte od Katany
žádnou odpověď.
Tento protokol je podporován Katana firmware programem od verze 3.00 výše.
19
7 Pracovní nástroje
7.1 Univerzální uchopovač
Univerzální uchopovač Katany se skládá z těla uchopovače a dvou čelistí, které obsahují
infračervené (IR), lokální snímače síly (FS) a mohou obsahovat i snímače vodivosti (CS)
viz obr. č. 9:
Tělo uchopovače
Čelisti
Obr. č. 9: Univerzální uchopovač
Signály jsou předzpracovány přímo mikrokontrolerem čelistí. Digitalizované signály jsou poté
poslány přes konektory k základní desce Katany.
Existují různé druhy čelistí s různou konfigurací senzorů. Firmware uchopovače musí být v souladu
s typem čelistí.
20
7.1.1 Senzorické čelisti: Typ S03.02
Obr. č.10: Typ S03.02
7.1.1.1 Integrované senzory
Čelisti jsou vybaveny následujícími typy senzorů:
• infračervený snímač (IR, viz 7.2.1.)
• snímač síly ( FS, viz 7.2.2.)
Na obrázku č. 10 jsou červenými tečkami označeny umístění infračervených snímačů a zelenými
pak snímačů síly. Snímají po celé délce vnitřní strany čelisti. Dvě červené šipky značí pozici
infračervených snímačů na vnější straně čelistí.
7.1.1.2 Senzor S03.02
Pravá a levá čelist mohou být navzájem zaměněny. Číslovací systém senzorů je založen na levém
a pravém značení na elektronické desce v těle čelistí. Snímače čelistí jsou číslovány následovně:
Číslo
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Druh
IR odraz
IR odraz
Záložní
CS vodivost
IR odraz
IR odraz
Síla
Síla
IR odraz
IR odraz
Záložní
IR odraz
IR odraz
IR odraz
Síla
Síla
Lokalizace
Pravá čelist
Pravá čelist
Pravá čelist
Obě čelisti
Pravá čelist
Pravá čelist
Pravá čelist
Pravá čelist
Levá čelist
Levá čelist
Levá čelist
Tělo čelistí
Levá čelist
Levá čelist
Levá čelist
Levá čelist
Pozice
Vnitřní střední část
Vnitřní přední část
-Zadáno uživatelem
Vnější strana
Přední spodní strana
Vzadu
Vepředu
Vnitřní střední část
Vnitřní přední část
-Střed
Vnější strana
Přední spodní strana
Vzadu
Vepředu
21
Pájený blok na desce každé čelisti slouží k zapojení vodících drátků snímačů vodivosti. Je měřen
odpor odpovídající vodivosti mezi těmito kontakty – jedním na pravé a druhým na levé čelisti.
Obr. č.11: Deska snímání vodivosti
7.2 Snímače
Hodnoty ze snímačů jsou v rozmezí 0-255 (8 bitů). Všechny senzory by měly ukazovat nízké
hodnoty, nejsou-li aktivní a vysoké hodnoty, jsou-li aktivní.
Pro čtení všech snímačů slouží pouze jeden příkaz (více kapitola 8). Ten vrací hodnoty všech
senzorů v pořadí 0-15.
7.2.1 Infračervený snímač
Každá čelist obsahuje čtyři IR snímače: dva na vnitřní straně, jeden vepředu dole a další na vnější
straně. Dva vnitřní senzory – navíc společně s IR senzorem ve středu těla čelistí - jsou převážně
využívány k detekci předmětů.
Jestliže jsou aktivovány přední snímače, slouží k detekci povrchu během pohybu ramene a
otevírání čelistí.
22
Rozdíly v citlivosti infračerveného signálu
v závislosti na povrchu předmětu
Hliník
Zelený předmět
Vzdálenost [mm]
Obr. č.12: Infračervený snímač
Obrázek č.12 znázorňuje činnost IR snímače v závislosti na vzdálenosti objektu (měřeno čelistmi
typu S01.01, větší vzdálenost je možné dosáhnout s typem S03.02) Intenzita signálu závisí na
odrazových vlastnostech povrchu předmětu. Hodnoty znázorňují rozdíl během a mezi vysíláním
infračerveného světla. Signály jsou pulzní (doba trvání cca 1ms), což poskytuje čas k odlišení
infračerveného světla součásti od rušivých emisí okolního světla.
7.2.2 Snímač síly
V čelisti S03.02 jsou integrovány dva snímací body, jeden vzadu a jeden vepředu. Každá síla
působící na čelist aktivuje jeden nebo oba snímací body. Analýzou těchto dvou složek je možné
získat víc informací o rozložení působící síly.
Tento typ snímače dovoluje přesné měření, ale pokud se uchopované součásti podstatně odlišují
kus od kusu, je nutná kalibrace na softwarové úrovni. Rozhraní Katana je dodávano pro základní
(nekalibrované) hodnoty.
23
Čelisti se snímačem síly S03.02: Citlivost
Rozsah
signálu [mV]
Měření 1
Měření 2
Hmotnost / Zatížení [g]
Obr. č.13: Citlivost snímače síly
Signály čelistí typu S03.02 jsou opakovaně platné. Také závislost na rozdílném zatížení je téměř
lineární, což platí pro zátěž až do 500g (přibližně 5N).
7.2.3 Snímač vodivosti
Tento snímač je k dispozici u čelistí typu S01.01 formou červeného vodiče nebo u čelistí typu
S03.02 jako pájený blok na desce (viz obr.č.11) pro levou a pravou čelist zvlášť. Proto není
předem definováno umístění polohy měření a rozhoduje o něm uživatel.
Digitální hodnota
0-34
35-76
77-167
168-209
210-255
Význam
Připojení k vnějšímu napětí (nežádoucí!)
Rozpojený obvod nebo vysoký odpor
Uzavřený obvod, střední odpor
Obvod nakrátko nebo nízký odpor
Externí napětí nebo uzemnění
Obecně hodnota pod 76 znamená materiál s nízkou nebo žádnou vodivostí (nebo je předmět bez
kontaktu). To se vztahuje k odporu 50 až 200 kΩ.
