View
229
Download
5
Category
Preview:
Citation preview
ارائه دهنده : ساالر بصیریwww.interdisciplinary.ir
مطالب فهرستآشنایی با چند پروژه در حوزه رباتمسابقات رباتیکآشنایی با عملگرها و سنسورهای رباتمیکروکنترلرها و کنترل کامپیوتریطراحی اولیه یک ربات تعقیب خط
www.interdisciplinary.ir
Determination of Kinematic Parameters of a Passive
Bipedal Walking Robot
The two-dimensional kneed walking machine which is essentially a copy of McGeer's design.
McGeer's Kneed Walking Model.
Passive Bipedal Walking Robot Moving on a declined Surface
Color image processing is applied to obtain angular parameters
www.interdisciplinary.ir
Determination of Kinematic Parameters of a Passive Bipedal Walking Robot
Robot joints are designated in color nodes.
The plane coordinate is divided to 3 geometrical zones and also 2 color zones.
The purpose of image processing is to find the position of colored nodes as is shown.
www.interdisciplinary.ir
Determination of Kinematic Parameters of a Passive Bipedal Walking Robot
Several frames are taken while the robot is moving and they will be processed later.
In this method measuring devices don’t affect the subject under test.
www.interdisciplinary.ir
Determination of Kinematic Parameters of a Passive Bipedal Walking Robot
To write the program, Delphi 7.0 is used.
For obtaining angular velocity and acceleration the 5 points differential formula is used.
www.interdisciplinary.ir
The Puzzle Solver Robot Overview
This robot was made in order to be an image processing benchmark.
The robot has a telescopic arm with a 3 degree of freedom.
Mechanical systemElectronic unitComputer
programming
www.interdisciplinary.ir
The Puzzle Solver RobotMechanical
system
A DC motor coupled with a gear box moves the arm (radius).
Rotation of arm (angle) is obtained by a stepper motor mounted on the arm.
Puzzle pieces can be grabbed and handled by a magnet attached to arm.
www.interdisciplinary.ir
The Puzzle Solver RobotElectronic Unit
A computer is utilized for image processing and control of the robot.
The necessary commands through parallel port is passed to the interface.
www.interdisciplinary.ir
The Puzzle Solver RobotComputer
ProgrammingDevice DriverImage Capturing Image Processor Low pass filter (LPF)
www.interdisciplinary.ir
The Puzzle Solver RobotNumber Recognition Puzzle Solving Defining New Tasks Image Processing
Based Closed Loop Controller
www.interdisciplinary.ir
Solving a numerical puzzle!!!
www.interdisciplinary.ir
Tracking System
In the following project, our goal is tracking of moving target over a plane and turning it on by a laser pointer.
www.interdisciplinary.ir
Tracking System For moving the
laser pointer over object plane, two stepper motors are used.
These motors are connected to a gear by a worm gear.
www.interdisciplinary.ir
Tracking System The necessary
control commands are given by computer through parallel port to the interface circuit.
A web camera with 352x288 pixel resolution is mounted on the device as well.
www.interdisciplinary.ir
Tracking System In order to find the
correct movement, the nearest neighbor method is used.
To find the right direction, it is enough to find the distance of each of the eight boxes from the target. The shortest is the optimum.
www.interdisciplinary.ir
Position recognition of free load of a crane The goal in this
project was to find the position of a free load in mid air.
using angles sensor can not be accurate.
the windowing technique has been used.
