Todo el sistema de robot piano incluye varias subestructuras móviles, como dos manos móviles y 10 dedos giratorios y extensibles. Por tanto, el control del robot implica el control coordinado de múltiples actuadores. El controlador anfitrión es responsable de la interfaz hombre-máquina de la entrada de partituras musicales y la programación de acciones. Aunque el controlador principal requiere la función principal de control del movimiento del robot, en realidad no implementa un control de circuito cerrado para accionar el motor o los dedos de la mano. El controlador objetivo es incorrecto y el control de circuito cerrado de cada motor de accionamiento se realiza realmente. En la figura se muestra el robot piano de planta controlado de forma realista. 6.
En este sistema, las dos manos (o palmas) comparten el mismo estator con * * *, y los diez dedos son impulsados por 10 motores lineales, y los motores lineales son impulsados por servomotores separados. Para lograr una buena coordinación, cada movimiento del robot piano debe controlarse con precisión. De hecho, los movimientos o notas de cualquier robot que toca el piano se realizan mediante una combinación de muchos accionamientos (o motores). Además, algunos actuadores funcionan simultáneamente y otros en la secuencia correcta. La planificación de un esquema de control paralelo o de control distribuido supera los requisitos del control de actuadores múltiples. Esto se hace implementando el controlador local o la placa central FPGA del controlador de destino (módulo de 8 chips Cyclone III EP3C25Q240C de Altera) para llamar al sistema de control paralelo basado en el controlador FPGA. La placa FPGA programada tiene varios circuitos de procesamiento de datos y controladores locales, incluido un receptor de datos, un decodificador de código de control, una calculadora de posición y velocidad, un codificador lineal (o codificador lineal), un controlador de motor lineal y un controlador de servomotor. un módulo de chip, si el número de puertas no ha terminado. Basado en controladores FPGA, cada controlador local funciona de forma independiente aunque los controladores están programados en la misma placa FPGA. Para ilustrar el diseño del controlador local, por ejemplo, en la figura se muestra el diagrama de control del motor de accionamiento derecho (motor lineal). 7.
El controlador maestro controla la posición y el ángulo del motor al bus de datos, que se utiliza para controlar todo el sistema del motor. Según algunas convenciones, en lugar de proporcionar una codificación verdadera de la información de posición y ángulo al puerto paralelo o al bus de datos, la carga de transferencia de datos se reduce y simplifica para el controlador principal, y estos comandos de posición y ángulo se programan por alguna razón. La computadora esclava debería recogerlo y encontrar su propio comando de control. Por lo tanto, el sincronizador y el decodificador están diseñados para que el controlador de destino reciba correctamente comandos del controlador maestro.
Como se muestra en la Figura 7, algunas cadenas en la señal de reloj (A, B, Z) recibida por el decodificador de posición están determinadas por la regla óptica (o codificador incremental lineal) y la información de posición decodificada (lineal). motor motor) generado. La rotación de la señal de sincronización de un codificador incremental lineal (eje Z sincronizado) es diferente de la de un codificador incremental, que se envía de forma irregular, especialmente para el control de posición. Otro fenómeno que no se puede ignorar es el problema de la deriva. Dado que la señal de sincronización z no se puede obtener del codificador incremental, el decodificador de posición se desviará. El fenómeno de deriva aquí producirá un reloj ruidoso y se producirá un sobrepaso A o el reloj B en los sistemas de control de posición, especialmente en el control de motores lineales. En el decodificador posicional que se muestra en la figura, este problema se solucionará. 7.
De manera similar, el motor de tracción izquierdo tiene el mismo esquema de control. Los parámetros del motor manual (motor lineal LMCB5) se muestran en la Tabla 3.
Para evitar movimientos motores lineales frecuentes, se pueden girar los dedos horizontalmente alrededor de las teclas para golpear. Para posición de mano fija, ¿2 toques por dedo? Cuatro llaves. Este diseño equilibra el movimiento de la mano y los dedos que impulsan el motor. Además, tocar el piano y girar los dedos son más antropomórficos. Motores de accionamiento por dedo y servomotores. El motor tiene su propio circuito de control y accionamiento de circuito cerrado. Se controla ajustando el ciclo de trabajo de PWM. El controlador objetivo del motor accionado por dedo calcula el ángulo de rotación y genera la onda del ciclo de trabajo correspondiente. La figura muestra un diagrama de bloques. 8.