7.3 Uchopovač s pasivním DOF
Jedná se o speciální typ Katana čelistí, které mají pasivní stupeň volnosti. Aby bylo zajištěno, že
uchopený předmět je vždy ve vertikální poloze, musí být během uchopování předmětu dvě
výkyvná uchopovací zařízení paralelně. Toho je dosaženo přidáním ložisek na konec čelistí, na
která je zavěšena hlavní uchopovací část.
24
Obr. č.14: Čelist s pasivním DOF
Na obrázku č.14 jsou znázorněny čelisti s pasivním DOF. Uchopovaný předmět zůstává gravitací
konstantně ve vertikální poloze, nezávisle na úhlu ramene.
Tato verze neobsahuje žádný snímač nebo pouze jeden centrální infračervený senzor. Případné
další senzory jsou řešeny zakázkově.
7.4 Diskový adaptér
Místo čelistí může být na robota namontován tzv. univerzální diskový adaptér viz obr.15.
Na tento adaptér mohou být poté připevněny různé další pracovní nástroje.
Obr. č.15: Rozměry diskového adaptéru
25
7.5 Talířový adaptér pro zákazníkem specifikované
čelisti
Položka číslo
Popis
K274
Univerzální adaptér
K275
Talířový adaptér
Zakázkové čelisti
Poznámka
Je připevněn k robotu Katana. Nesmí se
odšroubovat, protože K274 upevńuje vnitřní
převody v zápěstí robota.
Je připevněn k K274 šrouby (pozice 3) a je
možno ho odmontovat. Přesná poloha adaptéru
je zajištěna pomocí kolíku (pozice 1)
Musí být připevněny k adaptéru K275, do
kterého se zhotoví potřebné závity. Přesné
umístění čelistí zajistí kolík (pozice 2)
26
8 Firmware příkazy
8.1 Nastavení cílové pozice motoru, pozastavení nebo
vypnutí motorů
Příkaz: C,<motor number>,<motor command flag>,<targetposition HighByte>,
<targetposition LowB>
Odpověď: c,<motor number>,<motor status flag>
Požadovaná verze firmware: Slave 1.1+, Master 1.1+
C:
<motor number>:
<motor command flag>:
<targetposition HighB>:
<targetposition LowB>:
<motor status flag>:
Příkaz
Číslo motoru, který by se měl pohnout do požadované cílové pozice
24 pro pohyb, 8 pro pozastavení a 0 pro vypnutí motoru
HighByte ze 16bitové hodnoty enkodéru
LowByte ze 16bitové hodnoty enkodéru
8 pro postavení ve správné pozici, 16 pro pohyb do cílové pozice
Tento příkaz nastavuje cílovou pozici motoru na požadovanou hodnotu. Je-li <motor command
flag> nastaven na 24, bude se motor pohybovat do své cílové pozice. Příkaz podporuje také
vypínání motoru, takže může být motor nastaven rukou. Při hodnotě 8 je robot zafixován
v současné poloze.
8.2 Kalibrace enkodéru (odměřování)
Příkaz: C, <motor number +128>, <motor command flag>, <offset position HighB>,
<offset postion LowB>
Odpověď: c, <motor number+128>, <motor status flag>
C:
<motor number+128>:
<offset position HighB>:
<offset position LowB>:
<motor status flag>:
Příkaz
Kalibrace motoru číslo… +128 k rozlišení od normálního příkazu C
24 pro pohyb, 8 pro fixaci 0 pro vypnutí motoru
8 pro postavení ve správné pozici, 16 pro pohyb do cílové pozice
Tento příkaz slouží k nastavení inkrementálního odměřování. Současná pozice může být vybrána
nastavením offset pozice na požadovanou hodnotu. Tento příkaz se používá ke kalibraci robota.
27
8.3 Zjišťování pozice, rychlosti a provozního cyklu
motoru
Příkaz: D, <motor number>
Odpověď: d, <motor number>, <motor command flag>, <current pos HighB>,
<current pos LowB>, <current velocity HighB>, <currrent velocity LowB>,
<current pwm>
D:
<motor number>:
<current pos HighB>:
<current pos LowB>:
<current velocity HighB>:
<currrent velocity LowB>:
<current pwm>:
Příkaz
Vrátí číslo motoru
24 pro pohyb, 8 pro pozastavení 0 pro vypnutí motoru, 40 motory
zablokovány kvůli kolizi, 88 lineární pohyb dokončen,
152 vyrovnávací paměť pro lineární pohyb je plná
HighByte ze 16bitové hodnoty rychlosti
LowByte ze 16bitové hodnoty rychlosti
současný provozní cyklus (pwm) vztahující se k danému motoru
Příkaz D je používán ke zjištění současných hodnot motoru. Hodnoty, které se vrátí, jsou uloženy
v tabulce v hlavním řídícím programu. Tato tabulka je pravidelně obnovována.