www.interdisciplinary.ir
ربوکاپ مسابقات مناسبی بسیار محمل مسابقات این ربوکاپ، مسابقات
علوم گسترش و کاربردی، مهارتهای آموزش جهتزیر مسابقات شامل و ست مصنوعی هوش و رباتیک
است: امدادگر رباتها سازی شبیه و فوتبال سازی شبیه کوچک سایز فوتبالیست رباتهای متوسط سایز فوتبالیست رباتهای نما انسان رباتهای واقعی امدادگر رباتهای خانگی رباتهای
ویژه ماموریتهای مصارفخاصو با رباتهایwww.interdisciplinary.ir
سازی شبیه و فوتبال سازی شبیهامدادگر
برنامه دو مسابقات این دررقابت به باهم کامپیوتریسرور. یک در مسابقات میپردازند . ها کالینت میشود انجام مرکزیبه را بازیکنان کنترلی دستورات
. میکنند ارسال سرور رده دو دارای مسابقات و 2Dاین
3D. است شده سازی شبیه فیزیکی قوانین
است. باید رباتها امدادگر شبیهسازی در
شبی زده زلزله محیط یک درآوری جمع به شده سازی
. بپردازند مصدومین
www.interdisciplinary.ir
کوچک سایز فوتبالیست رباتهای حداکثر هرکدام که دوتیم
قطر 5دارای با کوچک رباتهستند، 20حداکثر سانتیمتر
سبز زمینه پس با زمینی دربه رنگ نارنجی توپ یک با و
. میپردازند مسابقه دوربین یک زمین باالی در
تصاویر که است شده نصبمرکزی کامپیوتر به رااز بعد و میکند ارسالبه الزم دستورات پردازش
. میشود فرستاده رباتها
www.interdisciplinary.ir
متوسط سایز فوتبالیست رباتهای تمام مسابقات این درگیری تصمیم و پردازشهاانجام رباتها داخل در ها
زمین. ابعاد در 18میشود12 . رباته ابعاد است متر
است 80*50*50 سانتیمتر . از مسابقات این کلی بطوبرخوردار زیادی پیچیدگیسال. مسابقات در هستند
مجموع 2009 در 14در تیمکردند شرکت رقابت .این
www.interdisciplinary.ir
انسانما رباتهای با رباتهایی مسابقات این درآنه حرکت که انسانی ظاهرمیگیرد انجام پا دو توسط نیز
میپردازند باهم رقابت .به پیچیدگی دارای رباتها اینو بوده باالیی دینامیکی مدل
آزادی 25تا 23بین درجهدارند .حرکت
شرکت تیمهای از بسیاریآماده بصورت را رباتها کنندهبر تنها و میکنند خریداریکار انها افزار نرم روی.میکنند
www.interdisciplinary.ir
رباتهای امدادگر واقعی در کوبه شهر زلزله پی در مسابقات این
سال در شدنشش 1996ژاپن کشته به که . از هدف میشود اجرا انجامید، نفر هزاررباتهایی ساخت مسابقات این اجرایبه بتواند طبیعی حوادث هنگام در که است
. بیاید انسان کمک زده زلزله مکان یک شبیه مسابقات محیط
ربات که است زیاد مصنوعی عوارض با . کند پیدا را مصدومین بتواند بایدیا گرما مثل هایی نشانه خود از مصدومین
. میکنند منتشر کربن اکسید دی
www.interdisciplinary.ir
خانگی رباتهای در رباته>ا عملک>رد س>طح ب>ردن ب>اال مس>ابقات این از هدف
تقابل با محیطهای اجتماعی و زنده است. بتوان>د در محی>ط خان>ه ی>ک عم>ل بای>د در این مس>ابقات رب>ات
س>ا>ده >مث>ل ب>ا>ز ک>ردن >در ی>ا حم>ل ظ>ر>ف ش>یرین>ی را انج>ام دهد.
www.interdisciplinary.ir
ماموریتهای و خاص مصارف با رباتهایویژه
کاربردی و مفید فعالیتهای از بسیاریمسابقات محدوده در رباتیک و مکاترونیک . در سبب همین به نمیگیرد قرار ربوکاپمسابقات در شرکت برای که کارهایی کنارفعالیتهای میتوان میشود انجام رباتیک. داد انجام زمینه این در نیز دیگری پژوهشی
ساخت و طراحی به میتوان جمله ازرباتهای جستجوگر، رباتهای پرنده، رباتهایکامپیوتر، انسان واسط سیستمهای کروی،
. کرد ... اشاره و دیوار از باالرونده رباتهایwww.interdisciplinary.ir
MotorsMotors convert electrical energy to mechanical energy
Motors make things move
LINEAR
ELECTROSTATIC
DC BRUSH
STEPPER
INDUCTION
UNIVERSAL
www.interdisciplinary.ir
Stepper Motor
www.interdisciplinary.ir
Stepper Motors
www.interdisciplinary.ir
www.interdisciplinary.ir
www.interdisciplinary.ir
www.interdisciplinary.ir
www.interdisciplinary.ir
www.interdisciplinary.ir
Stepper Motor SelectionPermanent Magnet / Variable ReluctanceUnipolar vs. BipolarNumber of StacksNumber of PhasesDegrees Per StepMicrosteppingPull-In/Pull-Out TorqueDetent Torque
www.interdisciplinary.ir
Application ExamplesFilm Advance
www.interdisciplinary.ir
Telescope Drive
www.interdisciplinary.ir
Labeling Machine
www.interdisciplinary.ir
Moving Positioning System
www.interdisciplinary.ir
Rotating Tube Cutter
www.interdisciplinary.ir
Stepping Motor to move read-write head
Stepper motor applications
www.interdisciplinary.ir
How a DC Motor Works
Brushes
www.interdisciplinary.ir
Motor Modeling
PPin
Voltage and Current In
Torque and Speed Out
Heat Out
,Q
VI
Power In = Power Out
QVI
RIVI 2
www.interdisciplinary.ir
www.interdisciplinary.ir
www.interdisciplinary.ir
Rotary Shaft Encoder
www.interdisciplinary.ir
Power Transmission
Tw = TwTw = Fv
www.interdisciplinary.ir
Servo Motor Detail
+ 5V
Actuator
Reduction gear
Position feedback
Potentiometer
(closed loop system)
Small electric DC motor
www.interdisciplinary.ir
Overview180 deg up to 210 deg.60 deg in 0.21 sec.
