‫‏ניסוי‏מס'‏‪6‬‏‏‪-‬‏‏רובוט‏מקבילי ‏‬ ‫‏‏‬ ‫מטרה‪:‬‏‏הכרת רובוט מקבילי‪ ,‬קינמטיקה הפוכה‪ ,‬הפעלה‪.‬‬ ‫‏מכשור‪ :‬רובוט מקבילי‪ ,‬שולחן מגנטי ‪ -‬משטח עבודה של הרובוט‪ ,‬בקרים‪ ,‬מחשב ‪ ,PC‬תוכנת ‪.C‬‬ ‫‏‬ ‫‏הקדמה‏‪:‬‬ ‫רובוט מקבילי המוצג בציור פותח ונבנה במעבדה לרובוטיקה כחלק מעבודת מגיסטר בשנת ‪1996‬‬ ‫רובוט זה מורכב מ‪ 7 -‬חלקים נעים ‪:‬שלשה מנועים הנעים על משטח מגנטי‪ 3 ,‬מוטות ופלטה‪ .‬ניתן‬ ‫לשלוט על מיקום ‪ Y ,X‬של המנועים על המישור המגנטי‪ .‬המוטות מחוברים לפלטה ע"י ‪ 3‬מפרקים‬ ‫כדוריים ולמנועים ע"י מפרקים סיבוביים‪.‬‬ ‫מרכז המפרקים הכדוריים נמצא במרחק של ‪ 60mm‬ממרכז הפלטה‪.‬‬ ‫אורד המוטות ‪200mm :‬‬ ‫המפרקים הסיבוביים נמצאים בגובה ‪ 31mm‬מעל המשטח המגנטי‪ .‬נתון סימון מערכות צירים‬ ‫ווקטורים על גבי הרובוט ‪:‬‬ ‫‏עבודת‏‪-‬‏הכנה‏ ‏‬ ‫‏‬ ‫‪ .1‬חשב את מספר דרגות החופש של הרובוט‪.‬‬ ‫‪ .2‬בהינתן מיקום ‪ q‬ואוריינטציה ‪ r‬של הפלטה ‪ :‬חשב את מיקום המנועים על מישור ה‪.XY -‬‬ ‫(קינמטיקה הפוכה)‪.‬‬ ‫‪ .3‬כמה פתרונות יש לבעיית הקינמטיקה ההפוכה ?‬ ‫‪ .4‬במהלך הניסוי יהיה עליכם את התוכנה המפעילה את הרובוט‪ .‬עיין בקוד (מצורף בנספח)‪.‬‬ ‫‪ .5‬יש לכתוב בשפת ‪ C++‬פונקציה (אשר תבניתה מופיעה בעמוד הבא) המשתמשת בערכים‬ ‫הגלובליים הבאים‪:‬‬ ‫‪ -q‬וקטור ‪ 3xl‬המהווה מיקום מרכז הפלטה במע' העולם‪.‬‬ ‫‪ -rm‬מטריצת אוריינטציה ‪ 3x3‬של הפלטה במע' העולם‪.‬‬ ‫ומחזירה ‪:‬‬ ‫‪ -target‬מטריצה ‪ 6xN‬שכל עמודה בה היא קואורדינטות ‪ Y ,X‬של שלושת המנועים‬ ‫'[‪ . ]x1,y1,x2,y2,x3,y3‬הגודל ‪ N‬מייצג את מספר הנקודות בהן יעבור הרובוט‪.‬‬ ‫כל שיש עליכם לעשות הוא לפתור את בעיית הקינמטיקה ההפוכה‪ ,‬ולהכניס בכל צעד של‬ ‫הלולאה את ה‪ X i , Yi -‬המתאימים לאותו המפרק‪.‬‬ ‫הערה‪ :‬ריבוי הנקודות (המיוצג על ידי האינדקס ‪ ) i‬יתקבל מה‪ ,GUI-‬ולכן אין סיבה לדאוג‬ ‫לגביו בשלב זה‪.‬‬ ‫‪ . 6‬הדפס גרפים של מיקום שלושת המנועים כאשר הרובוט מבצע תנועת בציר ‪Y ,X‬וסיבוב סביב‬ ‫ציר ‪ Z‬ו‪( .Y -‬גרף אחד לכל המנועים במישור ‪ .XY‬סה"כ ‪ 4‬גרפים)‪.‬‬ ) ‫ ( בפונקציה זו תשתמשו במהלך הניסוי‬:‫הגדרת הפונקציה‬ #include #include #include #include "stdafx.h" <math.h> "globals.h" "inverse_kin.h" /**************** Variables for inverse kinematics *************************************************/ /*#define N 10 #define Z 31 #define L 200 #define R 60 #define pi 3.14159265 volatile volatile volatile volatile volatile volatile float target[6][N+1]; //holds all the motors possitions in motion plan int i; //holds the number of moves in the motion plan int state; //1 - direct control, 2 - inverse kinematics float q[3][N+1]; //holds all the translation vectors in motion plan float n[3][N+1]; //holds all the rotation vectors in motion plan - not normalized float rm[3][2]; //holds the rotation matrix /***************************************************************************************** ************/ void inverse_kin() { static float theta[]={-1.04719755,3.14159265,1.04719755}; static float alpha[]={2.09439510,0,4.18879020}; float px, py, pz, beta; int j; double Xi,Yi; //[rad] //[rad] /************************************* student's code******************************/ for (j=0;j<=2;j++) { Xi = Yi = /************************************* end of student's code *****************************************/ // System information - do not change target[2*j][i]= Xi; target[2*j+1][i]=Yi; } } /* end of InverseKinematics */ //xi //yi ‫‏תרגילי‪-‬מעבדה‏‪:‬‏ ‏‬ ‫‏‬ ‫‪ .1‬הכנת הרובוט להפעלה‬ ‫א‪ .