8.4 Zjišťování a nastavení parametrů a limitů
Příkaz: S, <motor number>, <subcommand>,<P1>,<P2>,<P3>
Odpověď: s, <motor number>, <subcommand>, <R1>, <R2>, <R3>
Požadovaná verze firmware:
Slave 1.12+, Master 4.14+
Slave 1.17+ pro podpříkaz 249
Slave 1.21+ pro podpříkaz 7,245
28
Podpříkaz
1
2
3
4
5
6
7
255
254
253
252
251
250
249
245
Funkce
Nastavení parametrů
kontroleru
Nastavení pwm
limitů
Nastavení limitů
rychlosti
Nastavení zrychlení
Nastavení limitu
kolize (16bit)
Nastavení lim. kolize
pro lin.pohyb (16bit)
Nastavení mezních
kolizních limitů
Zjištění parametrů
kontroleru
Zjištění pwm limitů
Zjištění rychlostních
limitů
Zjištění zrychlení
Zjištění limitu kolize
Zjištění lim.kolize u
lin. pohybu
Zjištění, zda je
nainstalován
bootloader
Zjištění mezních
kolizních limitů
<P1>
<P2>
<P3>
<R1>
<R2>
<R3>
kSpeed
kPos
kl
0
0
0
maxppwm
maxnpwm
0
0
0
0
maxpspeed
maxnspeed
0
0
0
0
maxaccel
0
0
0
0
0
limitHIGH
limitLOW
0
0
0
0
limit_linHIGH
limit_linLOW
0
0
0
0
threshold
threshold_lin
0
0
0
0
0
0
0
kSpeed
kPos
Kl
0
0
0
maxppwm
maxnpwm
0
0
0
0
maxpseed
maxnspeed
0
0
0
0
0
0
0
maxaccel
limitHIGH
0
limitLOW
0
0
0
0
0
limit_linHIGH
limit_linLOW
0
0
0
0
Yes(1)No(0)
0
0
0
0
0
threshold
threshold_lin
8.5 Získání označení stavů motorů a pozic současně
Příkaz: N, <subcommand>, <subsubcommand>
Odpověď: n, <R1>, <R2>, <R3>, ,<R4>,<R5>,<R6>,<R7>,<R8>
Požadovaná verze firmware:
N:
<subcommand>:
<subsubcommand>:
<RX>:
1:
2:
3:
Master 1.1+
Master 4.15+ for subcommand 2
Master 4.18+ for subcommand 3
Příkaz
Získáme označení stavů všech motorů současně
Po kolizi, udá číslo motoru, který způsobil kolizi jako první
Získáme pozici všech motorů současně
Dosud nevyužit
Pro podpříkazy 1 a 3 odpověď z motoru X, pro podpříkaz 2 je <R1>
dotazovaným číslem motoru
Hodnoty, které se vrátí jsou uloženy v tabulce v hlavním řídícím programu.
29
8.6 Nastavení parametrů lineárního pohybu
Příkaz: L, <motor number>, <target pos HighB>, <target pos LowB>, <time HighB>,
<time LowB>,<P10>,<P11>,<P12>,<P13>,<P20>,<P21>,<P22>,<P23>,<P30>,<P31>,
<P32>,<P33>,<P40>,<P41>,<P42>,<P43>
Odpověď: l, <motor number>
L:
<motor number>:
<target pos HighB>:
<target pos LowB>:
<time HighB>:
<time LowB>:
<P10.... P43>:
Příkaz
Číslo motoru, ke kterému se parametry vztahují
HighByte z 16bit cílové pozice pohybu
LowByte z 16bit cílové pozice pohybu
HighByte z 16bit času potřebného k dokončení každé sekce. Čas je měřen
po 10ms. Takže 1 znamená 10ms.
LowByte z 16bit času potřebného k dokončení každé sekce. Čas je měřen
po 10ms. Takže 1 znamená 10ms.
16bit koeficienty aproximovaného polynomu 3.stupně. První značí ustálení
pro první sekci, ke které parametry patří.
V Katana4D softwaru je implementován zpětný kinematický algoritmus pro Kanata roboty, který
umožňuje výpočet pozice nelineární funkce pro každý motor postupně, aby mohl robot vykonávat
lineární pohyb v 3D prostoru. Tato funkce je aproximována polynomem 3.stupně, jako například:
Celkový pohyb je získaný rozdělením polynomu na 4 části, ve kterých má polynom odlišné
parametry.
8.7 Spuštění lineárního pohybu
Příkaz: L+128, <subcommand>, <subsubcommand>
Odpověď: l+128,1
L+128:
<subcommand>:
1:
<subsubcomannd>: 0:
1:
2:
Příkaz
Lineární pohyb
Neurčený stav
Po ukončení lin. pohybu je spuštěna jednoduchá polohovací kontrola
k dosažení přesné pozice. Toto je nezbytné, protože výpočty křivek
jsou pouze přibližné.
Motor 6 by měl také vykonávat křivočarý pohyb. Oběcně není motor 6
pro lineární pohyb nezbytný, ale může také opisovat křivku.
Tento příkaz spouští lineární pohyb. Parametry by měly být motoru poslány před použitím tohoto
příkazu. Příkaz je poslán do všech řídících jednotek motoru současně takže jsou spuštěny
synchronizovaně. Ukončení lineárního pohybu je indikováno příkazem (motCommand) 88.
30
6. Elektronika
8.8 Nastavení parametrů jednotlivých křivočarých
pohybů
Příkaz: G,<motor number>, <target pos HighB>, <target pos LowB>, <time HighB>,
<time LowB>, <P10>,<P11>,<P12>,<P13>
Odpověď: g, <motor number>
G:
<motor number>:
<target pos HighB>:
<target pos LowB>:
<time HighB>:
Příkaz pro nastavení parametrů jednotlivých pohybů
Číslo motoru
HighByte z označeného 16-ti bitového integeru kódujícího cílovou pozici
LowByte z označeného 16-ti bitového integeru kódujícího cílovou pozici
HighByte z označeného 16-ti bitového integeru kódujícího dobu trvání
pohybu
<time LowB>:
LowByte z označeného 16-ti bitového integeru kódujícího dobu trvání
pohybu
<P10…P13>:
16-ti bitový koeficient aproximovaného polynomu 3.stupně, který aproximuje
polohu křivky
Pracuje stejně jako lineární pohyb s tím rozdílem, že v tomto případě je posílán pouze jeden a ne
čtyři polynomy.
8.9 Spuštění křivočarého pohybu
Příkaz: G+128,1,<exactFlag>
Odpověď: g+128,1
G+128 :
1:
<exactFlag>:
Příkaz pro spuštění všech motorů současně, výsledkem je křivočarý pohyb
Podpříkaz příkazu G+128. Příkazu L+128 verze 4.00 prozatím nepřísluší
žádný další podpříkaz.
Podpříkaz příkazu L+128. Při 1 PosCntrlMODE se po lineárním pohybu
aktivuje a půjde do přesné koncové polohy. Při 0 se lineární pohyb zastaví
na konci a ukončí se i výpočet pohybu.
Tento příkaz používá obecnou adresu k synchronizaci spuštění všech motorů současně.
