Розробка акселерометричної системи керування маніпуляторами

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВСТУП

Маніпулятор - механічний аналог руки людини, був створений, щоб замінити людину в небезпечних і шкідливих для неї умовах, таких як, загазовані приміщення, середовища з високим рівнем радіації або вакуумі, а також в цілях поліпшення виконання важкої праці на підприємствах та інші. Тому, на сьогоднішній день, механічний маніпулятор є найбільш часто використовуваною робототехнічною системою.

З самого початку роботи над відтворенням механічного аналога руки людини інженери робототехніки почали шукати спосіб, який би дозволив їй виконувати ту ж роботу і з тією ж точністю, що і людина. Спочатку ставки робились на автономність. Створення алгоритмів виконання заданих дій для маніпуляторів дозволило застосовувати їх на виробництвах, для заміни людини при виконанні одноманітної і монотонної роботи, в складальних цехах і на конвеєрах. Саме через це вони стали найбільш масовими робототехнічними системами. Однак автоматика не дозволила застосовувати маніпулятори у тих випадках, де необхідно приймати інтелектуальні рішення. Для того, щоб машина могла замінити людину в таких випадках, вона повинна володіти розумом, таким, який би наближався до людського. Роботи над створенням систем штучного інтелекту до цього часу вже велися і ведуться до цих пір. Однак, за такий тривалий період часу, незважаючи на великі досягнення в цьому напрямку, зробити систему, яка хоча б наблизилась до людського розуму, так і не вдалось. Саме тому, в таких випадках, автоматика не здатна виконувати роботу з тією ж швидкістю, точністю і якістю, з якою це робить людина. З'явилась потреба в системах керування, які б дозволяли безпосередньо людині управляти маніпулятором. Системи керування такого типу отримали назву людино-машинні системи керування маніпулятором. Одним з типів таких систем є системи копіюючого керування. Системи копіюючого управління маніпулятором отримали широке розповсюдження, особливо в тих умовах, коли необхідно проводити маніпуляції в небезпечних для людини умовах, а також в тих ситуаціях, в яких необхідна висока точність виконання операцій. Сучасний стан мікроелектроніки дозволяє створювати такі системи з використанням нових датчиків,ще більш точних ніж ті, що були раніше. Використання таких сучасних датчиків які виконана за технологією MEMS(мікроелектронні механічні системи), дозволять підвищити точність і синхронність дії таких систем керування. Саме тому розробка таких систем є особливо актуальна та практично значима.

1. ОБЛАСТІ ЗАСТОСУВАННЯ ТА ТЕХНІЧНІ РІШЕННЯ СИСТЕМ КЕРУВАННЯ МАНІПУЛЯТОРАМИ

Маніпуляційні роботи (МР) згідно з класифікацією, запропонованого академіком РАН Є.П. Поповим, поділяються на: автоматичні МР з програмним, адаптивним і інтелектуальним управлінням; біотехнічні МР з командним, копіюючим і напівавтоматичним керуванням; інтерактивні МР з автоматизованим, супервізорним і діалоговим керуванням.

Процес розвитку робототехніки за аналогією з розвитком обчислювальної техніки складається з декількох етапів. Перший етап розвитку промислової робототехніки характеризувався створенням маніпуляторів з ручним і дистанційним управлінням для звичайних цехових і екстремальних умов роботи і МР з автоматичним управлінням (промислових роботів) для виконання допоміжних і підйомно-транспортних операцій, пов'язаних з обслуговуванням основного технологічного обладнання та складських приміщень.

Подібні ПР відносяться до групи допоміжних (підйомно-транспортних) роботів. Розвиток робото технічних систем (РТС) як засобів гнучких автоматизованих виробництв визначає другий етап розвитку робототехніки. Цей етап пов'язаний зі створенням технологічних (виробничих) роботів, які безпосередньо виконують технологічні операції механообробки, що характеризуються складною просторовою оброблюваної поверхнею при невисоких вимогах до розмірної точності, в тому числі лазерного та гідро абразивного обробки; монтажно-збиральних і зварювальних операцій; обробки поверхонь шляхом їх забарвлення або напилення антикорозійних рідин, випробування, контролю.

1.1 Автоматичне управління

Автоматичне програмне управління реалізується у вигляді: циклового, позиційного, контурного і контурно-позиційного управління. МР з програмним управлінням працюють тільки в умовах детермінованою зовнішнього середовища, що вимагає застосування різного роду орієнтуючих пристроїв , наповнювачів та інших пристосувань. При не детермінованої зовнішньому середовищі застосовуються адаптивне та інтелектуальне управління.

1.2 Інтерактивне управління

Супервізорним засобом керування роботом називають систему керування, при якій оператор обирає для виконання одну за одною заздалегідь укладених в пам'ять робота типових операцій, забезпечуючи таким чином виконання певної заданої складної роботи.

При цьому, команди оператора включають в себе два види інформації: назва типової операції і введення чисельних значень деяких заздалегідь не визначених параметрів цієї операції. Прикладом такої інформації є необхідні для виконання операції координати зовнішнього середовища. Це здійснюється за допомогою, наприклад, керуючої рукоятки, світлової мітки на екрані дисплея, світлового пера, миші, засобів віртуальної реальності в комп'ютерному тривимірному просторі.

Операція може задаватися через клавіатуру, за допомогою мовного командного устрою та інших засобів спілкування. Більш досконале інтерактивне управління передбачає діалоговий зв'язок з роботом. Після отримання певного завдання, робот може повідомити про нездійсненність якоїсь операції із зазначенням причин, може запитати у оператора відсутню для його виконання інформацію або будь-які уточнення, повідомити про виникнення несправності і т. п. У свою чергу оператор може запитати у робота додаткову інформацію про зміст пам'яті, додаткову сенсорну інформацію про зовнішнє середовище, або стан окремих його систем. Для реалізації подібного діалогового режиму, включаючи мовний обмін, потрібен інтелектуальний інтерфейс.

Супервізорний метод управління дозволяє поєднати інтелектуальні можливості людини при вирішенні складних неформальних завдань та обчислювальні можливості ЕОМ при вирішенні формалізованих задач. Для розробки такої системи управління потрібні: правильний вибір засобів і методів сенсорного забезпечення роботів, розробка адаптивних алгоритмів керування, чітке визначення і розмежування функцій між людиною і ЕОМ при взаємодії з роботом. Алгоритми управління забезпечують реалізацію типових рухів елементів маніпулятора, так і корекцію його дій.

Співвідношення між ланками і характеристичними координатами руки робота є основою алгоритмів безпосереднього розрахунку, причому для маніпуляційних систем, в яких більше ніж три ланки, накладаються обмеження для виключення надмірності їх структури.