Debido a que el comando de ángulo del controlador principal no es solo el ángulo de rotación codificado, el controlador de destino debe decodificar y calcular el ángulo de rotación real del servomotor. Mira el teclado del piano en la imagen. 9. El teclado tiene botones blancos y negros. Las teclas blancas están espaciadas uniformemente y dispuestas en fila, pero las teclas negras sí. Hará que el ángulo de rotación del servomotor sea proporcional al código de ángulo según la posición donde permanece el motor lineal (mano). Por lo tanto, en el controlador de destino se establece una tabla de mapeo de la relación entre el código de ángulo del motor lineal, el ángulo de rotación y la posición de parada.
Por lo tanto, el método de cálculo real del ángulo de rotación es el código de ángulo de la tabla de búsqueda y la posición de parada de referencia del motor lineal.
¿Cinco? Diseño y simulación de controladores
En esta sección discutiremos la idea de encontrar un diseño de controlador adecuado para controlar el controlador de ganancia. Como se mencionó anteriormente, el motor de accionamiento digital controla el comando de ángulo para producir una onda de ciclo de trabajo PWM. No tiene ajuste de ganancia de control del motor con los dedos. Para motores manuales y motores lineales, necesitamos encontrar un diagrama de ganancia de control adecuado. 7. Seleccione el controlador PI como controlador de posición y velocidad del motor lineal en la figura. 7. Mediante simulación, podemos obtener la ganancia de control proporcional K p y la ganancia de control integral k i. Se omiten los detalles de la derivación teórica. El diagrama de simulación de Matlab/Simulink se muestra en la figura. 10. Sea K = 32,8382, K = 1499,6 para el bucle de control de velocidad y K = 22, K = 0,5 para el bucle de control de posición. En lugar de la simulación de parámetros del motor lineal, los resultados de la simulación se muestran en la Tabla 3, y las respuestas escalonadas del control de posición y los comandos de posicionamiento de 20 cm se muestran en la figura. 11.
Seis. Implementación y experimento
De acuerdo con el método de diseño anterior, incluido el método de control, el programa de procesamiento de datos y el circuito de hardware del controlador principal y el controlador local. Como se mencionó anteriormente, control de ganancia y diseño analógico. Sin embargo, la Figura 10 es una simulación de tiempo continuo. El controlador es un controlador digital. De ahí una ecuación de tiempo discreta para un controlador PI o un controlador analógico para un sistema digital. Programado únicamente a través de FPGA. Utilizando operaciones de transformada z, los resultados de la simulación se pueden digitalizar numéricamente. Además, ignoramos los detalles y las matemáticas complejas del diseño de cada controlador y subsistema durante el desarrollo. Puede examinarse implementando el sistema, diseñando el sistema y el hardware del controlador en el Tour de Francia. La trama a continuación. Figura 12 y fig. 13 es la recopilación y dibujo de resultados de medición de operación reales y datos de medición del sistema de control de posición del motor lineal basado en tecnología Matlab/RTWT. La Tabla 4 muestra los resultados de la medición del control de posición (movimiento del motor lineal) del movimiento de la mano a 5? 50 cm (2 intervalos de sintonización? 10 intervalos de tiempo clave). La Tabla 5 muestra la repetibilidad correspondiente para el control de posición de un motor lineal de 5 a 50 cm. La Tabla 6 muestra los resultados de la medición de la rotación del dedo (rotación del servomotor) para el comando de rotación de 5 a 24 grados. La Tabla 7 muestra que la repetibilidad de la rotación del dedo (rotación del servomotor) es ±5 para un comando de rotación de 24 grados.
Siete. ? Conclusión
Para realizar el control del robot piano antropomórfico y realizar el control paralelo de diez dedos de ambas manos, se utiliza una estructura de control jerárquica compuesta por un controlador host (PC) y un controlador local (FPGA). fue propuesto. En realidad, el sistema está controlado por tres subsistemas: el controlador host, el controlador de destino (o controlador local) y la fábrica (o dispositivo físico). Los códigos de programación, comando y control de las acciones del robot de las que es responsable el controlador principal se implementan en el controlador de destino a través de la PC. Se trata de una interfaz hombre-máquina interactiva programable y algoritmos inteligentes para generar códigos de control de música. Dale a una persona una partitura musical y un algoritmo inteligente generará una serie de actuaciones de robots. La serie está programada para protección contra colisiones y una personalización mínima de los movimientos de manos y dedos del robot. Reemplaza el diseño de controladores locales y realiza el control de circuito cerrado real de cada motor de accionamiento mecánico, incluido el accionamiento con dos manos y el accionamiento con diez dedos. Para conseguir una buena coordinación, analizamos el rendimiento y el tiempo de respuesta de cada actuador. Esta información es importante para el controlador principal del robot piano que programa y ordena cada actuador. Finalmente, la estructura de control jerárquico se ha implementado completamente para demostrar nuestro concepto de diseño.
Utilicé una herramienta de traducción para traducirlo porque yo tampoco podía entenderlo.