31
8.10 Reset Katana mikrokontroleru
Příkaz: R, <motor number>, <FirmwareUploadAfterReset?YES/NO>
Response:
Tento příkaz slouží k resetování vybraného mikrokontroleru. Je-li požadován upload firmware
programu, bude po resetu aktivován zaváděcí program (bootloader).
<motor number>:
Číslo mikrokontroleru (také číslo motoru), který chcete
resetovat.
(Pro reset hlavní řídící desky nastavte 24, pro řídící desku snímačů 15.)
<FirmwareUploadAfterReset>:
1 = Ano / 0 =Ne.
Varování: Jestliže nastavíte FirmwareUploadAfterReset na Ano, software daného mikrokontroleru
bude deaktivován. K obnovení jeho funkce jej musíte opětovně updatovat.
8.11 Vypínání a zapínání detekce kolize
Příkaz: A,<Master:On/Off> ,<Slave:On/Off>
Odpověď: a, 0
<Master: On/Off>:
<Slave: On/Off>:
Pro povolení detekce kolize nastavte 1. Je-li detekce povolena (1)
a jeden motor je zablokován (motCommand = 40), všechny další
motory se zastaví v aktuální poloze.
Pro povolení detekce kolize ve Slave firmware, nastavte 1.
Pokud je ale detekce vypnuta v Masteru, nastavení On/Off na Slave
nemá žádný význam.
Detekce kolize je automaticky aktivována po hlavní kalibraci.
Po kolizi lze motor odblokovat pouze příkazem FreezeMotor!
Detekce kolize může být opětovně aktivována až po uvolnění všech motorů ze zablokovaného
stavu (40).
32
8.12 Odezva
Příkaz: Z
Odpověď: z
Tento příkaz testuje, jestli komunikace s Katanou funguje podle předpokladů. Jestliže obdržíte
odpověď, byla komunikace navázána.
8.13 Čtení identifikační zprávy
Příkaz: Y
Odpověď: y,<identification string>
Text je zapsán v ASCII kódu a je zakončen Carriage Return (ASCII 13) s Newline (ASCII 10)
(charakteristický kód v C jazyce: „\r\n“), ale ne nulovým chrakterem (ASCII 0). Jeho délka musí být
zjištěna z příkazové tabulky, ve verzi 1.1. je to 83 (včetně obou koncových znaků), takže paket
odpovědi se skládá z 84 data bytů (včetně „y“)
Vrácený string bude obsahovat podobné informace jako následující vzor:
“vKatana 24 Katana Arm, Neuronics Inc. Rev. 1.11”
8.14 Čtení Katana příkazové tabulky
Příkaz: X
Odpověď: x,<command table>
Tabulka příkazů je v poli <#> zaznamenána 6 byty. Kažný záznam popisuje jeden příkaz
<address>:
Vlastní adresa Katany (standartně 24, viz Jumper JMP901)
<command_tag>:
Velká písmena na začátku příkazu
<total_length>:
Délka včetně K-Net hlavičky (nepřípustné pro jiné protokoly)
<command_length>:
Velikost dat příkazu v bytech
<answer_length>:
Velikost dat odpovědi v bytech
<ack_tag>:
Na zažátku odpovědi malá písmena
Popis dalších příkazů následuje okamžitě, bez oddělování značkami a opětovného začínání
s adresou. Jestliže Katana podporuje méně než <#> různých příkazů, <command_tag>
nebo <address>, zbývající záznamy obsahují nulu.
<#>:
Počet příkazů záleží na verzi master firmware programu:
4.15 a nižší:
v. 4.16-4.18:
4.19:
20 příkazů
21 příkazů
23 příkazů
33
6. Elektronika
8.15 Čtení dat ze snímačů uchopovače
Příkaz: E,<sensor controller number>
Odpověď: e, <sensor controller number>, <channel 0>,<channel 1>,…,<channel 15>
E:
Příkaz pro získání dat ze snímačů
<sensor controller number>: Ustáleno na 15, jestliže je odpovědí 0, data nebyla ze senzoru
obdržena (např. není připojen žádný senzor)
<channel X>:
Hodnoty od 0 do 255, měření jednoho snímače
8.16 Zjištění verze Master firmwaru
Příkaz: B
Odpověď: b,<version>,<revision>
B:
Příkaz pro zjištění verze
<version>:
Verze
<revision>:
Revize
Může být nyní zobrazeno jako <version>.<revision>
8.17 Zjištění verze Slave firmwaru
Příkaz: V, <motor number>, 32
Odpověď: v, <motor number>, 32, <version>, <subversion>, <subsubversion>, 0, <slavetype>,
0,0,0,0,0
V:
<motor number>:
<version>:
<subversion>:
<sububversion>:
<slavetype>:
Příkaz pro čtení verze firmware ze „slave“ mikrokontrolérů
Číslo motoru (mikrokontroleru), jehož verzi zjišťujeme
Verze
Číslo subverze
Číslo subsub verze
8 pro běžný motor, 10 pro zesílený motor
Nyní může být verze zobrazena jako <version>.<subversion>.<subsubversion>
34
8.18 Zjištění příkazu motoru (motCommand) ze slavu
Příkaz : I, <motor number>
Odpověď: i, <motor number>,<motCommand>
I:
<motor number>:
<motcommand>:
Příkaz pro čtení příkazu motoru
Číslo motoru, jehož příkaz zjišťujeme
Příkaz motoru
Firmware verze může být nyní zobrazena jako <version>.<revision>
Tento příkaz je přesnější, myšleno časově, než N nebo D příkazy, protože slave je dotázán přímo
na okamžitou hodnotu a není závislý na načítání tabulek masteru.
