У сучасному світі основним напрямком розвитку промисловості є автоматизація виробництва. Вона сприяє зростанню його ефективності за рахунок підвищення якості продукції, що випускається, а також скорочення числа робочих, зайнятих в різних сферах виробництва. Одним з основних елементів автоматизації промислових підприємств є використання роботизованих комплексів, що складаються з механічних маніпуляторів та систем управління ними. Застосування промислових роботів-маніпуляторів дозволяє підвищити точність виконання технологічних операцій, зменшити вплив людського фактору на виробничий процес, скоротити площу виробничих приміщень і забезпечити безперебійну роботу виробництва протягом 365 днів на рік і, певною мірою, зменшити вплив шкідливих чинників на персонал.

Необхідність дослідження і вдосконалення систем управління маніпуляційними роботами, перш за все, обумовлено їх широким застосуванням. Подібні пристрої використовуються в будівельній галузі (крани-маніпулятори), металургії (прокатні стани, кувальні маніпулятори), гірничодобувній промисловості (бурильні машини), хімічній промисловості (маніпулятори для роботи з токсичними і радіоактивними матеріалами), суднобудівній та авіаційній галузях (зварювальні та складальні маніпулятори, маніпулятори для різання металів) та інших областях.

Незважаючи на різне технічне виконання, будь-який маніпуляційний робот складається з декількох ланок, які забезпечують відповідні ступені рухливості виконавчих механізмів (двигунів), що призводять ці ланки в рух. Для переміщення ланок маніпулятора, в залежності від призначення робота, найчастіше використовуються крокові двигуни або сервоприводи різної потужності. Відзначимо, що кроковим двигунам віддається перевага в разі якщо швидкість переміщення ланок робота не є критичним параметром. Наприклад, даний тип приводів може використовуватися при побудові вантажних маніпуляторів.

Якщо ж потрібно забезпечити високу швидкість руху робота (наприклад, маніпулятора, який проводить складання деталей), то найбільш доцільно використовувати сервоприводи.

Процес розробки робота-маніпулятора складається з двох етапів:
розробка механічної частини робота (вибір матеріалу для виготовлення складових частин, а також типу виконавчих механізмів);
розробка системи управління маніпулятором (вибір контролера, вибір засобу програмування, розробка алгоритмів управління).

Розроблено системи управління роботизованим маніпулятором на основі мікропроцесорної системи управління ланками робота і програмним інтерфейсом оператора, який реалізований на ПК або ноутбуці. При цьому передбачається робота оператора (управління роботом) безпосередньо територіально розташованого поблизу робота-маніпулятора.

Однак, на наш погляд, зручнішим, ергономічнішим і економічно більш ефективним є віддалене управління роботизованою системою, використовуючи більш зручні засоби керування (джойстики або їх програмні аналоги) використовуючи сучасні протоколи передачі даних типу Wi-Fi і Bluetooth. Іноді, при роботі з шкідливим виробництвом, тільки такий підхід може бути єдино допустимим.

Постановка завдання

Тому виникає завдання створення системи віддаленого управління роботом-маніпулятором. Система повинна працювати в мережах Wi-Fi і Bluetooth. При цьому в якості пристрою управління роботом оператор повинен використовувати мобільний термінал – смартфон або планшет.

Результати досліджень

Схема системи віддаленого управління роботом-маніпулятором.

Об'єктом дослідження є робот-маніпулятор з 6-ма ступенями свободи, з яких 2 є обертовими, а 4 – поступальними.

Схема системи віддаленого управління роботом представлена на рис. 1.

Рис. 1. Схема віддаленого управління роботом-маніпулятором

В якості мобільного терміналу може виступати будь-який мобільний пристрій - смартфон або планшет, обладнаний інтерфейсом Wi-Fi або Bluetooth. Мікропроцесорна система управління роботом побудована на базі плати Arduino Uno. На рис. 1 М1-М7 позначені сервоприводи роботизованої системи.

Для розробки і налагодження системи віддаленого управління роботизованого комплексу був створений працюючий макет системи з 6-ма ступенями свободи (рис. 2).

Рис. 2. Зовнішній вигляд робота-маніпулятора з 6-ма ступенями свободи Проектування системи віддаленого управління здійснювалося за допомогою системи RemoteXY [3, 4].

RemoteXY – це система розробки і використання мобільних графічних інтерфейсів для управління контролерами зі смартфона або планшета. До складу системи входять:
редактор мобільних графічних інтерфейсів для контролерів, розміщений на сайті remotexy.com;
мобільний додаток RemoteXY, що дозволяє підключатися до контролера і відображати графічні інтерфейси.

Відмінні риси системи:
• Структура інтерфейсу зберігається в контролері.
• При підключенні немає ніякої взаємодії зі сторонніми серверами для того щоб завантажити інтерфейс.
• Структура інтерфейсу завантажується в мобільний додаток з контролера.

Підтримуються наступні способи зв'язку між контролером і мобільним пристроєм:
• Bluetooth;
• Wi-Fi в режимі клієнта і точки доступу;
• Ethernet за IP адресою або URL;
• Інтернет з будь-якого місця через хмарний сервер.

Процес проектування інтерфейсу користувача дистанційного керування роботом-маніпулятором наведено на рис. 3.

Рис. 3. Процес проектування інтерфейсу користувача дистанційного керування роботом-маніпулятором

Розглянемо процес дистанційного управління одним серводвигуном.

Середньому положенню вихідного валу серводвигуна відповідає ширина імпульсу 1500 мс. Крайньому лівому – 500 мс, крайньому правому – 2500 мс. Нам не доведеться вручну генерувати послідовність імпульсів для нашого серводвигуна, ми використовуємо бібліотеку Arduino «servo.h», яка забезпечить нам потрібну тривалість імпульсу. Ми тільки їй вкажемо, яка ширина імпульсу нам необхідна в даний конкретний момент.

Далі ми визначили структуру, в якій буде знаходитися інформація про стан слайдера.

Так, як положення слайдера змінюється від 0 до 100, а довжина імпульсу серводвигуна повинна змінюватися від 500 до 2500 (1500 середнє значення) використовуємо формулу:

У коді ми підключаємо бібліотеку servo.h і визначаємо один із серводвигунів з ім'ям myservo. У процедурі ініціалізації setup ініціалізується бібліотека RemoteXY (як в прикладі), далі ініціалізується серводвигун, під’єднаний до пін 9, і встановлюється середнє положення слайдера. У глобальному циклі - процедурі loop насамперед запускається обробник RemoteXY. Далі обчислюється тривалість імпульсу за формулою (1). І ця тривалість передається в якості параметра в функцію writeMicroseconds, тим самим задаючи положення вала серводвигуна, що відповідає положенню слайдера на смартфоні, в кожному циклі програми.

Нижче наведено фрагмент програми віддаленого управління серводвигунами робота.

Висновки

В результаті проведених досліджень була розроблена система віддаленого управління роботом-маніпулятором. При цьому управління роботом-маніпулятором виконується за допомогою мобільного пристрою (смартфона або планшета). Зручний інтерфейс і управління ланками робота-маніпулятора за допомогою елементів управління Slider робить роботу з системою легкою та комфортною.

До переваг даної системи слід віднести можливість роботи по різних протоколах обміну інформацією, в тому числі Wi-Fi і Bluetooth.