PROYECTO DE I NGENI ERIA ELECTRONI CA I1 . . . - . . . . . . . - - . - . - .- - .

. . . - - - - " - "

SRA20 MECAMCO CONTROLADO.POR EL '

, . MICROCONTROLADOR 8031 Y COMUNICADO A

* UNA COMPUTADORA PERSONAL A TRAVES

DEL PUERTO SERIAL RS232. s .

. .

INTEGRANTES : Hernandez Gonzalez Luis Angel - 85325271

h a z a w a Hata Angel Yooichi - 86330227

Martinez Rivera Luis Alberto - 85333706

' Osnaya Contreras Rene 'Oscar - 85329757 . .

. . . .

Mexico DF. 27 de Julio de 1992.

: . tt $a

INDICE :

PRIMERA ETAPA : \

- ,

L.)

Introduccion - 1

e - 3 - 4

Tipos de Construccion - 4 Cinematica del Brazo - 6

Cinematica?Directa - 8 Cinematica Inversa - 9

Control - 1 - b- i Clasificacion t Partes Pr i nci pal es

Objetivo - 12

. Motivation - 13

I.- Sistema mecanico - 14 11.- Sistema motriz - 15

111. - Programac8on - 17 1V.- Sistema de control - 1 8 Y. - Interfase - 1 9 t

VI.- Manual de usuario

SEOUNDA ETAPA :

- 20

principales para la comprensi6n g e n e r a l de estos. "~ ..

es %ara pt-opsrcionar informacidn al robot tanta resjpecto a 512

. .

f

un sistema de coousenadas d e reierencra Fijo t a m o una +unci6n ael

tiempo sin considerar las fuarzas u momentos que- a t - i g x n a n dict?o

mavimisnto. AJ ~ s e s , t r a t a tori la descripci&'n a n a f i t i c a del

desplazamiento es;paciai de1 rob>+- como funci6n del tiempo, en

pa!-ticulat- las' re1ariai";eS entr-e las variables espaciales' de t i h b

ar t icu lac ibn y la posici6n y orientacidn del efector F ' i n a 1 del

robot. A gontinuaci&n se plantean dos c~~erstiones fundamentales.

ambas de i i i f e d s t e 6 r i c o y pr-bctico en la cinedtica del robot :

~. .

t - . . - . . . .

- . " - " - -

_. . . .

. . 1. Para un controlador determi.nado, dado el vector de A n g u l o s de

las articulaciones q ( t ) = (ql(t),q2(t), . . . , q n ( t ) ~ ~ y l o s

parAmetros geodtricos del elemento, donde n'es ef dimero de

grados de . libertad, -. . jcUal es la orientaci6n y ' l a posici6n del

e.fectot- final bel controlador .con respecto a' un 5istema de I

coordenadas .d& referencia? "

. ,, . -, .

' 2 . Datiquna posici6n. y orientdci6n dkseada del e f e c t o r f i n a l dsl

.. controlador y los parAmetros gedhtricos de los elementos can

respecto a un sistema de.coordenadas de re ferenc ia , &puede el

controlador alcanz-ar la posicibn y or ientac idn de l a mano qrie

. . .

- . . " "

controlador satisfacerAn la

indeoendientes en un brazo d e rabot son las va.t-iabies +e

can

desp

respecto a un sistema de coordenadas de re-F=rencia, 91

rotaciones angulares y traslac ' ianes angulares d e 10s elementos.

Ijenavit y ,Hartenberg C19557 propusieron u n &todo sisterrdtico y

generalizado d e u t i l i z a r A1qebr.a matricial para describir y

representar l a aeametr-fa espacial d e los elementos d e un bra.zo con

t-espccto a un sis%ema de referencia f i j o . Este &todo u t i l i z a una

matriz d e transfot-macibn-homo~nea 4 X 4'para I describir l a r e l a c i d v

espacial entre dos elementos mecAnniccis rígidos adyacentes y reduce

e l prob3.ema kinematico directa a ' encclntrar. una matriz de -

'\ ! transformahen homcrg&nea 4 x 4 equivale'nte . . que refa.ciona e l

-. > desplazamiento espacial del "sistema d e coot-denad&s"- de. l a mano a l

sistema de coordenadas de referencia. E s t a s rrratrices d e . .

transformacic5r-I homogcSneas son . tambikn ' dtiIe5 para .det-i"var l a s

ecuaci5ne5 de movimiento didmico, ' d e un -brgzq..

