RO129121B1 - Sistem pentru programarea traiec- toriilor de mişcare ale articulaţiilor unui braţ robotic - Google Patents

Sistem pentru programarea traiec- toriilor de mişcare ale articulaţiilor unui braţ robotic Download PDF

Info

Publication number
RO129121B1
RO129121B1 RO201300482A RO201300482A RO129121B1 RO 129121 B1 RO129121 B1 RO 129121B1 RO 201300482 A RO201300482 A RO 201300482A RO 201300482 A RO201300482 A RO 201300482A RO 129121 B1 RO129121 B1 RO 129121B1
Authority
RO
Romania
Prior art keywords
robotic arm
real
virtual
programming
articular
Prior art date
Application number
RO201300482A
Other languages
English (en)
Other versions
RO129121A0 (ro
Inventor
Aurel Fratu
Original Assignee
Universitatea "Transilvania" Din Braşov
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universitatea "Transilvania" Din Braşov filed Critical Universitatea "Transilvania" Din Braşov
Priority to RO201300482A priority Critical patent/RO129121B1/ro
Publication of RO129121A0 publication Critical patent/RO129121A0/ro
Publication of RO129121B1 publication Critical patent/RO129121B1/ro

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Numerical Control (AREA)

Description

Invenția se referă la un sistem de programare a roboților prin combinarea tehnicilor de programare off-line și on-line.
Se cunosc metode de programare a brațelor robotice prin tehnica on-line având la baza diferite implementări care presupun învățarea traiectoriilor articulare ce urmează a fi realizate de acesta în exploatare. Învățarea se face prin conducerea manuală a brațului robotic fizic real, prin acțiunea directă a operatorului uman sau cu ajutorul unor dispozitive specifice (joystick, teach pendant sau replici master) și înregistrarea de secvențe de mișcare care urmează să fie reproduse de către brațul robotic fizic real în regimul automat de funcționare. Această tehnică are dezavantajele unei productivități reduse deoarece pentru a obține o precizie mărită a traiectoriilor de mișcare se fac mai multe încercări și astfel robotul va fi ocupat cu activități de programare.
Se cunosc metode de programare textuală a roboților prin tehnica off-line care presupun întocmirea unui program robot, de obicei, într-un limbaj specific de programare (Agent Modeling Language (AML), ABB Rapid etc.) care sintetizează sarcina robotică de realizat printr-o succesiune de comenzi de tip text. Această tehnică are dezavantajul major legat de operațiile costisitoare de calibrare necesare la implementarea programului sursa pe robot în vederea eliminării abaterilor dintre datele considerate în mediul de programare și cele din mediul real robot.
Se cunosc sisteme automate de programare a roboților bazate pe metode de programare demonstrativă prin imitarea structurilor biologice. Programarea automată demonstrativă presupune secvențierea acțiunilor robotului și dezvoltarea de demonstratori pentru acțiuni simple urmată de combinarea acestora.
Scopul invenției este obținerea unui sistem de programare bazată pe metoda de programare demonstrativă prin care brațului robotic fizic real va imita comportamentul brațului robotic virtual creat off-line pe o platformă de programare.
Problema tehnică pe care o rezolvă invenția este de a programa prin demonstrare un braț roboic real, folosind ca demonstrator prototipul său virtual, brațul robotic virtual.
Sistemul hibrid pentru programarea traiectoriilor de mișcare ale articulațiilor unui braț robotic real constituit din:
- platforma de programare având structura hardware, sistem de operare, limbaj de programare, interfață grafică, pe care se întocmește off-line un program robot, scriind cod sursă într-un limbaj de programare și obținând apoi cod mașina după compilare, realizânduse prototipul virtual al brațului robotic, platforma de programare transmițând în registrele de date ale portului structurii hadware, valorile numerice, în cod binar, ale variabilelor articulare ale prototipului braț robotic virtual calculate prin programul robot;
- interfața numerică prin care se transferă on-line, pe baza unui protocol, datele stocate în registrele de date al portului structurii hardware în registrele de date ale controlerelor axelor motoare ale brațului robot-real, aceste valori numerice constituind mărimile de referință ale buclelor automate de urmărire pentru o variabilă articulară rotoidă și de control a mișcării actuatorilor din axelor motoare ale articulațiile brațului robotic real, conform invenției, are platforma de programare care realizează și:
- prototipul virtual al spațiului de lucru cu obstacole în care operează brațul robotic real;
- optimizarea, în sensul evitării obstacolelor în timpul realizării sarcinii robotice, a traiectoriilor de mișcare ale prototipului virtual, afișate prin imagini video pe o interfață grafica cu utilizatorul IGU;
- mișcările brațului robotic virtual, care sunt reproduse de brațul robotic real în spațiul1 de lucru real cu constrângeri, obținându-se astfel structuri de urmărire automată a traiectoriilor de mișcare ale articulațiilor brațului robotic virtual, și care sunt reproduse de către3 articulațiile brațului robotic real în spațiul de lucru real cu constrângeri robotul real imitând comportamentul optimizat al prototipului sau virtual.5
