Описание лабораторных работ (задание на выполнение лабораторных работ) по курсу «Роботы и робототехника»
Лабораторная работа 1
Знакомство со структурой механизмов манипуляционных роботов на примере робота-манипулятора Kawasaki FS003N
Задание:
Познакомиться с техникой безопасности при работе с промышленными роботами-манипуляторами на основе соответствующего руководства.
Познакомиться с основными кнопками панели управления, пульта ручного управления, с основными командами интерактивного дисплея пульта ручного управления.
Познакомиться с правилами программирования робота-манипулятора Kawasaki – при блочном программировании и при программировании с использованием языка AS, познакомиться с основными командами и принципами программирования языка AS.
Познакомиться с основными ошибками, возникающими при работе с роботом-манипулятором, с принципом работы и выставлением нуля датчиков поворота в сочленениях робота-манипулятора.
Познакомиться с аппаратной частью контроллера D70 робота-манипулятора Kawasaki FS03N, правилом работы с платой дискретного ввода-вывода, возможностями её электропитания, а также функциями основных перемычек «jumper»-ов контроллера D70.
Лабораторная работа 2
Изучение позиционирования схвата робота-манипулятора с использованием метода однородных преобразований
Задание: Известна траектория инструмента робота-манипулятора относительно детали в системе координат детали. Положение детали заранее точно не известно. По меткам, расположенным на детали и распознаваемым системой технического зрения, необходимо восстановить положение детали и пересчитать траекторию движения инструмента в абсолютной системе координат робота-манипулятора. Затем необходимо составить программу прохождения полученной траектории на языке AS и проверить правильность расчётов путём выполнения программы.
Лабораторная работа 3
Исследование команд языка AS для организации ветвлений программы движения робота
Задание:
Изучить назначение, правила и принципы работы PC программ языка AS робота Kawasaki.
Реализовать совместную работу группы роботов Kawasaki по переносу деталей от первого робота к четвёртому – сначала в виде схемы из конечных автоматов, затем в виде программ движения и PC-программ языка AS, затем в виде реального движения роботов под управлением составленных программ.
Изучить принципы и соответствующие команды организации ветвления при выполнении программ языка AS.
Лабораторная работа 4
Использование среды моделирования промышленных роботов PC-Roset для аналитического программирования роботов-манипуляторов
Описание: Среда 3D имитационного моделирования промышленных роботов и окружающей их обстановки является эффективным средством удешевления, убыстрения, избавления от возможных ошибок и предварительной проработки при проектировании робототехнических линий. В случае роботов Kawasaki одной из таких программ является PC-Roset. Использование подобных программных средств требует определённых навыков, которые во многом являются типовыми для подобного программного обеспечения у разных разработчиков роботов. Изучение среды PC-Roset на примере выполнения конкретной задачи и обучает студентов этим навыкам. При этом в данной лабораторной работе использован инверсный подход: Обычно разработка программного обеспечения для робототехнической линии производится как раз в подобной виртуальной среде моделирования, затем, по окончании этой работы, производится закупка необходимого оборудования (в том числе роботов), и полученное программное обеспечение переносится и доводится на реальной робототехнической линии. В данной работе студенты переносят созданную ими ранее программу для реальных роботов в виртуальную среду и проверяют её работоспособность. Целесообразность этого метода обучения вызвана необходимостью навыков работы с реальным роботом/группой роботов, необходимостью знания «тонких мест» и особенностей программирования перед тем, как выполнять разработку в виртуальной среде.
Задание: С помощью программы PC-Roset промоделировать совместную работу группы из четырёх роботов Kawasaki FS03N по переносу деталей из позиции рабочего пространства крайнего робота в позицию рабочего пространства другого крайнего робота. Для чего:
– создать в среде PC-Roset рабочее пространство из четырёх роботов Kawasaki FS03N с расположением роботов относительно друг друга аналогичным расположению реальных образцов роботов.
– синхронизировать программное обеспечение роботов-манипуляторов виртуальной и реальной среды.
– произвести коммутацию роботов-манипуляторов в среде PC-Roset (коммутацию плат дискретных вводов-выводов) согласно коммутации имеющихся соединительных кабелей.
– запустить групповую работу роботов в виртуальной среде.
Лабораторная работа 5
Программная и аппаратная интеграция среды LabView в робототехнический комплекс из 4-х роботов Kawasaki FS003N
Задание:
Выполнить серию из 3-х заданий руководства LabView getting started.
В среде LabView создать программу по выводу каждую секунду на 8 дискретных выходов целого числа, представленного в бинарном виде (сначала 8 дискретных выводов представить лампочками во Front Panel, затем изменить программу под вывод на блок ввода-вывода USB EasyPort и проверить её, подключив к компьютеру данный блок).
Собрать схему – ПК, блок USB ввода-вывода EasyPort, разводочная коробка, кабели подключения к роботам Kawasaki, платы дискретного ввода-вывода робота/ов Kawasaki.
Используя среду LabView и пульт ручного управления Kawasaki проверить коммутацию собранной схемы, посылая и принимая между ПК и роботом Kawasaki дискретные сигналы.
Лабораторная работа 6
Имитационное моделирование части робототехнической линии сетями Петри в среде графического программирования LabView
Задание:
Разработать сеть Петри, моделирующую конечные автоматы движения группы из 4-х роботов Kawasaki и их управления в задаче переноса деталей от первого к четвёртому роботу. Пронумеровать вершины-позиции и вершины-переходы, таблично оформить работу переходов по данному преподавателем образцу.
Оформить получившийся двудольный граф в удобном графическом редакторе (например, в PainBrush) без прорисовывания меток и вершин-переходов. Вставить получившийся рисунок в окно FrontPanel вновь созданной программы среды LabView.
Разработать в среде LabView виртуальный инструмент, моделирующий работу одного перехода сети Петри.
Дополнить программу в среде LabView заданием начальных данных, циклом работы переходов, графической индикацией – метками в вершинах-позициях (круглые лампочки-индикаторы), вершины-переходы (прямоугольные лампочки-индикаторы).
Отладить полученную программу
Лабораторная работа 7
Реализация части робототехнической линии на базе 4-х промышленных роботов Kawasaki FS003N под управлением персонального компьютера – ПК – (с логикой на конечных автоматах в среде LabView)
Задание:
В рамках задачи переноса деталей от первого робота-манипулятора к четвёртому:
– Разработать и реализовать конечные автоматы управления группой роботов Kawasaki в среде LabView.
– Разработать программы на языке AS, реализующие конечные автоматы движения и обработки сигналов для роботов Kawasaki.
– Объединить ПК, блок ввода-вывода USB EasyPort, кабели и контроллеры роботов Kawasaki.
– Поэтапно запускать робототехническую линию из 4-х роботов Kawasaki под управлением ПК: начиная с одного крайнего робота Kawasaki и ПК (для чего использовать программу «заглушку» на соседнем роботе Kawasaki, позволяющую посылать в ручном режиме и обрабатывать синхросигналы без организации движения данного робота).