Можливість обчислення характеристичних координат елементів маніпуляційної системи робота в заданій точці за одну ітерацію є однією з переваг таких алгоритмів управління. До недоліків - обмеженість застосування даного алгоритму тільки для даної кінематичної структури робота, та не оптимальність одержуваної траєкторії руху робочих органів в задану позицію.

Неузгодженість між вихідним і заданим положеннями робочих органів маніпуляційної системи, в алгоритмах оптимізації, розглядається як цільова функція, яка імітується в процесі управління роботом з урахуванням обмежень на орієнтацію ЗУ.

Забезпечення оптимальної, траєкторії переміщення ланок маніпуляційної системи,є перевагами алгоритму оптимізації, однак при цьому різко збільшуються час і обсяг обчислень. Інтерактивний режим управління, при русі мобільних роботів у невідомої місцевості, має особливо велике значення. В цьому випадку діалоговий режим часто необхідний при виникненні складних і непередбачених перешкод, плануванні маршруту, а також інших нештатних ситуацій.

1.3 Біотехнічне управління

Відмітною ознакою біотехнічного управління маніпуляторів є участь людини в процесі управління. Системи керування, в яких керуючі сигнали виробляються в процесі взаємодії людини і машини називаються людино-мишинні системи керування. Така система управління застосовується, коли реалізація автоматичного управління невигідна в порівнянні з керуванням людиною, або неможлива на базі сучасної техніки.

До першого варіанту, коли людське управління являється кращим за автоматику, відносяться операції, які людина робить швидше, якісніше і дешевше, хоча вони цілком піддаються роботизації, або особливо відповідальні операції, які людина не може довірити автомату (деякі операції в космосі, під водою в екстремальних ситуаціях).

Другий варіант відповідає досить складним технічним операціям та об'єктам управління. Наприклад: дугове зварювання складних виробів, вільна ковка, деякі складальні і настроювальні операції, різні аварійно-рятувальні операції. Приклади об'єктів: мобільні роботи у складній непередбачуваній обстановці, космічні та підводні маніпулятори.

Інтелект людини та її органи чуття дозволяють оператору швидко орієнтуватися в робочій обстановці, аналізувати умови роботи, приймати необхідні рішення і вибирати раціональні алгоритми виконання технологічних операцій. Це і визначає застосування маніпуляторів з ручним і дистанційним управлінням для виконання складних і нетипових операцій з не детермінованими варіативними об'єктами як при звичайних, так і екстремальних умовах роботи. До маніпуляторів з ручним управлінням відносяться збалансовані і механічні копіюючі маніпулятори. При експлуатації збалансованих маніпуляторів оператор впливає безпосередньо на підвішений вантаж. Управляти рухом збалансованого маніпулятора можна і не безпосередньо, а за допомогою спеціального виносного пульта дистанційного командного управління.

Необхідність більшого видалення оператора від небезпечних зон, що виникають при аварійних ситуаціях та екстремальних умовах експлуатації, збільшення вантажопідйомності маніпулятора і зниження стомлюваності оператора призвела до створення в повному розумінні дистанційно керованих маніпуляторів. З точки зору методів управління дані маніпулятори поділяються на маніпулятори з командним, напівавтоматичним і копіюючим керуванням.

1.4 Системи командного управління

Система командного управління передбачає управління окремими приводами, і здійснюється в релейному режимі управління швидкістю та переміщенням. Таке управління застосовується виключно як додатковий спосіб управління, наприклад, для програмування методом навчання промислових роботів, а також в аварійних і нештатних ситуаціях. Швидкодія такого управління дуже низька, так як, для отримання прийнятної точності таке управління ведеться зазвичай на зниженої швидкості, а, також тому, що тут приводи працюють послідовно. Точність управління визначається вмінням оператора, через якого замикається зоровий зворотній зв'язок в контурі управління.

1.5 Системи напівавтоматичного управління

Один з найперших способів управління маніпуляторами є управління за допомогою керуючої рукоятки. Принцип роботи системи досить простий. По задаючий рукою оператора траєкторії робочого органу керуюча рукоятка (джойстик), визначає завдання його приводам. Це робиться за допомогою математичної моделі маніпулятора рішенням оберненої задачі кінематики. Кожна ступінь рухливості оснащена датчиком положення. Оператор, зміщуючи своєю рукою керуючу рукоятку, задає координати робочого органу маніпулятора, за допомогою цих датчиків. По даним цих датчиків, комп'ютер визначає завдання для приводів. Для управління рухом робочого органу потрібно шість координат - три орієнтуючі кутові і три переносні його центру. Для цього застосовуються дві трьох статичні керуючі рукоятки: одна для управління переміщенням, а інша - орієнтацією робочого органу.

Невисока точність відображення геометрії перешкоди є недоліком таких систем управління. Для того, щоб визначити напрямок руху руки, повинна бути забезпечена деяка свобода руху. Отже, рука повинна мати можливість зміщуватися також і в напрямку перешкоди. Якщо треба рухатися вздовж перешкоди, роблячи на нього деякий тиск, то виникне протиріччя, тому що , ступеня рухливості повинні бути звільнені, щоб здійснити такий рух, однак імітація опору з боку перешкоди призведе до блокування приводів.

Використання електромеханічного маніпулятора, є ще одним способом реалізації відображення зусиль опору руху, на якому встановлений сило вимірювальні датчик замість схвата.

Цей спосіб дозволяє точніше виконувати рух уздовж границі перешкоди. Однак, недоліком э те, що рух маніпулятора відбувається з відчутними автоколиваннями, що ускладнює роботу оператора. Це обумовлено тим, що величина переміщення рукоятки пропорційна діючої на неї силі.

Управління за допомогою керуючої рукоятки, на сьогоднішній день, був практично повністю витиснений більш сучасними системами.

1.6 Системи копіюючого управління

Системи копіюючого управління маніпулятором або MSM (master-slave manipulators) отримали широке розповсюдження, особливо в тих умовах, коли необхідно проводити маніпуляції в небезпечних для людини умовах, а також в тих ситуаціях, в яких необхідна висока точність виконання операцій.

Перші конструкції систем копіюючих маніпуляторів почали використовуватися в атомних лабораторіях США. Оператор, з безпечної відстані, управляє рухами маніпуляторів і спостерігає за їх роботою, перебуваючи в безпечному приміщенні. В Атомній промисловості США зараз використовується понад 2500 телеоператорів.

