CC BY
20Информатика и системы управления
УДК 004.42
Потемкин Михаил Сергеевич
Амурский государственный университет г. Благовещенск, Россия E-mail: ciius@amursu.ru Potemkin Mikhail Sergeevich Amur State University Blagoveshchensk, Russia E-mail: ciius@amursu.ru Бушманов Александр Вениаминович Амурский государственный университет г. Благовещенск, Россия E-mail: master@amursu. ru Bushmanov Alexander Veniaminovich Amur State University Blagoveshchensk, Russia E-mail: master@amursu. ru
РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ МАНИПУЛЯЦИОННЫМ УСТРОЙСТВОМ «РУКА»
DEVELOPMENT OF SOFTWARE FOR MANAGEMENT MANIPULATING DEVICE «HAND»
Аннотация. Разработано программное обеспечение для управления манипуляционным устройством с использованием текстового протокола обмена данными между МК и смартфоном (OS Android) для управления звеньями манипулятора. Описаны функциональность и программные модули программного продукта.
Abstract. Software has been developed to control the manipulator device using a text data exchange protocol between the MC and a smartphone (Android OS) to control the manipulator links. The functionality and software modules of the software product are described.
Ключевые слова: манипулятор, микроконтроллер, смартфон, протокол, интерфейс.
Key words: manipulator, microcontroller, smartphone, protocol, interface.
DOI: 10.22250/jasu.95.7
Введение
В настоящее время в различных областях промышленности применяются манипуляционные устройства для выполнения широкого спектра технологических задач.
Эти устройства представляют собой сложный электромеханический объект, обладающий рядом особенностей. Во-первых, манипуляторы отличаются сложной кинематической структурой, содержащей множество независимых либо взаимосвязанных звеньев; во-вторых, изменение положения в пространстве оказывает влияние на физические силы, действующие на манипулятор; в-третьих, существует необходимость синхронного управления большим числом двигателей [1].
В связи с указанными особенностями для внедрения манипуляторов в производственный процесс требуются специально разрабатываемые системы управления (СУ). Они служат для организации взаимодействия между человеком-оператором и манипуляционным устройством и обеспечивают выполнение процессов, необходимых для автоматизации технологической операции.
Постановка задачи
Манипуляционное устройство представляет собой антропоморфный манипулятор с шестью степенями свободы, способный выполнять различные движения, подобно человеческой руке. Звенья манипулятора соединяются друг с другом с помощью шарниров (суставов) и вращаются вокруг осей систем координат, идущих через центры суставов [2]. Каждое звено управляется с помощью сервопривода. Для управления положением манипулятора необходимо постоянно контролировать положение и скорость движения звеньев.
Манипулятор копирует человеческую руку, которая имеет плечо, локоть, запястье и кисть (рис. 1), используется для замены человеческого труда в процессе выполнения различных основных и второстепенных технологических операций.
Рис. 1. Внешний вид манипуляционного устройства.
Управление звеньями манипулятора осуществляется с использованием устройства с электрическим мотором - сервомотором (сервоприводом). Сервопривод управляется с помощью импульсов переменной длительности. Параметры этих импульсов - минимальная длительность, максимальная длительность и частота повторения. Такие сигналы представляют собой широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) [3]. Микроконтроллерная платформа Arduino имеет возможность управлять устройствами с применением ШИМ-сигнала. Для этого в системе используется микроконтроллерное устройство.
С целью поддержания связи микроконтроллер (Arduino) - смартфон (OS Android) посредством bluetooth реализуется протокол обмена данными. Микроконтроллер, получая команды от смартфона, обрабатывает их и управляет сервоприводами, установленными на сочленении звеньев манипулятора, в соответствии с пришедшей командой.
Человеко-машинный интерфейс реализует разрабатываемый программный продукт на базе смартфона ОС Android. Этот продукт должен выполнять следующие функции: управление манипуляционным устройством с помощью смартфона (OS Android) посредством Bluetooth-технологии (реализация текстового протокола обмена данными между смартфоном и микроконтроллером); задание скорости перемещения звеньев манипулятора; управление отдельными звеньями манипулятора; управление манипуляционным устройством в ручном режиме, в позиционном режиме; получение данных о текущем положении манипуляционного устройства.