8.19 motCommands – příkazy motoru
0:
8:
24:
40:
88:
152:
motor je vypnut / vypni motor
motor zastaven / zastav motor
motor se pohybuje nebo se pohnul / pohni se
motor zablokván kvůli kolizi / zablokuj motor
lineární nebo polynomický pohyb byl ukončen
vyrovnávací paměť ukládající údaje o pohybu je plná, neposílej další příkaz, dokud se
paměť neuvolní
35
9 Parametry
9 Parametry
9.1 Kinematické parametry
9.1.1 EPC (Encoders per cycle)
Hodnota ECP je potřebná k přepočtu z enkodéru (odměřování) na úhel motoru a zpět. Úhel motoru
je vyžadován pro kinematické výpočty (poloha a Eulerovy úhly)
Motor
M1 (normální)
M1 (zesílený)
M2
M3 (FW < 1.24)
M3 (FW > 1.23)
M4
M5
M6
EPC
51 200
47 488
94 976
94 976
81 408
51 200
51 200
51 200
9.2 Parametry kontroléru
Název
Rychlost
K4D
v +/-
KNI
maxpspeed_nmp,
maxnspeed_nmp
Jednotka
Enc/10ms
Zrychlení
a
maxaccel_nmp
Enc/(10ms)2
Bezpečnostní
limit
PWM
crash_limit_nmp,
Enc
crash_limit_li_nmp
PWM
+/-
Maxpwm_nmp,
maxnpwm_nmp
-
Rozsah Popis
0-180
Max rychlost, které je
dosaženo během běžného
pohybu. Fáze zrychlení trvá až
do dosažení požadované
rychlosti.
0-10
Zrychlení, které je použito pro
výpočet požadovaných hodnot
pro běžný pohyb (ne lineární)
0-216
Je-li chyba polohy větší než
bezpečnostní limit, je
zaznamenána kolize a robot je
zastaven (viz kap. 10)
0-127
Nastavení max. kroutícího
momentu, se kterým motor
bude pracovat. PWM=100 =>
100/127 je maximální
přípustná hodnota momentu.
36
9 Parametry
Název
Kpos
K4D
Kpos
Kspeed
Kspeed Kspeed_nmp
-
Ki
Ki
-
Lineární
rychlost
KNI
Kpos_nmp
Kl_nmp
Jednotka
-
mm/s
Rozsah Popis
0-255
Proporcionální faktor, jakým je
chybná pozice posuzována
kontrolérem.
Upozornění: Velká odchylka
od přednastavené hodnoty
může vést k chybnému
chování.
0-255
Proporcionální faktor, kterým
kontroler vyhodnocuje
rychlostní chybu. Upozornění:
Velká odchylka od
přednastavené hodnoty může
vést k chybnému chování.
0-255
Měřítko pro nedílné součásti.
Nedílné součásti jsou podle
této hodnoty děleny. Pro
zvýšení Ki hodnoty jsou
součásti kontrolerem méně
posuzovány.
20-300 Rychlost v základním
souřadnicovém systému. Je
použita ve výpočtu lineárního
pohybu. Rychlost každého
motoru závisí na pohybové a
rychlostní hodnotě.
37
10 Detekce kolize
10 Detekce kolize
Detekce kolize se skládá ze dvou odličných kontrol:
1. Kontrola chyby pozice
2. Kontrola chyby rychlosti
Jakmile první kontrola zachytí chybu, je aktivována druhá. Jestliže i druhá kontrola zjistí odchylku,
robot je okamžitě zastaven.
10.1 Kontrola chyby pozice
Jakmile je rozdíl mezi požadovanou a okamžitou hodnotou větší než zadaný limit, tzv. kolizní limit,
motory se zastaví.
Podmínka selhání:
Existují dva limity, jeden pro běžný (křivočarý) pohyb a druhý pro lineární.
Příkazy firmware viz kap.8.
Poznámka:
V případě, že pracujete s vyšší zátěží (400-500g), by neměl být limit příliš malý.
Při vysoké hodnotě zrychlení chyba pozice rapidně vzrůstá na začátku pohybu díky příliš malému
výkonu motoru. Abychom se tomuto vyhnuli, může být aktivována kontrola chyby rychlosti.
10.2 Kontrola chyby rychlosti
Jakmile selže kontrola chyby pozice a současná rychlost je nižší než limit, který záleží na
požadované rychlosti, kontrola se nezdaří a motor je zastaven.
Limit je podílem okamžité a požadované hodnoty rychlosti.
Podmínka selhání:
Limit je udáván v procentech.
Jestliže je nastaven na 80, bude zaznamenána kolize jakmile okamžitá hodnota bude nižší než
80% požadované rychlosti.
Stejně jako u chyby pozice existují dva limity. Příkazy pro firmware viz kap.8.
Poznámka:
Tato kontrola rychlosti by měla předejít kolizím v případě, že výkon motoru je příliš malý.
Obecně by se ale neměly vyžadovat pohyby, pro které má motor příliš malý výkon.
38
11 Souřadný systém
11.1 Úvod
Tato kapitola informuje uživatele o různých souřadných systémech robota a o úhlech, které jsou
nezbytné pro orientaci pracovního nástroje.
Pozice nástroje (například uchopovač, přísavka, kamera, atp.) je popsána v jeho TCP (Tool Center
Point). Jedná se o imaginární referenční bod, který je umístěn v důležitém místě nástroje. Pro
popsání pracovní pozice nástroje robota je nutné znát TCP souřadnice a orientaci nástroje.
11.2 Souřadný systém
11.2.1 Úvod
Jsou použity tři souřadné systémy:
Světový souřadný systém
• KW:
• KB:
Souřadný systém základny-podstavce
• KTool: Souřadný systém nástroje
Na obrázku č.16 jsou znázorněny všechny tyto systémy a jejich vzájemné relace.
Obr. č.16: Všechny souřadné systémy
39
11.2.2 Pravidlo pravé ruky
Všechny výše popsané systémy se řídí pravidlem pravé ruky (viz obr. č. 17).
Obr. č.17: Pravidlo pravé ruky
11.2.3 Světový souřadný systém
Světový souřadný systém je systémem neměnným. Je nezávislý na pohybu robota.
Jeho počátek OW může být zvolen uživatelem. Osa +zw je souběžná s gravitací, ale je orientována
opačným směrem.
11.2.4 Souřadný systém základny
Tento systém je závislý na robotu. Jeho počátek určuje výrobce robota.
Tento počátek OB je umístěn v průsečíku rotačních os motoru 1 a 2 (uprostřed kloubu 2).