• some gear reduction• a position sensor for the
motor shaft• an electronic circuit that
controls the motor's operation
www.interdisciplinary.ir
Feed-back loopopen-loop
closed-loop
www.interdisciplinary.ir
Control of a DC servo-motor
Embedded Control Applications II MP10-51
DC motor
Encoder / Potentiometer
Gear-box
Power amplifier
www.interdisciplinary.ir
Used for all AutomationActuators are used everywhere there is
automationrobot, conveyor system, etc.
Rotary Electric Motor Actuator
www.interdisciplinary.ir
Specifications – Electric MotorsAC Electric Motor price range
$100 to $7,100¼ HP to 100 HP19lbs to 1429lbs1800 rpm120 to 230 input voltageUp to 1024 pulses per revolution
www.interdisciplinary.ir
Pneumatic Gripper ApplicationsUsed in robotic applications
www.interdisciplinary.ir
DC-motor controlController + H-
bridgePWM-controlSpeed control by
controlling motor current=torque
Efficient small components
PID control
www.interdisciplinary.ir
H-BridgeH-Bridge
www.interdisciplinary.ir
www.interdisciplinary.ir
Power AmplifierPower Amplifier
www.interdisciplinary.ir
www.interdisciplinary.ir
www.interdisciplinary.ir
www.interdisciplinary.ir
www.interdisciplinary.ir
www.interdisciplinary.ir
Gears used for Speed ReducerRecall the main purpose of mating/meshing gears
is to provide speed reduction or torque increase.
driver
driven
P
G
G
P
N
N
N
N
n
nVRRatioVelocity
Pinion
nP NP
Gear
nG NG
)2/(DRvspeedlinePitch t
)12/(min)/( Dnftvt www.interdisciplinary.ir
Example:
Want a 3:1 reductionNP=22 teeth
What is NG?Solution:
VR = 3 = NG/NP
NG = 3*22 = 66 teeth
www.interdisciplinary.ir
Engine
Pump
n1, N1
n2, N2
n3, N3
n4, N4
Given:
n1 = 500 rpm, N1 = 20tN2 = 70t, N3 = 18t, N4 = 54t
Find: n4 Example: Double Speed Reducer
Solution:
1. n2 = 500 rpm*(20/70) = 142.8 rpm
2. n3 = n2
3. n4 = 142.8 rpm*(18/54) = 47.6 rpm
4. Total reduction = 500/47.6 = 10.5 (0r 10.5:1)
Torque?? Increases by 10.5!!Power?? Stays the same throughout!
www.interdisciplinary.ir
GEARS
SPUR
GEAR
WORM
GEARBEVEL
GEARwww.interdisciplinary.ir
Rolling or anti-friction bearing
www.interdisciplinary.ir
www.interdisciplinary.ir
Ball and Roller bearing
Races and balls are high carbon chrome steel (to provide resistance to wear) machined and ground to fine limits of 0.0025 mm, highly polished and hardened.
The cages are made of low-carbon steel, bronzes or brasses, though for high temperature application case-hardened and stainless steels are used.