. . . . . . - . " . .: .. . . . . " -

- .

. ..

para un manipulador con sei5 articu1aciz::z.z. Los robots bssados 2 5

computadora 5e"suelen controlar en e l ' espazin de la5 var iables de

arti;ulaci&n, mientras que los objetos qr.:e se manipulan se suelen

e x p r e s a r en el sistema de coordenadas @e swnda. Con, el $ i n . d e

controlar la posicidn y orientaci6n del efector f inal de un robat

para alcanzar su objeto , es A s impcrtentT- la solucidn cinematics.

inversa. En otras palabras, dada l a ptrtsirridn y ovientaci6n. del

t ..-.

- - " _ ._

efector final de un brazo de robot d e 5e l . r 2jes y sus parametros

de articuiaci6n y elementos, nos g u s t a t - i a encontrar los Angulos de

articulacibn 'correspondientes q= (ql q2,43, q49 95, ~ 6 ) ~ - .del robot de "c

manera que pueda pueda possicionar cama EC d e s e e - g l S-ector f ina l .

" ." - .. . - .

r, - Cuatro movimientos ?Asico~ :

1 .- Rotaci6n de fa base del brazo.

2 .- Movimiento de angufo de elevac ibn .

- Dos modos de operacidn : hn-1 .- Controlada p o r las teclas del microcontrolador.

Su posicidn ini'cial, indefini-dSmente hasta

el usuario decida detener 'la.opet-aci6n.

que

MOT I vat3 ON

E5 importante para cualquier . p d s , a d camu para SL!S

empresarias, de5~rraflar sistemas de praduccidn 6 s eficientes, de

nnanera que se increments su calidad y productividad, dis31nuyar.

Io5 costos de produrcidn que le permitan comgetir en el mercsdo de

9roductos indust-ialiradus a n i v e l internacional. Para este.fin 9s

necesario desarrollar niquinas que realicen labcres r e p e t i t i v a s ie

manera r i p i d a y eficiente. 'Este trab2jo t iene- como ffnaIidaa

desarrollar una &quina a u t c d t i c a CautdFata) d~ bajo casto, +Aril

operaci6n y de usjos diversos. El primer p u n t o , bajo costo. oermite

que empresas de recursos limitados puedan adquirir equipo para

mejorar su 'productividad y de esta manera abatir costos. de

produuci6n. El mantenimiento de este equipo d e b e ser rapid0 y de

e

r,

- . _ . -. - " . - . " - - . .. .

. .

igual manera " de bajo costo. El.segundb punto, a c i l aperacion, es

tambien imporkante ya que ev i ta la necesidad d e curgas- de

capacitacidn largos y--te~d?osos que requieren de tiempo y d i n e r o ,

de igual manera la. ~pet-acidn se hace f l d d a y rapida para el

operador' al moment6 de programat- el" aut6mata para ' una nueva . - act i v i dad':--, .

. ...

acuerdo con los requerimiEntac ?lec?&Jnico!z. En c r i n c i p i c r

nedesitabamos que e l at~t6rr~ta CUK-8liar-a. can lo que inicialmente,

5e consideraba.’ en e l disefin C O ~ O r e q u i s i t o . Pedimos primero

movimiento c i r c u l a r en l a base, u n &rqt!.lo d e elevacidn, r x t e n s i b n

del brazo, movimiento circulat- dE- l a p i n z a y c i e r r e y apertura de

l a misma. Nos avocarnos a bitscar e l si5tema mecanico &S actecuado a

. .

f

nuestras necesidades, y ncjs dimoE. cuenta q u e e l problema se nos

r e s o l v i a d e gran manera titilizancc8 un juguete q u e c o n s i ~ i t i a en

piezas que se podian acoplar para constr-itir diversas figtiras can

movimiento. A p a r t i r d e e s t e - j u g u e t e procedimos a c o n s t r u i r e l

prototipo de%.,brazo mecaniro. Una vez construido e1 prototi?Cr, a l

t r a t a r d e implementar l o s mecani-anos electromot‘rices. no5 dimos

cuenta que no5 veiamos limitados e n e l sovimiento de g i r a d e l a

pinza, pot- 1 0 que deshechamas dicho movimiEmto.