Osa zB koresponduje s osou rotace motoru 1 a směřuje od podstavce směrem k robotu. Obrázek
18 znázorňuje počátek souřadného systému. Na obrázku je motor 1 mechanicky zastaven, čehož
bylo dosaženo hlavní kalibrací. Osy xB a yB jsou orientovány tak jako na obrázcích 18 a 19.
Při ručním řízení (v Katana4D) a v KNI-demo příkladech kinematiky jsou znázorněné souřadnice
právě v počátcích souřadného systému základny.
40
Obr. č.18: Souřadný systém základny
Obr. č.19: Znázornění x-ové a y-ové osy
41
11.2.5 Souřadný systém nástroje
Počátek OTool je definován pomocí TCP. Poloha a orientace tohoto systému je definována
transformací a rotací souřadného systému základny. Pro orientaci jsou použity Eulerovy úhly.
Osa +ztool vždy směřuje od robota.
Obr. č.20: Souřadný systém nástroje
11.3 Orientace nástroje
11.3.1 Eulerovy úhly
Natáčení souřadného systému nástroje popisují tři Eulerovy úhly (φ,θ,ψ) a souřadný systém
základny.
Jsou použity Z-X-Z Eulerovy úhly.
Skládají se ze tří rotací:
1. Rotace souřadného systému základny KB kolem zB osy pod úhlem φ (fí). Je vytvořen nový
souřadný systém K1. (viz obr. č.21)
2. Rotace systému K1 kolem osy x1 pod úhlem θ (theta). Je vytvořen nový souřadný systém K2. (viz
obr. č.22)
3. Rotace systému K2 kolem osy z2 pod úhlem ψ (psí). Je vytvořen nový souřadný systém
odpovídající souřadnému systému nástroje. (viz obr. č.23)
θ popisuje úhel ztool osy nástroje a z osy souřadného systému základny.
42
Obr. č. 21: Rotace kolem osy zB pod úhlem φ
Obr. č. 22: Rotace kolem osy x1 pod úhlem θ
43
Obr. č. 23: Rotace kolem osy z2 pod úhlem ψ
11.3.2 Speciální případ pro Katana 6M90 M6/T
Pro některé orientace existují vyjímky v přímé kinematice. Ty nastanou, jestliže je zB osa paralelně
k ztool ose (nezávisle na orientaci). Jsou dvě možnosti:
1. θ = 0°, nebo
2. θ = 180°
V tomto případě φ a ψ rotují kolem stejné osy v prostoru. S přímočarým pohybem může být
počítáno jen v případě součtu φ+ψ (pro možnost 1) nebo rozdílu φ-ψ (pro možnost 2). V obou
případěch bude φ nastaveno rovno 0 a ψ nabyde hodnoty součtu nebo rozdílu.
11.4 Přizpůsobení robotům
V této kapitole jsou teoretické informace zmíněné výše uvedeny ve vztahu k hardwaru.
Tabulka určuje, které hodnoty jsou požadovány k řešení problémů inverzní kinematiky. Také je zde
popsáno, který motor (M) ovlivňuje který Eulerův úhel.
44
12 Parametry meření
12 Parametry měření
Úhly vyosení motorů 2, 3 a 4 mohou být určeny jednoduchým způsobem.
V současné době lze tento proces vykonat pouze pracujete-li s programem Katana4D.
1. Upevněte Katana na horizontální
desku a pohněte motorem 1 tak, aby
osa 2 směřovala k vám.
2. Upevněte úhelník za Katanu.
3. Vyrovnání úhlu vyosení
motoru 2
1. Pohněte motorem 2 tak, aby
rameno 1 bylo dokonale
rovnoběžné s vaším
úhelníkem.
2. Zaznamenejte α2 (při ručním
řízení je ve [°])
45
16 Údržba
2. Vypočítejte správný úhel
vyosení motoru 2:
4. Vložte novou hodnotu úhlu do
seznamu parametrů
4. Vyrovnání úhlu vyosení
motoru 3
rovnoběžné s úhelníkem
za robotem
3. Vypočítejte správný úhel vyosení
motoru 3
Analogicky s 3.2
Analogicky s 3.3
seznamu parametrů
5. Vyrovnání úhlu vyosení motoru 4
rovnoběžné s úhelníkem
za robotem
Analogicky s 3.2
46
16 Údržba
3. Vypočítejte správný úhel
vyosení motoru 4
=
4 ,new
4 ,old
−
Analogicky s 3.3
−180 °
4
seznamu parametrů
47
13 Interface
13 Interface
13.1 National Instruments digitální I/O karta
13.1.1 Stručný popis
Komunikace s digitálním vstupem a výstupem PC karty od National Instruments.
13.1.2 Schéma
PC s kartou digitálních
I/O (NI6514)
až:
32 dig. vstupů /
32 dig. výstupů
(<30V, 350 resp. 75mA)
PLC, ventily,
světelné závory
atd.
13.1.3 Výhody a nevýhody
+ Mnoho digitálních vstupů a výstupů
+ Krátké doby zápisu a čtení dat
+ Snadná kontrola „neinteligentních“ zařízení (ventily, světelné závory,…)
- Vyžadována přídavná karta nebo USB box (v závislosti na typu)
13.1.4 Požadavky
• NI
6514 (PCI) nebo NI DAQPad-6015 (USB)
48
13 Interface
13.1.5 Technický popis
Nejčastěji používané řešení je založeno na PCI kartě s 32 I/O, která musí být napájena externě
min. 30V (75mA až 350mA / výstup). S kartou typu NI 6514 je možná doba přístupu 8ms.
Jestliže je k řízení Katany používán notebook, může být použit box NI DAQPad-6015 (8 digitalních
I/O, 16 analog. vstupů, 2 analog. výstupy) nebo NI DAQPad-6016 (32 digitalních I/O, 16 analog.
vstupů, 2 analog. výstupy). Jedná se o externí zařízení, které je k notebooku připojeno přes USB.
13.1.6 Speciální detaily
U boxů NI DAQPad-6015 nebo 6016 (USB) je prozatím možné použít pouze digitální I/O, použití
analogových I/O není podporováno.