Conform unui alt aspect al invenției, bucla automată de urmărire pentru o variabilă articulară rotoidă conține un traductor numeric de poziție montat în articulația rotoidă a 7 brațului robotic real, traductor care furnizează unui bloc comparatoar numeric valoarea numerică în cod binar 2r(t), unde k este numărul de biți utilizați pentru reprezentarea mărimii, 9 a variabilei articulare 2v(t) funcție de timp, și apoi transmisă prin intermediul unui bloc adaptor convertor blocului comparatoar numeric (BCN) care va compara valoarea numerică în cod 11 binar 2v(k), a variabilei articulare 2v(t) a articulației rotoide a brațului robotic virtual preluată din registrul tampon al interfeței numerice, cu valoarea numerică în cod binar 2r(k), a varia- 13 bilei articulare reale 2r(t), rezultând eroarea de urmărire în cod binar cu(k) ce va fi prelucrată de un microcontroler (pC) care va comanda, în sensul anulării erorii de urmărire, prin 15 intermediul unui contactor static , un actuator electric plasat în articulația rotoidă a brațului robotic real, parametrii de control ai buclei fiind parametrii unui sistem automat care asigură 17 o eroare de urmărire aproape de valoarea zero și o stabilitate robustă.
Sistemul, conform invenției prezintă următoarele avantaje: 19
- permite programarea off-line a traiectoriilor de mișcare, nefiind necesară ocuparea robotului cu activități de programare; 21
- oferă operatorului programator informațiile necesare optimizării traiectoriilor articulare (prin monitorizare vizuală în sensule evitării coliziunilor) la nivelul prototipului braț 23 robotic virtual în spațiul de lucru virtual, și astfel robotul real - care imită comportamentul robotului virtual - va evita coliziunea cu obstacolele existente în spațiul de lucru real; 25 - aplicabilitate pentru programarea creativă și versatilă a traiectoriilor articulare ale oricărui tip de braț robotic; 27
- aplicabilitate la determinarea prealabilă, cu cost relativ redus, a triectoriilor de mișcare în spațiul de lucru virtual pentru diferite sarcini robotice.29
Se dă în continuare un exemplu de aplicare a sistemului, conform invenției, în legătură cu fig. 1 și fig. 2 care reprezintă:31
- fig. 1. schema de principiu a sistemului de programare pentru un braț robotic parti- cular cu trei articulații rotoide (trei grade de libertate);33
- fig. 2. schema bloc a unei bucle de urmărire automată pentru mișcarea de rotație.
Conform invenției, în scopul programării traiectoriilor de mișcare ale articulațiilor unui35 braț robotic real, într-o primă etapă, folosind o platformă de programare un operator programator scrie off-line un program robot și generează, într-un mediu informatic, prototipul37 virtual al brațului robotic real ce urmează a fi programat și prototipul virtual al spațiului de lucru real cu constrângeri (obstacole) fizice, în care acesta trebuie să lucreze; într-o a doua 39 etapă, în programul robot se scrie cod sursa care va sintetiza traiectoriile de mișcare ale articulațiilor exprimate prin variabilele articulare - funcții de timp - ale prototipului braț robotic 41 virtual, sistemul informatic generând cod mașina și afișând pe o interfață grafică, prin imagini video, comportamentul prototipului braț robotic virtual în timpul realizării unei sarcini robotice 43 specifice în spațiul de lucru virtual cu constrângeri (obstacole) virtuale - în care coliziunile sunt admise/permise - și oferind astfel operatorului programator informațiile necesare opti- 45 mizării traiectoriilor sintetizate (programate) folosind diferite scenarii; transmițând, într-o a treia etapă, valorile numerice - în cod binar - ale variabilelor articulare optimizate ale 47 prototipului braț robotic virtual, în registrele de date ale unui port al sistemul informatic; iar într-o a patra etapă, folosind o interfață numerică se transferă on-line valorile numerice - în cod binar - ale variabilelor articulare ale prototipului braț robotic virtual din registrele de date ale portului sistemul informatic, în registrele de date ale blocurilor comparatoare numerice din buclele de urmărire constituite pentru fiecare axă motoare din articulațiile brațului robotic real; aceste valori numerice constituind mărimile de referință ale buclelor de control individual al actuatorilor axelor motoare din articulațiile brațului robotic real; obținându-se, în ultima etapă, structuri automate de tip buclă de urmărire a traiectoriilor de mișcare optimizate ale articulațiilor brațului robotic virtual de către articulațiile brațului robotic real, acestea din urmă vor imita gesturile (mișcările) brațului robotic virtual, generând mișcare în spațiul de lucru real evitând coliziunea cu obstacolele fizice reale.