Решение задачи
Протокол обмена данными представляет собой набор правил, соглашений, которые определяют обмен данными между микроконтроллером и смартфоном. В разрабатываемой системе управления используется текстовой протокол на основе AT-команд для передачи данных с приложения верхнего уровня (смартфон) на микроконтроллер и наоборот. Команды начинаются с символов «AT» (перевод с английского «attention» - внимание). Стандартным ответом на команду является последовательность символов «OK».
Разрабатываемая система управления состоит из трех программных модулей (рис. 2): модуль управления электрическими приводами, приводящими в движение звенья манипуляционного устройства; модуль обработки пришедших в микроконтроллер команд; модуль пользовательского интерфейса управления манипуляционным устройством.
Рис. 2. Структура разрабатываемой СУ манипулятором.
Модуль управления сервоприводами хранится в памяти микроконтроллера и представляет собой класс, описывающий функции для управления сервоприводами, установленными на звеньях манипулятора.
Модуль обработки пришедших команд также хранится в памяти микроконтроллера и обеспечивает обмен данными со смартфоном. В данной подсистеме реализуется посимвольная обработка пришедшей команды и формирование соответствующего на нее ответа.
Модуль пользовательского интерфейса обеспечивает передачу информации между человеком-пользователем и микроконтроллером, управляющим манипуляционным устройством. Главной задачей пользовательского интерфейса является взаимодействие человека с манипулятором.
Интерфейс пользователя хранится на смартфоне в виде приложения (рис. 3), которое позволяет осуществлять следующие взаимодействия с манипуляционным устройством: управление в ручном режиме; настройка скорости перемещения звеньев; управление в позиционном режиме; получение данных о текущем положении манипулятора.
Настройки
Значение скорости поворота манипулятора HHI о б/мин
Значение скорости сгибания плеча об/мин
Значение скорости сгибания локтя ШЯ об/мин
Значение скорости сгибания кисти ШШШ об/мин
Значение скорости поворота кисти ^Шоб/шн
Значение скорости сгибания пальцев об/мин
Ручное управление
* Fmfagcf Mddle (inotf R« 'ШК1 LÜH* Sw
Рис. 3. Эскиз интерфейса пользователя.
Заключение
В ходе разработки программного обеспечения были реализованы основные алгоритмы управления звеньями манипуляционного устройства, решены следующие из поставленных задач
проекта: отлажена взаимосвязь микроконтроллера Arduino и смартфона Android; протестированы: работа меню настроек, что позволяет задавать скорость перемещения звеньев, а также ручное управление, дающее возможность пользователю управлять манипулятором в ручном режиме.
Научная новизна работы - разработка и реализация новых подходов к решению проблемы управления манипуляционным устройством: предложена структура и принцип построения системы управления манипуляционным устройством, основанные на применении микроконтроллера и мобильного устройства - смартфона, что позволяет эффективно решать задачи определения траектории движения механической руки и управления звеньями манипуляционного устройства.
1. Основы робототехники: учеб. пособие. - Изд. 3-е, перераб. и доп. - СПб.: БХВ-Петербург, 2010. - 368 с.
2. Юревич, Е.И. Основы робототехники: учеб. пособие. - Изд. 3-е, перераб. и доп. - СПб.: БХВ-Петербург, 2010. - 368 с.
3. Петин, В.А. Проекты с использованием контроллера Arduino. - СПб.: БХВ-Петербург, 2014. - 400 с. УДК 004.415
Галаган Татьяна Алексеевна
Амурский государственный университет г. Благовещенск, Россия E-mail: tgalagan@yandex.ru Galagan Tatiana Alekseevna Amur State University Blagoveshchensk, Russia E-mail: tgalagan@yandex.ru Греков Павел Александрович Амурский государственный университет г. Благовещенск, Россия E-mail: tgalagan@yandex.ru Grekov Pavel Alexandrovich Amur State University Blagoveshchensk, Russia E-mail: tgalagan@yandex.ru
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ТЕСТИРОВАНИЯ ЗАДАЧ ПО ОЛИМПИАДНОМУ ПРОГРАММИРОВАНИЮ
DESIGNING AN SYSTEM FOR AUTOMATED TESTING PROBLEMS IN OLYMPIC PROGRAMMING
Аннотация. В статье рассматриваются особенности реализации системы для автоматизированной проверки работ участников олимпиад по программированию.
Abstract. The paper considers the features of the implementation of a system for automated verification of the works of participants in programming olympiads.
Ключевые слова: олимпиадное программирование, система автоматизированной проверки решений, тестирование программ.
Key words: competitive programming, automated verification system, program testing.
DOI: 10.22250/jasu.95.8