Na zakázku může být dodána jiná karta nebo zařízení National Instruments.
13.2 Rozhraní pro textové soubory
Komunikace s textovým dokumentem.
13.2.2 Schéma
Textový soubor
+ Snadné programování
+ Velmi flexibilní využití
+ Nevyžadován žádný přídavný hardware
+ Připojitelný k síti
― Neurčitý čas čtení a zápisu
― Externí systém musí podporovat výměnu souborů
― Musí být zajištěn přístup k souborům (povolen zápis i čtení)
49
13 Interface
13.2.4 Požadavky
Externí systém, který podporuje výměnu souborů
Několik počítačů / procesů otevírá stejný textový soubor a čte či zapisuje do něj. Jeho obsah by
měla být čísla nebo textové znaky.
13.3 Sériová komunikace
Komunikace přes sériovou linku.
13.3.2 Schéma
+ Snadné programování
+ Flexibilita
+ Kontrola několika externích zařízení současně
― Neurčitý čas čtení a zápisu
13.3.4 Požadavky
• Volný COM port
• RS-232 kabel
• Externí systém, který podporuje sériové rozhraní
Po sériovém rozhraní můžete poslat jakékoliv číslo či znak.
50
13 Interface
13.4 Web
Síťová komunikace (Internet / Intranet)
13.4.2 Schéma
Web služby
+ Přímé použití příkazů Katana4D nebo KNI
+ Kompletní kontrola externím systémem
― Pomalá komunikace
13.4.4 Požadavky
• Externí inteligentní systém, který podporuje web-services
• Síťové připojení
Publikované příkazy Katana4D nebo KNI jsou sepsány v XML souboru. Externí systém (který
pracuje např. s Microsoft Visual Studio) může tato data načíst a vykonat příslušné příkazy.
51
16 Údržba
13.5 Siemens S7
Komunikace přes Siemens S7 3xx / 4xx
13.5.2 Schéma
PLC, ventily,
závory atd.
+ Snadná výměna informací mezi softwarem Katana a Siemens S7
― Dlouhé doby zápisu a čtení dat (okolo 45 ms / příkaz)
13.5.4 Požadavky
• Siemens
• Siemens
S7 3xx / 4xx
S7 PC Adapter USB (verze 1.2 a vyšší)
Data z PLC jsou přenášena běžným programovým adaptérem od Siemens. Na straně PC je
adaptér zapojen přes USB port a na PLC přes MPI.
13.5.6 Speciální detaily
Programová nadstavba pro Siemens S7 je k dispozici pouze pro Katana4D software.
Je-li to nezbytné, je možná také podpora Siemens S7 2xx .
52
13 Interface
13.6 Cognex kamera
Komunikace s kamerovým systémem Cognex
13.6.2 Schéma
+ Rychlé visuální rozeznání předmětů
― Vyžadován speciální Cognex software InSight (zaškolení)
13.6.4 Požadavky
• Cognex kamera
• Software InSight
Pro komunikaci Katana4D s programem kamery je vyžadována implementace speciálních příkazů
do Katana4D. Více viz popis příkazů Katana4D.
53
14 Síly
14 Síly
Na následující grafice jsou znázorněny maximální statické síly, které jsou pro Katana stanoveny.
Měřící zařízení: Newtonmetr
Měřící metody: Posloupné zvyšování přírustků síly dokud se Katana nezastaví.
Připomínka: Zaručené zatížení pro všechny konfigurace a směry je 5N.
Zcela natažené rameno
Obr. č.24: Tečná síla
54
14 Síly
Obr. č.25: Radiální a svislá síla (rameno pod úhlem)
Obr. č.26: Radiální a svisla síla (rameno téměř nataženo)
Fr se při nataženém rameni blíží k 0.
Obr. č.27: Svislá síla ( rameno pod úhlem)
*: Tato síla je tolerována pouze pro neperiodické úkoly, kdy je Katana zatížen až na limit.
55
15 Provozní pokyny
15 Provozní pokyny
15.1 Konstrukce
Katana byl zkonstruován pro 24 hodinový provoz. Všechny komponenty byly zhotoveny pro stálé
používání.
Je zcela normální, že se rameno robota mírně zahřívá díky spotřebě elektrické energie v
motorech. Při běžných operacích jsou ramena lehce zahřátá a je možné dotknout se jich rukou.
15.2 Instrukce
Pro bezpečné a správné zacházení s Kanata robotem je důležité dodržet tyto instrukce:
• Zamezte styku Katana se špínou, prachem, párou, kapalinami a drobnými předměty, které by se
mohly dostat dovnitř. Je-li to nezbytné, chraňte robota pomocí ochranného Katana pláště.
• Nezatěžujte Katana hmotností větší než 500g (myšleno uchopovač + zátěž).
• Je-li to možné, zapněte detekci kolize. Byla vyvinuta aby chránila obsluhu i samotné roboty.
Ochranu ale není možné garantovat za všech okolností, záleží na rychlosti, váze, tvarech daného
objektu atd. Jestliže je kolizní ochrana zapnutá, riziko ochrany a poškození je radikálně sníženo.
Jestliže ručně pohybujete robotem, zacházejte s ním opatrně. Neměla by být překročena
maximální povolená rychlost 45°/sec.
Během učení a programování nových úkolů doporučujeme udržovat okolí robota bez jakýchkoliv
předmětů. Pokud Katana obdrží příkaz změnit orientaci uchopovače, mohou se ramena rozevřít
pod velkými úhly, aby mohlo dojít k požadované změně polohy. To platí i pro malou změnu
orientace.
Nezkušení uživatelé musí být informováni o bezpečném zacházení s robotem, aby nedocházelo ke
kolizím a případnému poškození.
Chraňte Katana elektroniku před přepětím a elektromagnetickým zářením.
Nikdy sami nedemontujte Katana roboty nebo jiné Neuronics výrobky. Tyto práce mohou
provádět pouze pracovníci s příslušným certifikátem, vyškolení firmou Neuronics.