Sistemul pentru programarea triectoriilor de mișcare ale articulațiilor unui braț robotic real, conform metodei de mai sus, este formată dintr-o platformă de programare - constituită la rândul ei dintr-o structură hardware, un sistem de operare, un limbaj de programare, o interfață grafică - pe care se întocmește off-line un program robot, scriind cod sursa în limbajul de programare și obținând apoi cod mașina după compilare, generându-se astfel prototipul virtual al brațului robotic real (brațul robotic virtual) și prototipul virtual al spațiului de lucru real (spațiul de lucru virtual) în care acesta operează; prin programul robot sunt sintetizate și optimizate traiectoriile de mișcare (variabilele articulare) ale brațului robotic virtual pentru o sarcină robotică specifică și sunt transmise - ca valori numerice binare - în registrele de date ale unui port al structurii hardware; o interfață grafică cu utilizatorul pe care se afișează (vizualizează) evoluția (funcționarea) prototipului braț robotic virtual în timpul realizării sarcinii robotice specifice; o interfață numerică tampon prin care se transferă online, pe baza unui protocol, datele stocate în registrele de date ale portului structurii hardware în registrele de date ale unor blocuri comparatoare numerice și constituie mărimile de referință ale buclelor de control a mișcării actuatorilor axelor motoare din articulațiile brațului robotic real; un sistem de control care conține blocurile comparatoare numerice, blocurile adaptoare-convertoare, microcontrolere, blocurile contactoare statice, care împreună cu actuatorii electrici și traductoarele de poziție ale axelor motoare din articulațiile brațului robotic real, formează buclele de urmărire automată pentru articulațiile brațului robotic real; traiectoriile de mișcare ale articulațiilor brațului robotic virtual realizate în mediul virtual și afișate prin imagini video pe interfața grafică vor fi reproduse în spațiul de lucru real de către articulațiile brațului robotic real.
Conform exemplului de realizare prezentat în figuri, pe platforma de programare PLP se realizează prototipul virtual al brațului robotic real ce urmează a fi programat și prototipul virtual al spațiului de lucru real în care acesta operează. Prototipul braț robotic virtual BRV și spațiul de lucru din mediul virtual sunt afișate pe interfața grafică, IGU a platformei de programare. În această etapă operatorul programator are posibilitatea să testeze și să optimizeze în mediul virtual comportamentul (traiectoriile de mișcare ale) brațului robotic virtual în sensule evitării coliziunilor - modificând programul (scriind cod sursa) în mod corespunzător - pentru diferite sarcini robotice, după diferite scenarii.
Traiectoriile de mișcare - exprimate prin variabilele articulare funcții de timp - ale articulațiilor rotoide ale prototipului braț robotic virtual BRV, sintetizate prin programul robot, vor fi înscrise în registrele unui port de ieșire al sistemului informatic. Valorile numerice - în cod binar - ale variabilelor articulațiilor rotoide (articulare) optimizate ale prototipului braț robotic virtual BRV din registrele de date al portului de ieșire al sistemului informatic sunt transferate în registrele de date tampon ale interfeței numerice IN. Din registrele tampon datele sunt transferate - prin program - în registrele blocurilor comparatoare numerice BCN ale buclelor de urmărire pentru mișcarea de rotație din sistemul de control SC. Valorile 1 numerice din registrele blocurilor comparatoare numerice reprezintă mărimile de referință ale buclelor de urmărire pentru mișcarea de rotație constituite prin sisteml de control SC, pentru 3 articulațiile rotoide ARR1, ARR2, ARR3 ale brațului robotic real BRR.
Controlul mișcării din articulațiile brațului robotic real este asigurat de către buclele 5 standard de control automat în regim de urmărire; fiecare buclă conținând un bloc comparator numeric, un microcontroler, un bloc contactor static, un actuator electric, un traductor 7 de poziție și un bloc adaptor - convertor.
Pentru o variabilă articulară rotoidă, bucla automată de urmărire conține un traductor 9 numeric de poziție TP montat în articulația rotoidă ARR a brațului robotic real BRR. Valoarea numerică în cod binar 2r(k) - unde k este numărul de biți utilizați pentru reprezentarea mărimii 11
- a variabilei articulare reale 2r(t) funcție de timp, furnizată de traductorul numeric de poziție TP este transmisă prin intermediul unui bloc adaptor convertor BAC, blocului comparatoar 13 numeric BCN. Blocul comparator numeric BCN va compara valoarea numerică în cod binar 2v(k), a variabilei articulare 2v(t) a articulației rotoide a brațului robotic virtual, preluată din 15 registrul tampon RT al interfeței numerice IN, cu valoarea numerică în cod binar 2r(k), a variabilei articulare reale 2r(t). Mărimea numerică în cod binar a erorii de urmanre, cu(k) va 17 fi prelucrată de microcontrolerul :C care va comanda - în sensul anulării erorii de urmărire prin intermediul contactorului static BCS, actuatorul electric ACT plasat în articulația rotoidă 19
ARR a brațului robotic real BRR.
Bucla automată de urmărire va acționa în sensul anulării erorii de urmărire și astfel 21 va asigura că variabila articulară - funcție de timp - 2r(t), a articulației rotoide a brațului robotic real să urmărească variabila articulară - funcție de timp - 2r(t), a articulației rotoide a brațului 23 robotic virtual.
Revendicări