www.interdisciplinary.ir
Types of bearing
www.interdisciplinary.ir
www.interdisciplinary.ir
Types of ball bearings
www.interdisciplinary.ir
Selection of bearing through catalogue
www.interdisciplinary.ir
Rack and pinion
www.interdisciplinary.ir
www.interdisciplinary.ir
Sensing the real world
Sensors and Actuators1. Sensors2. Actuators3. Analog-to-Digital Conversion4. Digital-to-Analog Conversion5. Input/Output Devices for Discrete Data
www.interdisciplinary.ir
Computer-Process InterfaceTo implement process control, the
computer must collect data from and transmit signals to the production process
Components required to implement the interface:Sensors to measure continuous and discrete
process variablesActuators to drive continuous and discrete
process parametersDevices for ADC and DACI/O devices for discrete data
www.interdisciplinary.ir
Computer Process Control System
ActuatorsActuators
ComputerController
ComputerController
Transformation Process
SensorsSensors
DACDAC ADCADC
Input DevicesOutput Devices
Continuous and DiscreteVariables
Continuous and DiscreteParameters
www.interdisciplinary.ir
PhysicalMedium
PhysicalMedium
SensingElement
SensingElement
ConditioningConditioning TargetHandling
TargetHandling
Temperature Resistance Voltage Information
TransducersMicro-sensors 10-6m
Stimulus (s) Signal (S)
www.interdisciplinary.ir
SensorsA sensor is a transducer that converts a
physical stimulus from one form into a more useful form to measure the stimulus
Two basic categories:1. Analog2. Discrete
Binary Digital (e.g., pulse counter)
Ultrasonic(distance)
Light(light intensity)
TouchSound(db pressure)
www.interdisciplinary.ir
Other SensorsTemperatureRFIDBarcodeProximityVisionGyroscopeCompassTilt/AccelerationEtc.
www.interdisciplinary.ir
Signal Processing& Amplification
Signal Processing& Amplification
MechanismMechanism
ElectricElectric HydraulicPneumatic
HydraulicPneumatic
Final ActuationElement
Final ActuationElement
ActuatorSensor
ActuatorSensor
Logical Signal
www.interdisciplinary.ir
Stepper motor and Servomotor
www.interdisciplinary.ir
2D translational accelerometerMX2125 (from www.parallax.com)
www.interdisciplinary.ir
Accelerometer demo:orientation sensing
Self-balance RobotSensor demo
www.interdisciplinary.ir
Accelerometer demo :Tilt sensing demo
Tilt sensing demowww.interdisciplinary.ir
Gyroscopes http://en.wikipedia.org/wiki/Gyroscope
GyroscopeMeasure rotational angle
Rate Gyroscopemeasure the rate of rotation along 3-axes of X
(pitch), Y (roll), and Z (yaw). Modern implementations are using
Microelectromechanical systems (MEMS) technologies.
Gyroscope
www.interdisciplinary.ir
Compass-- the Philips KMZ51 magnetic field sensor 50/60Hz (high) operation, a jitter of around
1.5°
www.interdisciplinary.ir
Self Balanced robot using Self Balanced robot using complementary filtercomplementary filter
9191www.interdisciplinary.ir
Force Sensing Resistors
FSR402
www.interdisciplinary.ir
Force Sensing Resistor Demo
http://www.youtube.com/watch?v=LQ21lXr6egs
www.interdisciplinary.ir
Application for a walking robotWalking robot
www.interdisciplinary.ir
Four Force sensors under the footD
www.interdisciplinary.ir
The Nao robot uses force feedback at its feet http://en.wikipedia.org/wiki/Nao_(robot)
www.interdisciplinary.ir
Flexion (bend) sensors
resistance: 10 KΩ (0°); 30-40 KΩ (90°)
http://www.flexpoint.com/
www.interdisciplinary.ir
Air pressure sensorMeasure up to 150 psi (pressure per square
inch ).
www.interdisciplinary.ir
Infra-red Range detectors by SHARP (4 to 30cm)An emitter sends out light pulses. A small
linear CCD array receives reflected light.The distance corresponds to the triangle
formed.
www.interdisciplinary.ir
IR radar using the Sharp range detector
www.interdisciplinary.ir
Temperature sensorsLM135/235/335 features(from NS)http://www.national.com/pf/LM/LM135.html
Directly calibrated in °Kelvin 1°C initial accuracy available Operates from 400 µA to 5 mA Less than 1 Ohm dynamic impedance Easily calibrated Wide operating temperature range 200°C over range Low cost
www.interdisciplinary.ir
Capacitive Atmospheric Humidity Sensor
BCcomponents 2322 691 90001 10-90%RH Dc
www.interdisciplinary.ir
Leaf Sensor Alerts When Plants Are Thirsty
www.interdisciplinary.ir
Cadmium Sulfoselenide (CdS) Photoconductive Photocellshttp://faculty.uml.edu/aelbirt/16.480/pdvp5001.pdf
Light sensing using CdS
www.interdisciplinary.ir
Application on Magnetic levitation
www.interdisciplinary.ir
http://www.youtube.com/watch?v=XjjBqzilkIc
Magnetic levitation Train Model http://www.youtube.com/watch?v=TeS_U9qFg7Y
frog levitationhttp://www.youtube.com/watch?v=A1vyB-O5i6E
Recommended