Jakýmkoliv zásahem jiné osoby se stává záruka neplatnou.
56
16 Údržba
16 Údržba
Během záruční doby nepotřebuje Katana žádnou údržbu, je-li s ním zacházeno podle výše
uvedených pokynů.
Záruční doba pro jednosměnný provoz je 2 roky, pro dvousměnný provoz jeden rok.
Po uplynutí této doby doporučujeme provést servisní kontrolu. Ta je prováděna vyškoleným
technickým pracovníkem s certifikací společnosti Neuronics. Servis zahrnuje rozmontování,
vyčištění, kontrolu a výměnu opotřebených součástí.
Jakýmkoliv zásahem jiné osoby je ukončena záruka!
16.1 Mazání
Obecně není mazání potřebné. Převodovky a ložiska mají trvalou náplň maziva.
16.2 Vytváření tepla
V průběhu operací se mohou spoje mezi klouby a dalšími součástmi zahřívat. Tento jev je zcela
běžný a je způsoben vytvářením tepla elektronikou a motory.
57
17 Certifikace
17 Certifikace
17.1 Bezpečnostní koncept
Koncepce Katana byla vyvinuta s ohledem na maximální možnou ochranu lidí před zraněním.
Konstrukce je taková, že člověk nemůže být Katana robotem vážně zraněn, což zahrnuje:
• síla motorů je omezena
• je limitována rychlost motorů
• ochranná zařízení, detekce kolize
• zaoblení všech částí, měkké kryty kloubů
• elektromagnetická kompatibilita
Na základě těchto bezpečnostních aspektů může být Katana označen že „není obecně
nebezpečný“.
Varování:
Bezpečnostní koncept nezahrnuje zakázkové uchopovače a jiné speciální součásti, které jsou na
Katana roboty namontovány nebo jím neseny.
Tento koncept byl otestován a vyhodnocen asociací Electrosuisse, Association for Electrical
Engineering, Power and Information Technologies.
Viz samostatný dokument „Certificates.pdf“.
17.2 EU deklarace
Katana je v souladu s následujícími standarty a normami:
• EN 292-1 a EN 292-2
• EN 12100-1 a -2
• EN 1050
• ISO 14121
• EN 61010-2-81 dodatek
• EN 61000
• EN 61326
AA
Více viz samostatný dokument „Certificates.pdf“.
58
16 Údržba
POZNÁMKY:
59
18 Kontakt
18 Kontakt a podpora
Výrobce:
Telefon:
e-mail:
Neuronics AG, Švýcarsko
(+41) 44 445 15 30
[email protected]
Distributor pro ČR a Slovensko:
Telefon:
e-mail:
EXACTEC
(+420) 485 151 447
[email protected]
www.exactec.com
60
19 Záruka
19 Záruka
Všeobecné dodací a obchodní podmínky
1. Platnost
Tyto všeobecné podmínky se plně vztahují ke všem našim nabídkám, prodeji a dodávce zboží,
pokud tomu není jinak na základě písemné dohody.
2. Nabídky
Množství, ceny a dodací lhůty stanoveny v našich nabídkách jsou předběžné a nezávazné.
Všechny přiložené technické dokumeny, kresby, ilustrace a další zůstávají naším výhradním
majetkem. Bez našeho písemného souhlasu nesmí být kopírovány ani projednávány s třetí osobou
ani být využity pro konstrukci zboží. Platnost naší nabídky je 3 měsíce, není-li stanoveno jinak.
3. Ceny
Není-li stanoveno jinak, jsou všechny ceny EXW (bez dopravy) a nezahrnují DPH.
4. Doba splatnosti
Není-li stanoveno jinak, měla by být platba provedena do 30 dnů od data fakturace. Jestliže je
platba opožděna více než 10 dní, měl by být objednavatel připraven zaplatit bez předchozího
formálního upozornění za zpožděnou platbu.
5. Doprava a balení
Balení je účtováno samostatně, jestliže není smluveno v nabídce jinak. Výhody a rizika spojená s
dodávkou zboží, přechází na kupujícího nejpozději v den odeslání od dodavatele, a to i v případě,
že je doprava placena předem. Pojištění je poskytováno pouze na zvláštní přání zákazníka a je
připočítáno k faktuře.
6. Dodací lhůta
Dodací lhůta začíná dnem obdržení závazné objednávky. Snažíme se tuto dobu striktně dodržet.
V případě opoždění dodávky nemá objednavatel právo požadovat odškodnění nebo stornovat
objednávku.
7. Reklamace
Reklamace musí být podána písemnou formou do 10 dnů po obdržení zboží. Reklamace a
stížnosti týkající se přepravy musí směřovat přímo k dopravci.
8. Konzultace
Písemné či ústní informace jsou poskytovány v dobré víře avšak bez záruky, obvzláště s ohledem
na doporučenou aplikaci.
61
16 Údržba
9. Záruka
Záruční doba je 12 měsíců (2-3 směnný provoz) od data odeslání.
Během záruční doby zabezpečujeme opravu či výměnu některých částí zboží, které jsou
prokazatelně zničeny nebo nepoužitelné díky použitému materiálu, chybné konstrukci nebo špatné
výrobě. Záruka je neplatná jestliže jsou na zařízení provedeny změny třetí stranou nebo do vztahu
vstoupil někdo, kdo není skutečným účastníkem smlouvy. Záruka se nevztahuje na poničení
špatnou údržbou, nesprávnou montáží nebo zacházením, nedodržováním daných instrukcí nebo
jiným poškozením zákazníkem.
Náklady záruční opravy budou uhrazeny pouze v případě, že poškozené zařízení nebo části jsou
vyplaceně dopraveny na adresu výrobce. Zákazník nemá nárok požadovat náhradu škody za
poničené zboží.
10.
Kompetence a oblast působnosti
Oblast právní působnosti je CH-8005 Zurich. Vyhrazujeme si právo odvolat se na příslušný soud
zákazníka.
62

Katana - EXACTEC

Transkript

Podobné dokumenty

QEMU - Hippo

brožuře - AXIMA, spol. s ro