Ще одною сферою застосування копіюючих маніпуляторів є медицина. Компанії, які займаються медичною технікою та обладнанням, такі компанії, як Intuitive Surgical виробляють хірургічні роботи - маніпулятори, якими управляє лікар - хірург завдяки системам копіюючого маніпулятора, із застосуванням «віртуальних» методів, таких як 3D - анімація і тактильне відчуття. Перевагою використання комп'ютеризованого методу є те, що хірургу не потрцбно бути присутнім при проведенні операції, адже лікар може бути де завгодно в світі, що приводить до можливості віддаленої хірургії. У разі відкритої хірургії, автономні інструменти стали замінювати традиційні, виконуючи тіж самі дії, але з набагато більш гладким зворотним зв'язком руху, у порівнянні з людською рукою. Головною метою таких інструментів, є зменшення або повне усунення розривів тканин, які традиційно асоціюються з відкритою хірургією. Ця технологія дозволяє проводити операції, без необхідності різання тіла пацієнта для забезпечення доступу для рук хірурга, а саме, через крихітні розрізи. Хірург, засобами робототехніки, може "проникати” у внутрішні області тіла і маніпулювати невеликими хірургічними інструментами.

Основні принципи побудови копіюючих маніпуляторів використовуються і при розробці навантажувальних маніпуляторів з аналогічним способом управління, проте їх вузька спеціалізація дозволила ввести ряд змін в систему управління. Перш за все слід зазначити, що за наявності кругових обслуговуваних обсягів немає можливості розташувати оператора нерухомо щодо обслуговується обсягу, практично він робить поворот разом з виконавчим механізмом, як це має місце, наприклад, у екскаваторах та кранах. У зв'язку з цим для управління поворотом використовується, як правило, управління по швидкості і лише в особливих випадках можливе введення додаткового механізму повороту з сервоприводом, управління яким здійснюється від пристрою, що задає, керуючого і рухом інших ланок маніпулятора. Це дозволяє згодом при розгляді ряду систем управління зупинятися тільки на плоских схемах виконавчих механізмів, що забезпечують рух в базовій площині.

Система керування копіюючим маніпулятором є системою, яка розширює можливості людини, дозволяючи оперувати предметами на відстані. Така система основана на принципі синхронної дії між органом управління і об'єктом управління. Об'єктом управління є виконавчий (ВМ) маніпулятор, а органом управління ним служить керуючий маніпулятор (КМ).

Керуючий механізм кінематично повністю повторює виконавчий. Замість схвату, як у виконавчого маніпулятора, у керуючого є рукоятка. Оператор, переміщаючи цю рукоятку, змушує робочий орган виконавчого маніпулятора повторювати цей рух. Таким чином, виконавчий маніпулятор повторює, копіює рух керуючого.

Керуючий маніпулятор, за звичай, набагато менше виконавчого, для того щоб відповідати розмірам робочої зони руки людини, а також в силу обмеження простору, що надається оператору за пультом управління, де розміщується керуючий маніпулятор.

Задача о копіюванні захватом переміщень виконавчого маніпулятора, які задають керуючий маніпулятор зводиться до того, що ланки першого, повинні виконувати ті ж відносні рухи, які мають місце в другому. Система передач для відтворення цих рухів може бути різною. Наприклад, керуючий механізм оснащується датчиками відносних переміщень його ланок. Сервоприводи, які розташовані на рухомих ланках виконуючого маніпулятора керуються сигналами цих датчиків і приводять виконавчий маніпулятор в положення, яке відповідає положенню керуючого.

Існують два типи систем копіюючих маніпуляторів - незворотні, або односторонньої дії, і оборотні, або двосторонньої дії. Вони відрізняються один від одного, наявністю, так званого, ефекту силового відчуття у другому типі. Коли оператор переміщує керуючий механізм, він відчуває на своїй руці протидію яке пропорційне зусиллю, з яким робочий орган виконавчого маніпулятора діє на об'єкти зовнішнього середовища (так званий ефект відображення зусилля).

В системах двосторонньої дії присутні приводи, які необхідні для здійснення зазначеного ефекту силового відчуття, у відмінку від копіюючих маніпуляторах односторонньої дії, в яких приводи відсутні.

Ефект відображення зусилля дуже важливий для точності і надійності управління маніпулятором. Коли людина сама виконує яку-небудь операцію, наприклад піднімає і переміщує вантаж, вона, сама того не помічаючи, враховує масу вантажу і докладає силу, пропорційну їй, а коли відкриває або закриває двері, люк, пересуває деталь і т.д., інстинктивно діє з силою, яка не призводить поломки або деформації предметів, заклинювання або зрив різьби з них і т. п. Оператор потребує інформації про зусилля, що розвиваються маніпулятором, щоб теж уникнути деформацій і псування деталей, не знижуючи швидкості проведення операцій і підвищуючи тим самим продуктивність праці та якість робіт, виконуючи подібні операції за допомогою робота.

В залежності від типу зв'язку між задаючим і керуючим механізмом, копіюючі маніпулятори можна розділити на три групи.

1.6.1 Маніпулятори з механічним зв'язком

Механічні маніпулятори були першими пристроями, які почали використовувати в небезпечних для життя людини умовах. Перші конструкції таких систем були представлені в 1951 році Раймондом Гоерцом (Raymond Goertz) Комісії з ядерної енергетики. В цих маніпуляторах керуючий і виконавчий механізми зв'язані механічними передачами: зубчатими, тросово-стрічковими та іншими. За допомогою цього виконавчий маніпулятор переміщувався під дією зусилля з боку людини-оператора, прикладеного до керуючого маніпулятора. Механічна конструкція, забезпечувала з'єднання один-до-одного між двома сторонами, створюючи відтворення фактичної маніпуляції. Механічні передачі є реверсивними і мають високий рівень КПД, тому на задаючому механізмі достатньо точно відтворюються зусилля, яке прикладено до виконавчого маніпулятора. З сьогоднішньої точки зору ці пристрої здаються примітивними, так як не мали електроніки та комп'ютерного управління. Тим не менш, вони були досить ефективними і до цих пір широко використовуються. Ці механічні телеманіпулятори прості, надійні, та зручні в використанні. Вони були першими механізмами подібного типу. Вантажопідйомність цих систем становила від 3 до 16кгс. По суті, чисто механічні пристрої були обмежені відстанню приблизно 5 метрів між виконавчим і керуючим маніпулятором. Крім того, ця відстань визначалася під час установки системи, наслідком чого жодна із сторін не могла переміщатися по відношенню до іншої.