‬הדלק מחשב‪ .‬הורד מהרובוט אמצעי הגנה נגד לחות‪.‬‬ ‫ב‪ .‬פתח ווסת לחץ אוויר עד לקבלת לחץ של ‪( 3bar‬לפי מדיד לחץ)‬ ‫ג‪ .‬וודא (ע"י הזזה ידנית של המנועים) שהמנועים נעים על המשטח המגנטי ללא‏חיכוך!‬ ‫ד‪ .‬הצמד את שלשת המנועים (לפי ציור המצורף) והפעל את הבקרים‪ .‬וודא שכל הבקרים נמצאים‬ ‫במצב פעיל (נדלקה מנורה ירוקה על כל בקר)‪.‬‬ ‫ה‪ .‬הפעלת הרובוט – רק באישור סופי של המתרגל‪.‬‬ ‫‪ .2‬הפעל תוכנת ‪ Lab6‬שמצאת על שולחן העבודה‪.‬‬ ‫‪ .3‬לחץ על כפתור ‪ .homing and start using direct control‬שיטת השליטה במנועים תהיה ישירה ושדה‬ ‫השליטה הישירה יהפוך לזמין‪ .‬במצב זה‪ ,‬עבור כל נקודה שתרצו להניע את הרובוט עליה יש להזין את ערכי‬ ‫הקורדינטות הרצויות של כל מנוע וללחוץ על כפתור ה‪ .insert-‬לחיצה על כפתור זה תבצע השמה של‬ ‫הקורדינטות שיהיו כתובות בשדה זה כצעד הבא בתור בתכנון המסלול‪ .‬לאחר סיום הכנסת הנקודות יש‬ ‫ללחוץ על כפתור ‪ move the robot‬בכדי להניע את הרובוט‪.‬‬ ‫‪ .4‬הוסף לשם תנועה של הרובוט ‪ mm 08‬בכיוון ‪100mm ,X‬בכיוון ‪ ,Y‬עליה וירידה של ‪ 20mm‬בציר ‪ Z‬הדגם‬ ‫את פעולת הרובוט למדריך המעבדה‪.‬‬ ‫‪ .5‬סגור את תוכנת ‪.Lab6‬‬ ‫‪ .6‬שמור את תוכן התיקייה ‪ C:\Lab6‬לתיקייה ‪. C:\Students\your_name‬‬ ‫‪ .7‬פתח את הקובץ ‪C:\Students\your_name\parallel_arik_dotan.sln‬‬ ‫‪ .0‬יופיע על המסך חלון של סביבת העבודה ‪.Microsoft Visual Studio‬‬ :‫ בצורה הבאה‬InverseKinematics.cpp ‫ יש לפתוח את הפונקציה‬.9 2 3 4 1 .solution Explorer ‫ללחוץ על לשונית‬.1 .parallel_arik_dotan ‫להרחיב את‬.2 .Source Files ‫להרחיב את‬.3 .InverseKinematics.cpp ‫ללחוץ לחיצה כפולה על‬.4 ‫‪ .18‬לאחר שפתחת את הפונקציה ‪ InverseKinematics.cpp‬הוסף את הקוד הדרוש (מדו"ח הכנה)‪.‬‬ ‫‪ .11‬לאחר שהוספת את הקוד יש ללחוץ על כפתור בצרת חץ ירוק (או ‪ )F5‬כדי לקמפל את כל הקוד ובנוסף‬ ‫להריץ אותו‪.‬‬ ‫‪ .12‬לאחר שהצלחת יפתח לך ה‪ GUI -‬כמו בחלק הראשון של המעבדה רק שהפעם יש אפשרות לבחור להפעיל‬ ‫את ‪.homing and start using inverse kinematics‬‬ ‫‪ .13‬עתה יש לחזור על סעיף ‪( 4‬השתמש בפונקציה ‪ )InverseKinematics‬והוסף סיבוב של ‪ 20‬מעלות סביב‬ ‫ציר ‪ Z‬וציר ‪.Y‬‬ ‫הדגם את פעולת הרובוט למדריך המעבדה‪.‬‬ ‫דו"ח‏סיכום‏‪:‬‏ ‏‬ ‫‏‬ ‫‪ .1‬פרט את המקורות לשגיאות של הרובוט‪ ,‬כיצד ניתן להתגבר עליהן?‬ ‫‪ .2‬הסתכל באטלס של רובוטים מקבילים של ‪( Jean-Pierre Merlet‬דרך אתר המעבדה)‪.‬‬ ‫‪ .3‬הסבר בקצרה מהם ההבדלים בין רובוטים טורים ורובוטים מקבילים‪.‬‬ ‫השווה בין התכונות של רובוטים טורים ומקבילים‬ ‫‪ .4‬הצע דרך לפתרון הקינמטיקה הישירה של הרובוט‪( .‬אין צורד לפתור)‪.‬‬ ‫‪ .5‬צרף לדו"ח את הקוד של פונקציות ‪InverseKinematics :‬‬ ‫חומר‏עזר‏רלוונטי‏לניסוי‏‪:‬‏ ‏‬ ‫‏‬ ‫עבודת מסטר של מר בן‪-‬חורין רונן ‪" -‬מניפולטור מקבילי בעל שש דרגות חופש עם שלוש חוליות‬ ‫מונעות מישורית"‪ ,‬הנמצאת בספרית להנדסת מכונות‪.‬‬