- _ _

.\

. . . . . _ .

3 I

11 .- SISfEMA MOTRIZ

- ”----- A

” alto’crrtsto v err general, de tarnafh y

p e s o considerables, a d e d s de resultar . .

,I I .”. diGici1 su mantenimiento.

’ .

que se hablara f 6 s adelante.

matores de DC S C T '!as cue, " .

por. .sus ventajas en p r e c i o

i que .se . persiguen objetivas

. . proyecto.

.-

. I

/ .

. c _ _ ".

. . - .

-.

16

I

.A . . b

- Modq manual * - Oprimir t e c l a O (cero).

. .. - Modo programable .- Oprimir tecla I (uno). '

. .

Xodo Manual .- Una vez dentro del modo manual aparece en el

display e l letrero 'manual'. El microcontrola-

' .dar tiene teclas especificas para cada rno- .."-- .. . .

.. .I

1

Una de las utilidades . . del modo manual SS S I

b r a z o en la posicibn de inicia para el modo programable. La tecla

'F' nos c i a la posibilidad de salir del modo manual y poder elegir !

...

nuevamente el modo de opevaci6n del brazo.

ta el recorridq \

rencia se d-a a

valores :

Movimiento

Base

E l e v a c i b n

Extensibn

Pinza ". '.,

m A x i m o de cada movimiento. Como una g u i a de re fe -

continuaci6n u n a t a b l a de correspondencia de

5 grados

- 10 grados

15 grados

- "1

22

INTRODUCCION

Para la siguiente .- etapa d e l pt-avectct, o e c i a i r n o s facliitar

el manejo, y la programacidn d e l brarrlr mnecaniclr, va ~ & e en o: d i s & o

anterior se debla tener un 'co~oclmle~t~. aunque m u v d s i z a del

microprucesador SCGi.

a

,< .". .~ " . . - . . . - . _ _ "

Con esto tratamos de amqliar- la p o s i b i l i d a d de *?cte.

cualqitiev persona pudiera utilizar ef brazo mecanico s i n tener que ~-

i n t r o d u c l r s e al manejo del microconkrslador.

Para lograr nuest ro ob jet ivo , se opto por comunicar al

"

l

. . " a - "

,/'

DESARROLLO DEL SOFTWARE

El programa nechu para la PC funcisna de la s igu ien te

manera: El programa recibe un caracter del teclado y lo convierte

a &digo ASCII, una vez hecho es to el traraFter es cargado en el

buffer y par medio de una i n t e r r u p c i 6 n p o r palea es mandado el

dato par el p u e r t o s e r i a l R S Z 2 de l a PC al 8031,esto se realizz

mientras e l buffer esta cargada. Una vez clescat-3ado el bu+fer de la

. - ..

PC toma el siguiente c .araFter y realiza la. misma r u t i n a hasta q~re

se completa La s3ecuencia que e!. u s u a r i o man&. ~.~

E I ' Y , rec ibe el dato proveniente de la PC y 10 hace

mediante poleo; a l r e c i b i r e l data,, el 8031,. lo - _"I decadif ica y lo

manda a su puerto paralelo el cual contt-ola Las movimientos del

braza mecanice. . .

. .

"

. .. ". .-

B. . . . . _" -" .. -. . . . . - . -

... - .

- . . . -__; - I _ _ . . _ . . . .. . . - . _ - . - . _ _ . .

- . - .. .. . . . .

. . .

i

El crSdi,;Ib RSCI'I para-cada letra es el siguiente:

FUNC I: ON fisc1 I

., CJ Giro derecha de la base 20

W Giro izquierda de la base 21

E * Eievacidn del codo

R bí5iiiinüAci6n altura codo

22

23 '

- .

. E l programa opera de .la s i g u i e n t e manera: En p r i n c i p i c , se

despliega en l a pantalla- el , . mensaje .- - . - PRESICIME UN& TECL4 ?

