- Tính lực tiếp xúc:
6.4.3. Cấu trúc phần cứng
Thống nhất với cấu trúc chung của hệ thống điều khiển, phần cứng cũng có cấu trúc chức năng theo thứ bậc. Sơ đồ cấu trúc phần cứng như trong hình 6.16.
Hình 6.16: Sơ đồ cấu trúc phần cứng của hệ điều khiển RBCN
Trong hệ thống này, tuỳ chức năng được hình thành nhờ bảng mạch riêng. Các bảng mạch được liên kết với nhau qua đường truyền (BUS) dữ liệu. Độ rộng của BUS phải đủ cho phép xử lý thời gian thực.
Bản mạch (Board) hệ thống, thực chất là CPU, gồm: - Một bộ vi xử lý với đồng xử lý toán học, - Một EPROM cho cấu hình hệ thống, - Một RAM riêng (local),
- Một RAM chia xẻ với các bảng mạch khác thông qua BUS
- Một số cổng nối tiếp và song song để ghép với BUS hoặc các thiết bị bên ngoài. - Các bộ đếm, thanh ghi và đồng hồ
- Hệ thống ngắt
Board hệ thống thực hiện các chức năng sau:
- Giao diện với các teach pendant, bàn phím, video, máy in,
- Giao diện với bộ nhớ ngoài (ổ cứng) để lưu dữ liệu và chương trình
- Giao diện với các trạm hoặc hệ điều khiển khác trong mạng cục bộ (LAN),
- Giao diện vào ra (I/O) với các thiết bị ngoại vi, như băng tải, nâng hạ, đo lường, ON/OFF sensor,
- Bộ dịch chương trình, - Bộ điều khiển BUS.
Board động học thực hiện các chức năng: - Tính toán động học của cấu trúc,
- Giải các bài toán thuận, nghịch, Jacobian của động học tay máy, - Test quỹ đạo
Board động lực học giải quyết bài toán ngược của động lực học tay máy. Servo board có các chức năng:
- Nội suy quỹ đạo,
- Thực hiện các thuật toán điều khiển,
- Chuyển đổi số - tương tự và giai diện với các bộ khuếch đại công suất - Xử lý các thông tin về vị trí và vận tốc,
- Ngắt chuyển động khi có sự cố.
Các board khác có chức năng xử lý thông tin từ các servo tương ứng.
Mặc dù các board đều truyền dữ liệu qua BUS, tốc độ trao đổi dữ liệu của chúng không cần giống nhau. Các thông tin hệ thống cung cấp cho các servo board cần cập nhập nhanh nhất có thể được, nên tốc độ trao đổicủa chúng rất cao (100 – 1000) Hz. Board động học và động lực học chỉ thực hiện các phép tính không trực tiếp tham gia điều khiển hệ thống nên trao đổi thông tin ở tần số thấp hơn (10 - 100) Hz. Vision board còn trao đổi dữ liệu với tần số thấp hơn nữa (1 - 10) Hz. Việc các board trao đổi dữ liệu với tốc độ khác nhau giúp phòng ngừa tình trạng nghẽn kênh dữ liệu.
Sự phát triển của kỹ thuật điều khiển robot không thể tách rời sự phát triển của công nghệ thông tin. Bản thân bộ điều khiển robot là một máy trính chuyên dùng (hình 6.17), bên cạnh những nguyên tắc chung có những đặc điểm riêng trong cấu tạo và hoạt động.
Hình 6.17:XXXXXXXXXXXXXX Bộ xử lý trung tâm
Máy tính đã gây nên sự phát triển đáng kể của kỹ thuật điều khiển robot. Các bộ vi xử lý (VXL) 8 bit như Motorola 6800 hoặc Zilog Z-80 đã từng được sử dụng phổ biến trong điều khiển robot. Ngày nay, phần lớn robot đã dùng VXL 16 bit, với co-processor để tăng khả năng tính toán. Thông dụng nhất là các bộ VXL Intel 8086, 8088. Ngoài tăng đáng kể tốc độ xử lý, chúng còn có khr năng mở rộng bộ nhở địa chỉ, cho phép điều khiển tốt hơn vận tốc và gia tốc của phần công tác và mở rộng tiện ích lập trình. Một số robot hịên đại đã dùng bộ VXL 32 bit. Chúng rất thích hợp với điều khiển quỹ đạo liên tục.
Bộ nhớ
Bộ điều khiển của robot sử dụng nhiều loại chương trình. Tuỳ theo tầm quan trọng, được phép thay đổi đến mức nào, chương trình điều hành hệ thống do nhà sản xuất cung cấp hay chương trình của người dùng… mà các chương trình được lưu trữ trong ROM hay RAM.
Thiết bị vào/ra
Thiết bị vào/ra của robot (hình 6.19) phục vụ cho nhiệm vụ điều khiển, nghĩa là giao diện giữa máy tính với các thiết bị bên ngoài:
- Thiết bị điều khiển các trục, điều khiển nguồn động lực cung cấp cho các trục để thi hành các nhiệm vụ của robot. Máy tính điều khiển hệ thống chấp hành thông qua các thiết bị này. Chúng có thể là các servo drive, inverter,…Chúng có thể bao gồm cả bộ chuyển đổi số - tương tự, cho phép máy tính điều khiển động cơ một chiều. Nếu dùng hệ điều khiển servo thì cần thu nhận tín hiệu từ các sensor.
XXXXXXXXXXXXXXXX(hình 6.19)
- Thiết bị dạy (Teach Pendants) có trên hầu hết robot. Loại đơn giản chỉ cho phép nhớ các toạ độ mà robot được dẫn qua để sau đó lặp lại. Loại phức tạp hơn có thể có các phím điều khiển chức năng, như chuyển động các trục, mở và đóng kẹp,…và các lệnh xử lý chương trình, như ghi, đọc, chạy chương trình,…
- Giao diện với hệ thống sensor, có thể là số hay tương tự tuỳ theo loại sensor và thiết bị xử lý.
- Giao diện với các thiết bị điều khiển khác, như PLC, máy CNC, robot và các thiết bị sản xuất khác,…
- Mạng truyền thông cục bộ hay diện rộng.