1.6.2 Маніпулятори з магнітним приводом

Маніпулятори цього типу використовуються в тих випадках, коли необхідно забезпечити абсолютну герметизацію об'єму камер(робота в зоні значного тиску, вакуумі і т.д). У якості приводів в них використовуються муфти на постійних магнітах, які дозволяють передавати переміщення через “глуху” стінку, без отворів під передаточні механізми. Маніпулятори з магнітними муфтами бувають двох видів: с торцевими магнітними муфтами, і с циліндричними магнітними муфтами.

1.6.3 Сервоманіпулятори

Ця назва закріпилась за копіюючими маніпуляторами, в яких керуючий і виконуючий механізми, зв'язані системами управління особливого виду -- обратимі стежачі системи (ОСС), розроблені в 70-х роках XX століття. Такі системи забезпечують відтворення по положенню між задающими та виконуючими органами, а також відтворюють на задаючому зусилля, яке прикладене до виконуючого.

Схем побудови таких систем дві, а саме, симетрична і несиметрична схеми. Симетрична, названа так, тому що в ній задающа і виконавча частини ідентичні. На вхід приводів подається з різним знаком неузгодженість Дб = бі -- бз, де бі і бз - кути повороту приводів одного ступеня рухливості відповідно виконавчого та задающого маніпуляторів. Зворотний зв'язок, здійснюється за допомогою датчиків швидкості ДСІ, ДСЗ, і створює звичайну динамічну корекцію. При повороті оператором ланки на кут бз виникає неузгодженість Дб, яка призводить до створення на виконавчої осі рушійного моменту Ми, який сонаправлений з бз і викликає зміну бі в тому ж напрямку. На задающій стороні під дією цього ж сигналу неузгодженості Дб, що надходить із зворотним знаком, виникає такий же за величиною момент, але відповідно спрямований проти повороту бі, т. е. протидіє зміні бі.

Оператор сприймає цей момент, так ніби він безпосередньо повертав виконавчу вісь, робивши опір навантаження. Це і є ефект відображення зусилля.

Динаміка системи в лінійному наближенні може бути описана наступними рівняннями:

1.

де коефіцієнти демпфуючих швидкісних сил;

- моменти інерції; - передавальні функції швидкісних і позиційних контурів приводів на задающої і виконавчої сторонах. Висловивши з другого рівняння Дб і підставивши цей вираз в перше,

отримаємо:

Будемо вважаючи задающу і виконавчу системи управління ідентичними. Тоді можна спростити вираз перед квадратною дужкою наступним чином:

Тут - коефіцієнт масштабування відчуття оператором навантаження на виконавчої осі. З урахуванням останнього виразу

Похибка відображення зусилля:

перший член цього виразу - внутрішній момент на керуючій стороні, а другий - на виконавчій стороні. У цих членів перший доданок визначає похибку, викликану інерційністю приводів, а друге - швидкісними силами опору. Для зменшення цієї похибки в приводах застосовують позитивний швидкісний зворотний зв'язок, що компенсує члени, і послідовну корекцію у вигляді ПІ-ланок для усунення статичної помилки стеження. Проте кардинальний шлях підвищення точності відображення зусилля - це застосування на керуючий стороні контуру управління безпосередньо за різницею ().

В несиметричній схемі системи управління, виконавчий привід відображає кут бз, в той час як задаючий привід відпрацьовує момент Mі. Для демпфування цього приводу і отримання необхідної якості відпрацювання моменту застосовують гнучкі зворотні зв'язки і послідовні коригувальні ланки.

Використовуються, також приводи на сельсинах. Вони складаються з з сельсина-датчика і сельсина-прийомника, які мають конструкцію звичайного матора. Обмотки роторів і статорів обох сельсинов з'єднані між собою по індікаторній схемі. Ротори сельсинов-датчиків зв'язані с ланками керуючого маніпулятора, а ротори сельсинов-прийомників -- с ланками виконуючого маніпулятора. Якщо обертати ротор сельсина-датчика, то при відсутності на виконавчому механізмі нагрузки ротор сельсина-прийомника буде мати синхронне з ним обертання. У результаті виконавчий маніпулятор в цілому і його робочий орган відстежують положення керуючого маніпулятора, переміщуваного оператором. Однак, в маніпуляторах зі стежачими приводами або з магнітними муфтами виконавчий механізм відтворює рухи керуючого механізму лише приблизно. Саме тому вони не забезпечують необхідної синхронності між керуючим і виконавчим маніпулятором.

2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧІ

Поставлена задача розробити систему копіюючого маніпулятору з використанням трьохосьових акселерометрів.

Для розробки системи необхідно:

- вивести формули та рівняння що описують механічний маніпулятор як об'єкт керування;

- проаналізувати роботу акселерометрів;

- визначити зв'язки між кутами положення ланок маніпулятору і кутами що міряють акселерометри;

- провести порівняльний аналіз акселерометрів і встановити оптимальні характеристики для використання в системі керування.

- розробити структурну схему системи;

- розробити електричну схему з'єднання пристроїв системи;

- виготовити експериментальний зразок механічного маніпулятору;

- виготовити експериментальний зразок керуючого приладу;

- провести налагодження системи;

- розробити програмне забезпечення;

- провести випробування системи копіюючого маніпулятора.

3. ЗАГАЛЬНІ ПРИНЦИПИ СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ

3.1 Маніпулятор як виконавчий об'єкт керування

Маніпулятор - механізм для управління просторовим положенням знарядь і об'єктів праці і конструкційних вузлів та елементів.

Маніпулятори включають в себе рухомі ланки, що забезпечують кутові переміщення, та ланки, що забезпечують поступальну ходу.

Область дії маніпуляційної системи та ступінь рухливості робота визначає взаємне розташування та поєднання ланок маніпулятора.

В маніпуляторах можуть використовуватися електричні, гідравлічні або пневматичні приводи для забезпечення руху його ланок. Однією з частин маніпуляторів, хоч і необов'язковою, є захватні пристрої. Розглянемо динаміку дволанкового маніпулятора. (Ріс.3.1) Припустимо що маси ланок зосереджені на їх кінцях.

Рис.3.1 Динаміка дволанкового маніпулятора.

Спільна змінна

узагальнений вектор сили

деі моменти приводів. Для ланки a1 кінетична і потенційна енергія:

Для ланки а2 ми маємо:

так що квадрат швидкості дорівнює

Таким чином кінетична енергія ланки а2 дорівнює

Потенційна енергія ланки а2

Лагранжіан для всієї руки



Нарешті, відповідно до рівняння Лагранжа, динаміка маніпулятора задається двома пов'язаними нелінійними диференціальними рівняннями

Запишемо рівняння динаміки маніпулятора в векторній формі

Перепишемо рівняння динаміки маніпулятора в стандартній формі:

де - матриця інерції, - вектор швидкісних сил, - n-мірний вектор сил тяжіння. ф - вектор сил, що діють за n ступенями рухливості системи.