Claims (2)

  1. Revendicări
    1. Sistem hibrid pentru programarea traiectoriilor de mișcare ale articulațiilor unui braț robotic real constituit din:
    - platforma de programare (PLP) având structura hardware, sistem de operare, limbaj de programare, interfață grafică, pe care se întocmește off-line un program robot, scriind cod sursă într-un limbaj de programare și obținând apoi cod mașina după compilare, realizânduse prototipul virtual al brațului robotic, platforma de programare (PLP) transmițând în registrele de date ale portului structurii hadware, valorile numerice, în cod binar, ale variabilelor articulare ale prototipului braț robotic virtual (BRV) calculate prin programul robot;
    - interfața numerică (IN) prin care se transferă on-line, pe baza unui protocol, datele stocate în registrele de date al portului structurii hardware în registrele de date ale controlerelor axelor motoare ale brațului robot-real (BRR), aceste valori numerice constituind mărimile de referință ale buclelor automate de urmărire pentru o variabilă articulară rotoidă și de control a mișcării actuatorilor din axelor motoare ale articulațiile brațului robotic real (BRR), caracterizat prin aceea că, platforma de programare (PLP) realizează și:
    - prototipul virtual al spațiului de lucru cu obstacole în care operează brațul robotic real;
    - optimizarea, în sensul evitării obstacolelor în timpul realizării sarcinii robotice, a traiectoriilor de mișcare ale prototipului virtual, afișate prin imagini video pe o interfață grafica cu utilizatorul IGU;
    - mișcările brațului robotic virtual, care sunt reproduse de brațul robotic real în spațiul de lucru real cu constrângeri, obținându-se astfel structuri de urmărire automată a traiectoriilor de mișcare ale articulațiilor brațului robotic virtual, și care sunt reproduse de către articulațiile brațului robotic real în spațiul de lucru real cu constrângeri robotul real imitând comportamentul optimizat al prototipului sau virtual.
  2. 2. Sistem hibrid pentru programarea traiectoriilor de mișcare ale articulațiilor unui braț robotic real, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, bucla automată de urmărire pentru o variabilă articulară rotoidă conține un traductor numeric de poziție (TP) montat în articulația rotoidă (ARR) a brațului robotic real (BRR), traductor care furnizează unui bloc comparatoar numeric (BCN) valoarea numerică în cod binar 2r(t), unde k este numărul de biți utilizați pentru reprezentarea mărimii, a variabilei articulare 2v(t) funcție de timp, și apoi transmisă prin intermediul unui bloc adaptor convertor (BAC) blocului comparator numeric (BCN) care va compara valoarea numerică în cod binar 2v(k), a variabilei articulare 2v(t) a articulației rotoide a brațului robotic virtual (BRV) preluată din registrul tampon (RT) al interfeței numerice (IN), cu valoarea numerică în cod binar 2r(k), a variabilei articulare reale 2r(t), rezultând eroarea de urmărire în cod binar cu(k) ce va fi prelucrată de un microcontroler (pC) care va comanda, în sensul anulării erorii de urmărire, prin intermediul unui contactor static (BCS), un actuator electric (ACT) plasat în articulația rotoidă (ARR) a brațului robotic real (BRR), parametrii de control ai buclei fiind parametrii unui sistem automat care asigură o eroare de urmărire aproape de valoarea zero și o stabilitate robustă.
RO201300482A 2013-06-28 2013-06-28 Sistem pentru programarea traiec- toriilor de mişcare ale articulaţiilor unui braţ robotic RO129121B1 (ro)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RO201300482A RO129121B1 (ro) 2013-06-28 2013-06-28 Sistem pentru programarea traiec- toriilor de mişcare ale articulaţiilor unui braţ robotic