ENSEGUIDA <:ENTER> a continuacidn el usuat- io debet-& oorirnir Z R d

d e las teclas designadas para .efectz.ar e l mcsvimicr;to dsseado.

t El programa permite que e l usuar io oprima una secuencia d e

caracteres para que e l brazo real ice una rut ina cualquiera.

L a s t e c l a s p a r a . l a rnanipuiaci6n del brazo 501-1 las siguientes:

"." ~- ~ ." .

91 BLI OGRAFX A:

..

r

. .

“” ” .

I - . r .

. . - - .

-”

. .. . . . ..

.

1 - i-

d 2 s f (19

:EDURE RECEPCION; .- . , ..

- : NTEGER; i IN 'OK I:= 1 TO LOPIG DO

Rx j

:EDURE OPCI ON; .

[N fXTMODE (3) ; EXTBACKGROUNDtl):

[NDOW (1 Ir l. 80 ,25) j ,RSCR;

ZXTBACEGROUND ( 8 ) ;

. ..

END :

- - APENDICE C

" "

P

" .

-. , . .

"- ~ -

., "Ir

i I N INTERRUPC i ONES EOU 41 : NUBERO MAX IXl DE CARACTERES

;DE L A TABLA

. .

" ""

Lt**t*t SUBRUTINA DE RECEPSION POR EL PUERTO S E R I E C * t * t # * . S I N I N T E R R U P C I O N R E C I B E UN DATO Y L O PONE EN A

JNE SCON. O, RX MCIV 4 SEUF .. MOV R1,Q - MOV PI.. #OOH L C A L L CHECFl I

RET

- 5 -

CLR %...a. SCON. o . . .- b

~*t*t** PROCEDIMIEN'TO QUE CHECA EL VALOR RECIVIDO P O ~ - H X :A : CJNE R1 #29 CHECAC)

MOV DPTE, #TABLA0 L C A L L TxTABLA

L C A L L DELCIY L C A L L DELkY CLR P1.0

-. " S

. SETB P1.0 .- -

""__I_ . " -. ". .

" - . -. . .. .. ,- . . " . .

RET . -

RATE

X O : CJNE Rl, #21, CHECAl MOV . DPTR,#TABLAl

., L C A L L TxTABLA SETE P1. i

L C A L L DELAY . .

'.r LCALL DELRY

" CLH P 1 .,>

SETE P1.2 tCC)Lt DELAY ;CALL DELAY i

CLR P1.Z f

RET

;A2 : CJNE R 1, #23. L'HECAZ MW DF'TR. #TABLAS LCALL TxTAEL4 SETB P1.3 LULL DELFIY LCALL DELAY CLE F1.3

RET

' -*

i

.:M: CJNE R 1 . #24. CHECAZ MOV LCALL TxTABLA

LCALL DELAY LCALL DELAY CLR P 1 . 4

"- " - "

DPTR,#T9BLA4- -. -7. "" ~ - -7 - -- - - ~ . - . -

" SETB P1. 4

. .

RET . '

.. . .

:A4: CJNE R1 #25, CHECAS MOV DPTH, #TAE(LM

SETB P1.5 LCALL DELAY LCALL DELAY CLR

LCALL TXTAELA

.- b

r1.z

RET "

. *.

:&S: CJNI?, H1 #26, CHECA6 r,

MOV . "DPTH #TABLA6 LCALL TxTFIBLA . TI. - SETB P1.6 LCALL DELAY LCALL DELAY CLR F1.6

RET

- . *

- . .

. . . .

. . - ,. .. . ~. " - - . .. . . - . - " "- - . . _ _ . - - - .. ..

. - I

. _" - - " , " . . . . .. -. .

- . " . .. - - - ~ ...

. . . . '.- . . . - . ~ u . - .

. . . I - .

A- : .. . " .. . .

8 . A6: CJNE R 1 #27, CHECA7

. .

MOV DPTR. #TABLA7 LCALL TxTAELU SETB P1.7

, LCALL DELAY LCALL DELAY

P1.7

x * * * * *

P -4 .. * * * * * * * * *

.-. .. a..

* * , *

.. * * *

-I

m D

D cn r

* * * * * * * * * * * * * * .x. * * * * * Y

* * * 3( Y .w * * * * * * * *

* w

* * * * m 2.3 o

o ! 'U o

m D o cr O

& U

n

GI w

r