Згідно розглянутим рівнянням механічний маніпулятор являє собою досить складний динамічний об'єкт -- багатомірний, нестаціонарний і нелінійний, зі взаємопов'язаними змінними.

Одним з можливих підходів вимірювання кутів ланок маніпулятора є використання акселерометрів, які утворюють сигнали відповідно до проекцій вектору земного тяжіння пропорційно цим кутам. Використання акселерометрів з цифровим виходом які обладнані багато розрядним аналого-цифровим перетворювачем забезпечить необхідну точність роботи системи управління.

3.2 Акселерометр

3.2.1 Загальна характеристика

Акселерометром називають пристрій, який реагує на прискорення, статичне або динамічне, виникаюче під дією сили, яка прискорює датчик, наприклад, внаслідок дії гравітації.

Серед усіх типів акселерометрів, найкращими характеристиками володіють ємнісні напівпровідникові датчики, виконані за технологією MEMS. Технологія MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), дозволяє поєднувати на одному кристалі традиційні електронні елементи інтегральних схем з мікроелектромеханічними пристроями. В таких акселерометрах пластини, що рухаються паралельно, утворюють змінний конденсатор. Три пластини утворюють послідовне з'єднання двох конденсаторів. При цьому дві пластини, що знаходяться по краям, жорстко закріплені, а центральна зміщується, відносно них, під дією інерційних сил. При наявності прискорення, рухома пластина зміщується щодо нерухомої частини акселерометра. До груза прикріплена обкладка конденсатора і зміщується щодо обкладки на нерухомої частині. Коли прискорення відсутнє ємності майже однакові, якщо ж прискорення відмінно від нуля, пластинка зміщується, і баланс ємностей порушується.

3.2.2 Принцип дії

При впливі прискорення на рухливу пластину акселерометра масою m сили F = mа виникає зміщення х, яке пропорційне прискоренню:

де в - жорсткість підвісу, а - прискорення зсуву сенсора, щ₀ - власна частота коливань сенсора, яка визначає чутливість механічної частини. На обкладку конденсатора подаються прямокутні електричні імпульси різної полярності в протифазі.

Коли відсутнє прискорення, зсув механічної системи відсутній і ємності рівні, тому вихідний сигнал змінної напруги також практично дорівнює нулю (завжди присутній малий ненульовий зсув). При наявності прискорення, з'являється зсув рухомої частини, і з'являється змінний сигнал.

Отриманий сигнал, детектується в схемі синхронного демодулятора і посилюється. Для зменшення шумів та запобігання небажаного збудження сенсора частота електричного сигналу, що подається на ємності, вибирається істотно більше власної частоти коливань сенсора.

Значення резонансної частоти датчика не перевищує 10 кГц, частоти подаючого сигналу - 100 кГц. Вихідним сигналом після відповідної обробки сигналу перетворювачем із сенсорної частини є сигнал широтно-імпульсної модуляції (ШІМ), при якому прискорення також пропорційно відношенню тривалості імпульсу до періоду послідовності.

3.2.3 Основні параметри

Основні параметри, а також їх співвідношення визначають області застосування акселерометрів. Найважливішими параметрами акселерометра є чутливість S, що виражається як відношення сигналу в вольтах до прискорення:

діапазон вимірюваних прискорень, нелінійність, шуми що обмежують поріг дозволу пристрою, температурний дрейф нуля (зсуву) та чутливості, які впливають на точність визначення прискорення. У деяких випадків важливою характеристикою є власна частота коливань сенсора щ₀ або резонансна частота f₀, яка визначає робочу смугу частот сенсора. Чутливість датчика залежить від якості електронного перетворювача.

3.2.4 Вимірювання кутів нахилу

За допомогою сили гравітації проаналізуємо визначення кута нахилу акселерометра. Кут нахилу визначається за величиною виміряної проекції.

На практиці, крім сили гравітації, на об'єкт діють ще й інші сили, викликані обертанням, тряскою і т.д. Сила гравітації є величиною постійною, тому будь-які додаткові сили, діючі на об'єкт, змінять вихідні дані акселерометра, що призведе до появи помилки в розрахунку кута нахилу. Вплив інших сил можна звести до мінімуму, застосувавши попередню обробку вихідного сигналу акселерометра, але це призведе до затримки видачі актуального значення кута.

3.2.5 Одноосьовий акселерометр

Рис.3.2 Одноосьовий акселерометр

Розглянемо ідеальний випадок, в якому вісь X об'єкта завжди знаходиться в площині дії сили гравітації. Отримаємо вираз для обчислення проекції сили гравітації на вісь Х:

(1)

де- кут між горизонтом і віссю акселерометра.

За горизонт беруть площину, яка ортогональна силі гравітації. Через те що вихідне значення акселерометра пропорційно синусу кута нахилу в поле гравітації, для визначення кута нахилу отримаємо формулу:

(2)

Так як пропорційна зміні сигналу на виході акселерометра, то:

 - напруга на виході акселерометра

- напруга при 0g

- Чутливість акселерометра

Проаналізуємо залежність проекції Ax від кута нахилу. Чутливість інклінометра виражається відношенням зміни його вихідного сигналу до пов'язаної з цим зміни кута. В одноосьовому випадку, якщо кут нахилу близький до значення 90°, велика зміна кута призводить до маленької зміни вимірюваного прискорення. Таким чином, чутливість вимірювання кута нахилу буде прагнути до нуля з наближенням значення кута до 90°.

Однією з важливих характеристик інклінометра є величина його порога чутливості. Ця характеристика визначає мінімальну різницю між двома кутами, яку прилад може виміряти.

Поріг чутливості акселерометра є постійна величина, отже для інклінометра він повинен змінюватися подібно до його чутливості: найкраще значення в районі кута нахилу від 0° і найгірше при 90?. Акселерометр повинен визначати величину, на яку змінюється проекція сили гравітації при зміні нахилу на кут рівний порогу чутливості інклінометра. Ця величина представляється формулою:

(3)

де-поточний кут.

Досягнення високої роздільної здатності на широкому діапазоні вимірювань, в одноосьовому випадку, можливо лише із застосуванням акселерометра, який володіє високою роздільною здатністю. Крім того, така схема не може працювати в повному діапазоні кутів від 0 ° -360 ? так як значення синуса збігаються для кутів N ? і 180 ?-N ?.