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RO201300482A RO129121B1 (ro) 2013-06-28 2013-06-28 Sistem pentru programarea traiec- toriilor de mişcare ale articulaţiilor unui braţ robotic

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RO129121A0 RO129121A0 (ro) 2013-12-30
RO129121B1 true RO129121B1 (ro) 2021-11-29

Family

ID=49769853

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RO201300482A RO129121B1 (ro) 2013-06-28 2013-06-28 Sistem pentru programarea traiec- toriilor de mişcare ale articulaţiilor unui braţ robotic

Country Status (1)

Country Link
RO (1) RO129121B1 (ro)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3287861A1 (en) 2016-08-24 2018-02-28 Siemens Aktiengesellschaft Method for testing an autonomous system

Also Published As

Publication number Publication date
RO129121A0 (ro) 2013-12-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108568818B (zh) 机器人的控制系统和方法
US11331803B2 (en) Mixed reality assisted spatial programming of robotic systems
US11220002B2 (en) Robot simulation device
US8694296B2 (en) Method and apparatus for integrated simulation
CN105479468B (zh) 一种远程机器人运动控制器
Calandra et al. Digital twin-and extended reality-based telepresence for collaborative robot programming in the 6G perspective
KR101876845B1 (ko) 로봇 제어 장치
CN104699122A (zh) 一种机器人运动控制系统
JP2024003150A (ja) シミュレーション装置、シミュレーションプログラムおよびシミュレーション方法
CN119304909B (zh) 一种“人-机-数”三元一体的机器人遥操作与数据采集系统及方法
CN107443379A (zh) 一种基于仿真数据的机械臂运动控制方法
Thoo et al. Online and offline robot programming via augmented reality workspaces
JP2022538115A (ja) 統合された物理的環境および模擬された環境でロボットシステムを試験するための方法およびシステム
RO129121B1 (ro) Sistem pentru programarea traiec- toriilor de mişcare ale articulaţiilor unui braţ robotic
Kuts et al. Digital twin: Universal user interface for online management of the manufacturing system
JP2009166172A (ja) ロボットのシミュレーション方法及びロボットのシミュレーション装置
CN111113426A (zh) 一种基于cad平台的机器人离线编程系统
Garg Digital Twin for Industrial Robotics
Chen et al. Interfacing the da Vinci Research Kit (dVRK) with the Robot Operating System (ROS)
RU2813444C1 (ru) Система взаимодействия человек-робот на основе смешанной реальности
CN213277031U (zh) 一种机器人实训平台
Tatsuno An example of open robot controller architecture
CN119820626A (zh) 一种基于虚实交互场景重构的机器人预警响应系统
Costa et al. Robotic Apprentices: Leveraging Augmented Reality for Robot Training in Manufacturing Automation
Rajarajeswari et al. Enhancing Surgical Training Through Immersive Simulation and Visualization of the da Vinci Research Kit (dVRK) Surgical System Using ROS 2 and Rviz