3.2.6 Двохосьовий акселерометр

Рис 3.3 Двохосьовий акселерометр.

Введення в систему вимірювання додаткової осі чутливості Y, ортогональної осі X яка також знаходиться в площині дії сили гравітації, дозволить позбутися вищеописаних недоліків.

Значення прискорення виміряний акселерометром по осі X буде пропорційно синусу кута нахилу, а значення прискорення виміряний акселерометром по осі Y - косинусу кута нахилу. З властивостей функцій синуса і косинуса випливає, що тоді як чутливість по одній осі буде зменшуватися, вона ж за іншою віссю буде збільшуватися. Розрахунок кута нахилу можна провести скориставшись наступною формулою:

(4)

(5)

Застосування відносини проекцій для обчислення кута нахилу, робить аналітичне визначення порогу чутливості непростим завданням. Виходячи з того що чутливість по одній осі зростає в той час як за іншою вона падає, можна грубо вважати, що загальна чутливість є постійною величиною. Розрахунок порога чутливості, виконаний для одного кута, буде справедливий для всього інтервалу вимірюваних кутів. До значних помилок вимірювання кута нахилу одноосьовим акселерометром призведе будь-який нахил не по осі чутливості. Навіть якщо присутній нахил по третій осі введення додаткової осі дозволяє отримати досить точні результати. При дії гравітації тільки в площині XY значення прискорення, буде 1g. Нахил в площині XZ або YZ зменшить вимірюване прискорення, що призведе до зниження чутливості акселерометра. Вплив сили гравітації на осі X і Y з ростом кута нахилу буде зменшуватися, в результаті неможливо буде взагалі розрахувати кут нахилу.

Також, додаткова вісь дає нам можливість вимірювати кути в діапазоні 0-360 градусів. Це досягається завдяки зміні знака в залежності від приналежності кута до того чи іншого квадранту.

90? X > 0; Y < 0	X > 0; Y > 0 0?
180? X < 0; Y < 0 270?	360? X < 0; Y > 0

3.2.7 Трьохосьовий акселерометр

Рис.3.4 Трьохосьовий акселерометр

Вимірювання всіх кутів нахилу сенсора в просторі досягається введенням третьої чутливої осі. У початковій позиції осі X і Y знаходяться в площині горизонту, а вісь Z ортогональна осях X і Y.

У початковій позиції, при якій сила гравітації діє тільки на вісь Z, отримаємо, що всі значення кутів рівні 0. Значення кутів можуть бути обчислені за наступними формулами:

(6)

(7)

(8)

Поріг чутливості в 3-ох випадку постійний як і в 2-ох осьовому і це дозволяє точно виміряти значення кутів для всієї сфери.

3.2.8 Калібрування акселерометра

Все вище сказане справедливе при умові що використовується ідеальний акселерометр, який має ідеальну чутливість і зміщення нуля відсутнє. В реальності ж на MEMS-акселерометр буде діяти статичне «навантаження» незважаючи на те, що він відрегульований. Це призведе до зміщення рівня нуля і зміни чутливості сенсора. Акселерометр буде видавати значення кутів нахилу з точністю значно гірше заданої. Для зниження помилки допоможе калібрування чутливості і нульового значення акселерометра. Для калібрування акселерометра досить зняти кілька свідчень акселерометра, у разі якщо на нього діє тільки сила тяжіння.

Усі отримані значення від акселерометра можна представити в такому вигляді:

(9)

де - початкове зміщення, - коефіцієнт чутливості; - дійсне значення прискорення, що діє на сенсор, так само 1g; Размещено на http://www.allbest.ru/

Для знаходження величин А0 і К, знімемо свідчення з акселерометра, в положеннях, 0 ?, 90 ?, 180 ? і 270 ?. Математично отримані значення можна записати в такій формі:

(10)

(11)

(12)

Враховуючи що, а, після складання виразів (9),(10),(11)і(12)отримаємо:

(13)

Для знаходження коефіцієнта чутливості скористаємося наступними тригонометричними тотожностями:Размещено на http://www.allbest.ru/

і

,

звідки:

(14)

Описану послідовність дій необхідно провести для кожної з осей чутливості акселерометра.

3.3 Принцип дії системи керування

Керуюча частина являє собою маніпуляційну систему, яка кінематично повторює виконавчий маніпулятор і складається з трьох ланок - плечова, ліктьова і кистьова. Для визначення кутів повороту керуючого пристрою, кожна ланка обладнена акселерометром. Акселерометри, які розташовані в кистьової і в ліктьової ланках, визначають кути повороту в 2ох осях координат - XY, а акселерометр, розташований в плечової ланці, працює в 3 осях - XYZ. При зміні положень ланок керуючого пристрою змінюються показання відповідних акселерометрів.

Рис 3.5 Поворот ліктьової ланки маніпулятора.

Проаналізуємо роботу керуючої системи на прикладі декількох випадків переміщення ланок керуючого маніпулятора.

Перший випадок (рис.3.5), коли здійснюється поворот ліктьової ланки. При зміні положення ліктьової ланки, буде змінюватися положення в просторі не тільки акселерометра, який розташований в ліктьової ланці, але також і акселерометра, розташованого в кистьової, що призводить до зміни проекції прискорення на чутливу вісь як одного, так і іншого сенсора. Це веде до небажаних наслідків, а саме, в тому випадку, коли проводиться поворот тільки ліктьової ланки керуючого маніпулятора, змінювати свій кут нахилу буде як ліктьова, так і кистьова ланка виконавчого маніпулятора. Цю проблему, можна вирішити програмним засобом, а саме, проводити порівняння значень з обох акселерометрів. Якщо приріст значень кутів обох акселерометрів однаковий, це означає що, поворот відбувається тільки ліктьовою ланкою керуючого маніпулятору, а якщо приріст кута акселерометра кистьової ланки відбувається швидше або повільніше ніж ліктьової, значить, відбувається поворот обох ланок. У випадку, коли відбувається приріст значення кута ліктьового акселерометра, а значення кута акселерометра розташованого в кистьової ланці постійне, буде означати, що поворот ланок керуючого маніпулятора буде відповідати ріс.6.

Рис 3.6 Поворот ліктьової та кистьової ланок маніпулятора.

Для формування керуючих сигналів для виконавчого маніпулятора, необхідно провести програмну обробку отриманих значень кутів акселерометрів що відображують виміри величин прискорення. Кут повороту акселерометра це кут між горизонтом і чутливою віссю, а саме площини, ортогональної силі гравітації. Тому, значення кута нахилу ланки маніпулятора буде дорівнювати 90⁰ ± значення кута нахилу акселерометра.

4. РОЗРОБКА СИСТЕМИ КОПІЮЮЧОГО МАНІПУЛЯТОРУ

4.1 Керуючий пристрій

Система керування копіюючим маніпулятором являє собою багатопроцесорну систему, яка розроблена за принципом системної інтеграції.

Рис 4.1 Експериментальний зразок керуючого пристрою

Керуючий пристрій (рис.4.1) розроблений на базі контролерного модулю SeeeDuino, до якого, через I2C шилд підключено три буферні контролерні модулі, виконані на основі мікроконтролера ATmega8A. До кожного контролерного модуля підключений акселерометр.

Завданням буферного модулю є створення персональної адреси для кожного модуля акселерометра. Це необхідно, на сам перед, для того, що б чітко розуміти, з якої саме ланки приходять значення кутів. Зміни кутів повороту ланок фіксуються акселерометрами, які, через буферні пристрої, передають отримані значення до центрального модуля.

Центральна плата, прийнявши дані, по шині USB відправляє їх на ПК. ПК, завдяки спеціальному програмному забезпеченню, аналізує та обробляє дані, що надходять, і відправляє команди, що задають кути повороту, на контролерну плату маніпулятора. Маніпулятор, прийнявши команду, виконує поворот відповідним двигуном на необхідний кут, після чого відправляє на ПК підтвердження, про виконання команди. Реалізація подібної схеми, можлива завдяки установці акселерометрів, на ланки маніпулятора. Прийнявши команду на поворот, маніпулятор виконує поворот до того моменту, коли акселерометр не видасть відповідне значення кута. Після чого на ПК надсилається підтвердження. Вся електроніка змонтована на механічному каркасі, який реалізує керуючий маніпулятор, який кінематично повторює виконавчий. Акселерометри розташовуються на ланках керуючого маніпулятора - плечова, ліктева, кистьова ланки.

4.2 Елементна база керуючого пристрою

4.2.1 Акселерометр

Акселерометри є головною складовою системи копіюючого керування, так як вони є основним реєстраційним елементом системи, тому вибір найбільш підходящих за своїми характеристиками акселерометрів, є першочерговою задачею при створенні системи керування. Було вирішено вибрати декілька типів акселерометрів, а саме, Freescale MMA7660FC, та Analog devise ADXL345, та провести експериментальний аналіз їх характеристик, а також, провести експеримент в режимі керування ліктьової ланки маніпулятора.

4.2.1.1 Freescale MMA7660FC

MMA7660FC трехосьовий акселерометр з діапазоном ± 1,5g і цифровим виходом I2C. Він призначений для визначення руху об'єкта і вимірювання кутів повороту або орієнтації.

В якості вимірювального елемента використовується MEMS датчик прискорення Freescale. Одним з важливих переваг акселерометрів MMA7660 є мале енергоспоживання і перестроюваєма частота вимірів (користувачеві доступні на вибір 8 діапазонів з частотою вибірки від 1 до 120 Гц).

Акселерометр проводиться в 10-вивідному корпусі DFN розміром 3 ? 3 ? 0,9 мм. Робочий температурний діапазон акселерометра становить від -40...+85 ?C. Напруга живлення 3,6 В.

Відмітна особливість:

Споживання акселерометра в сплячому режимі складає всього 2 мкА, в активному 47 мкА при частоті вимірювань 1 Гц.

Основні параметри наведені в таблиці 1.

Таблиця 1

Прискорення (макс.),±g	1.5
Осі	XYZ
Чутливість,LSB/g	21.33
Роздільна здатність,біт	6
Частота зрізу,Гц	120
Інтерфейс	I2C
VCC,В	от 2.4 до 3.6
ICC,мА	0.3
TA,°C	от -40 до 85
Корпус	DFN-10

4.2.1.2 Analog devise ADXL345

ADXL345 - цифровий трьохосьовий iMEMS (інтегральна мікро- електронно-механічна система) акселерометр забезпечує економію до 80% енергії в порівнянні з аналогічними трьох осьовими інерційними датчиками. ADXL345 так само містить вбудований АЦП (аналого-цифровий перетворювач), який спрощує апаратну конфігурацію пристрою.

Датчик руху ADXL345 містить вбудований блок FIFO (перший увійшов, перший вийшов) пам'яті в якій зберігається до 32-х вибірок даних по осях X, Y і Z. Шляхом обробки вхідних даних для визначення необхідності активної відпрацювання системою змін в положенні і прискоренні, новий датчик руху додатково економить енергію, споживану всією системою, завдяки самостійного виконання частини функцій центрального процесора. Зазвичай, центральний процесор споживає левову частку від загального споживання енергії в системі; утримання процесора в режимі очікування протягом максимально можливого часу, може знизити загальне споживання енергії системою більш ніж на 75%.

Надекономічний цифровий акселерометр ADXL345 має діапазон вихідних сигналів, масштабований в діапазоні частот від 0,1 Гц до 3,2 кГц, на відміну від конкурентів, які мають фіксовану швидкість передачі даних 100 Гц, 400 Гц або 1 кГц.

Це дає можливість точно виділяти кількість енергії необхідної для даної функції і зарезервувати невикористану потужність. ADXL345 так само вимірює динамічне прискорення, що виникає при русі або ударі. Діапазон величин миттєвого прискорення до 10000g дозволяє використовувати датчик для таких додатків, як захист жорстких дисків в персональних комп'ютерах.

Датчик забезпечує дозвіл 4 милі G / МЗР (молодший розряд) у всіх діапазонах прискорень, розпізнавання одноразового і подвійного клацання, виявлення активності і простою, виявлення вільного падіння і програмовані користувачем порогові рівні.

Датчик так само містить трьох і чотирьох провідний SPI (послідовний периферійний інтерфейс) цифровий інтерфейс і має діапазон робочої напруги від 1,8 до 3,6 В.

Основні параметри наведені в таблиці 2.

Таблиця 2

Прискорення (макс.),±g	2
Осі	XYZ
Чутливість,LSB/g	32
Роздільна здатність,біт	10
Частота зрізу,Гц	1600
Інтерфейс	I2C SPI
VCC,В	от 2 до 3.6
ICC,мА	0.145
TA,°C	от -40 до 85
Корпус	LGA-14

4.2.1.3 Результати випробувань

Випробування проводилися в режимі керування поворотом ліктової ланки маніпулятора, тобто, при повороті і, відповідно, зміні кута акселерометра, в рух приводився сервомеханізм розташований в ліктьовому суглобі маніпулятора.

Отримані показання для MMA7660FC приведені в таблиці 3.

Таблиця 3

Вихідні значення	Прискорення, ±g	Кут (x,y)
21	0.984	152
20	0.938	148
19	0.891	145
18	0.844	142
17	0.797	139
16	0.750	136
15	0.703	133
14	0.656	131
13	0.609	129
12	0.563	126
11	0.516	123
10	0.469	120
9	0.422	117
8	0.375	114
7	0.328	111
6	0.281	108
5	0.234	105
4	0.188	102
3	0.141	99
2	0.094	96
1	0.047	93
0	0.000	90
-1	-0.047	87
-2	-0.094	84
-3	-0.141	81
-4	-0.188	79
-5	-0.234	76
-6	-0.281	73
-7	-0.328	70
-8	-0.375	67
-9	-0.422	64
-10	-0.469	61
-11	-0.516	58
-12	-0.563	55
-13	-0.609	51
-14	-0.656	48
-15	-0.703	45
-16	-0.750	42
-17	-0.797	39
-18	-0.844	36
-19	-0.891	33
-20	-0.938	30
-21	-0.984	24

Показання Analog Device ADXL345 приведені в таблиці 4.

Таблиця 4

Вихідні значення	Прискорення, ±g	Кут (x,y)
265...269	0.997	143
260...264	0.974	142
255...259	0.959	141
250...254	0.948	140
245...249	0.922	139
240...244	0.903	138
235...239	0.884	137
230...234	0.865	136
225...229	0.846	135
220...224	0.828	134
215...219	0.809	133
210...214	0.794	132
205...209	0.771	131
200...204	0.756	130
195...199	0.737	129
190...194	0.726	128
185...189	0.703	127
180...184	0.981	126
175...179	0.658	125
170...174	0.643	124
165...169	0.636	123
160...164	0.609	122
155...159	0.583	121
150...154	0.568	120
145...149	0.557	119
140...144	0.548	118
135...139	0.526	117
130...134	0.493	116
125...129	0.466	115
120...124	0.455	114
115...119	0.432	113
110...114	0.414	112
105...109	0.402	111
100...104	0.376	110
95...99	0.357	109
90...94	0.346	108
85...89	0.319	107
80...84	0.301	106
75...79	0.282	105
70...74	0.267	104
65...69	0.244	103
60...64	0.225	102
55...59	0.214	101
50...54	0.191	100
45...49	0.173	99
40...44	0.154	98
35...39	0.135	97
30...34	0.127	96
25...29	0.097	95
20...24	0.082	94
15...19	0.060	93
10...14	0.045	92
5...9	0.022	91
0...4	0.011	90
-4...-1	0.015	89
-8...-5	0.030	88
-12...-9	0.045	87
-16...-13	0.056	86
-20...-17	0.071	85
-24...-21	0.082	84
-28...-25	0.105	83
-32...-29	0.116	82
-36...-33	0.135	81
-40...-37	0.146	80
-44...-41	0.165	79
-48...-45	0.180	78
-52...-49	0.191	77
-56...-53	0.207	76
-60...-57	0.225	75
-64...-61	0.240	74
-68...-65	0.252	73
-72...-69	0.267	72
-76...-73	0.282	71
-80...-77	0.297	70
-84...-81	0.312	69
-88...-85	0.331	68
-92...-89	0.346	67
-96...-93	0.361	66
-100...-97	0.372	65
-104...-101	0.395	64
-108...-105	0.406	63
-112...-109	0.417	62
-116...-113	0.429	61
-120...-117	0.447	60
-124...-121	0.462	59
-128...-125	0.478	58
-132...-129	0.496	57
-136...-133	0.504	56
-140...-137	0.523	55
-144...-141	0.542	54
-148...-145	0.557	53
-152...-149	0.572	52
-156...-153	0.587	51
-160...-157	0.602	50
-164...-161	0.613	49
-168...-165	0.624	48
-172...-169	0.647	47
-176...-173	0.651	46
-180...-177	0.673	45
-184...-181	0.685	44
-188...-185	0.700	43
-192...-189	0.722	42
-196...-193	0.737	41
-200...-197	0.752	40
-204...-201	0.760	39
-208...-205	0.782	38
-212...-209	0.790	37
-216...-213	0.813	36
-220...-217	0.824	35
-224...-221	0.843	34
-228...-225	0.850	33
-232...-229	0.865	32
-236...-233	0.880	31
-240...-237	0.899	30
-244...-241	0.914	29
-248...-245	0.929	28
-252...-249	0.948	27
-256...-253	0.963	26
-260...-257	0.967	25
-270...-261	0.971	24

Випробування показали, що діапазон вимірюваного прискорення акселерометра в ±1.5, ± 2g є найбільш прийнятним. Сервомотор маніпулятора практично миттєво спрацьовував навіть при швидкій зміні кута, як при використанні MMA7660FC, так і при ADXL345. Тому, найбільш вирішальним фактором стала розрядність АЦП. У постійному положенні акселерометра, тобто при утриманні кута, проекція прискорення на чутливу вісь постійна. Зсув механіки відсутній і ємності рівні, проте в силу присутності малих ненульових зсувів, на виході акселерометр видає не нульові значення. Відхилення становить ± одне, ± два значення. За технічними параметрами, розрядність АЦП у MMA7660FC становить 6 біт, його діапазон вихідних значень для кутів від -21 до +21. Ці значення охоплюють кути від 24 до 152 з інтервалом в 3 градуси, що не дозволяє точно управляти положенням ланки маніпулятора. ADXL345, АЦП якого видає 10бітне значення, в межах від -265 до +265 значень кутів, дозволив керувати маніпулятором дуже точно. Навіть в постійному положенні акселерометра, а також при швидкій зміні кута, при якій на сенсор, крім статичній сили тяжіння, діють додаткові сили інерції, маніпулятор стабільно тримає кут, без особливих відхилень, так як на один градус в середньому припадає близько 5 вихідних значень акселерометра.

За результатами проведених експериментів, було прийнято рішення використати акселерометри ADXL345 фірми Analog devise у якості основних реєстраційних компонентів керуючого пристрою в копіюючій системі керування.

4.2.2 Отладочна платформа Seeeduino

Отладочна плата Seeeduino компанії Seeed Studio - це повністю сумісна з Arduino плата, виконана на базі мікроконтролера Atmel AVR ATmega168P або ATmega328P. Плата містить інтерфейс USB на базі мікросхеми FT232RL, всі необхідні зовнішні компоненти і конектори для підключення плат розширення. Для роботи з платою в інтегрованому середовищі розробки Arduino необхідно вибрати в налаштуваннях середовища плату Arduino Duemilanove 328.