Методические рекомендации для проведения лабораторных работ
Лабораторные работы предназначены для последовательного изучения основных элементов автоматизированной производственной ячейки: управления манипулятором и конвейером, применения технического зрения и организации контроля рабочей зоны.
Перед началом выполнения рекомендуется ознакомиться с описанием программ в файле edu_arm95/README.md. Готовые примеры находятся в каталоге edu_arm95/scripts. Их можно запускать без изменений, использовать как основу или дополнять собственными алгоритмами.
Перед каждой лабораторной работой необходимо:
- Проверить подключение манипулятора, конвейера, камер и сигнальных ламп.
- Убедиться, что рабочая зона свободна от посторонних предметов.
- Проверить доступность кнопки аварийной остановки.
- Перевести манипулятор в исходное положение.
- Выполнить первый запуск программы на пониженной скорости.
- Не находиться в рабочей зоне во время движения оборудования.
Лабораторная работа № 1. Введение в автоматизацию: «Запуск производственного цикла»
Цель работы
Изучить основы совместного управления манипулятором, конвейером, камерой (например TrackingCam3) и сигнальными лампами. Разработать программу последовательного перемещения, распознавания и сортировки цветных кубиков.
Производственная ситуация
Цветные кубики расположены на палете в рабочей зоне манипулятора. Манипулятор должен поочерёдно переносить их на конвейер с заданным временным интервалом.
Конвейер доставляет кубики к точке захвата. После остановки конвейера манипулятор переносит очередной кубик в контрольную зону перед камерой. Камера определяет его цвет, после чего система выполняет дальнейшие действия в соответствии с выбранным режимом.
Предусмотрены два режима работы:
«Забор сразу». После распознавания цвета кубик сразу перемещается в зону выгрузки. Внутренняя сигнальная лампа мигает цветом кубика, пока он находится перед камерой.
«Накопление». Камера запоминает цвет первого кубика партии. Внутренняя лампа мигает этим цветом до завершения обработки всей партии. Цвет последующих кубиков не изменяет индикацию.
Задание
Разработать программу, которая обеспечивает:
- захват кубиков с палеты;
- укладку кубиков на конвейер через заданные интервалы;
- транспортировку к точке захвата;
- перенос кубиков в контрольную зону;
- определение цвета;
- работу в режимах «Забор сразу» и «Накопление»;
- управление двумя сигнальными лампами;
- обработку основных ошибок.
Порядок выполнения
1. Подготовка оборудования
Установить палету с кубиками в рабочей зоне. Проверить, что конвейер свободен, а камера имеет достаточный обзор контрольной позиции.
Задать:
- режим работы;
- интервал между укладкой кубиков;
- продолжительность движения конвейера до точки захвата.
2. Инициализация
После запуска программа должна проверить связь со всеми устройствами. Манипулятор переводится в исходное положение, конвейер останавливается, внутренняя лампа выключается.
После успешной проверки лампа рабочего терминала (стойки управления) включается синим цветом.
3. Формирование последовательности
Манипулятор захватывает первый кубик и устанавливает его на начало конвейера. Во время движения манипулятора лампа терминала горит зелёным цветом.
Конвейер запускается. Во время его движения лампа терминала горит жёлтым цветом.
Через заданный интервал манипулятор размещает следующий кубик. Действия повторяются до переноса всей партии.
4. Распознавание кубика
После доставки кубика к точке захвата конвейер останавливается. Манипулятор переносит кубик в контрольную позицию перед камерой.
Программа должна определить и сохранить:
- порядковый номер кубика;
- распознанный цвет;
- цвет первого кубика партии.
5. Выполнение выбранного режима
В режиме «Забор сразу» внутренняя лампа мигает цветом текущего кубика. После его удаления из зоны камеры лампа выключается.
В режиме «Накопление» лампа мигает цветом первого кубика до поступления всей партии. Кубики последовательно размещаются в зоне накопления.
6. Завершение работы
После обработки партии манипулятор возвращается в исходное положение, конвейер останавливается, внутренняя лампа выключается.
На терминал выводятся:
- количество обработанных кубиков;
- цвет первого кубика;
- выбранный режим;
- информация об обнаруженных ошибках.
Обработка ошибок
При невозможности захвата, отсутствии кубика, ошибке распознавания или потере связи программа должна:
- остановить конвейер;
- прекратить движение манипулятора;
- выключить внутреннюю лампу;
- включить красную лампу терминала;
- вывести описание ошибки;
- ожидать подтверждения оператора.
Ожидаемый результат
Ячейка автоматически обрабатывает заданное количество кубиков, распознаёт их цвет и корректно выполняет выбранный режим работы.
Лабораторная работа № 2. Введение в автоматизацию: «Усложнение производственного цикла»
Цель работы
Изучить применение стереокамеры SVCAM для определения пространственного положения объекта и управления захватом манипулятора.
Производственная ситуация
Оператор устанавливает палету с кубиками в рабочей зоне. Манипулятор переносит кубики на конвейер.
Стереокамера определяет цвет кубика, его положение на конвейере и расстояние до заданной точки остановки. На основании данных камеры конвейер должен остановить кубик в доступной для захвата области.
После остановки манипулятор захватывает кубик по рассчитанным координатам и переносит его в заданную позицию.
Задание
Разработать программу захвата объекта по данным стереокамеры.
Программа должна:
- получать пространственные координаты кубика;
- определять расстояние до точки захвата;
- останавливать конвейер в требуемый момент;
- рассчитывать положение захвата;
- переносить кубик в заданную точку;
- проверять доступность объекта для манипулятора.
Порядок выполнения
1. Подготовка оборудования
Установить палету с кубиками и проверить положение стереокамеры. Убедиться, что камера получает изображение и передаёт данные о глубине.
2. Инициализация
Проверить связь с манипулятором, конвейером и SVCAM. Перевести манипулятор в исходное положение и остановить конвейер.
3. Подача кубика
Манипулятор переносит кубик с палеты на конвейер. После освобождения рабочей зоны конвейер запускается.
4. Определение положения объекта
Стереокамера должна определить:
- положение кубика на изображении;
- расстояние до кубика;
- высоту объекта;
- при наличии соответствующих данных — его ориентацию.
Полученные координаты необходимо преобразовать в координаты, используемые манипулятором.
5. Проверка возможности захвата
Перед перемещением программа проверяет:
- находится ли кубик в рабочей зоне;
- не выходит ли рассчитанная точка за пределы досягаемости;
- возможно ли выполнить захват без столкновения с оборудованием.
При недопустимом положении объекта конвейер останавливается, а оператору выводится предупреждение.
6. Захват и перемещение
Если положение объекта допустимо, конвейер останавливает кубик в точке захвата. Манипулятор перемещается к рассчитанной позиции, захватывает объект и переносит его в заданную зону.
После размещения кубика манипулятор возвращается в исходное положение.
Обработка ошибок
Работа должна быть остановлена в следующих случаях:
- камера не передаёт данные;
- объект не обнаружен;
- получены некорректные координаты;
- объект находится вне рабочей зоны;
- высота или положение объекта не позволяют выполнить захват;
- манипулятор не смог захватить кубик;
- потеряна связь с одним из устройств.
После устранения причины ошибки повторный запуск выполняется оператором.
Ожидаемый результат
Манипулятор выполняет захват кубика не по заранее заданной точке, а по координатам, полученным от стереокамеры. При недоступном положении объекта система выводит предупреждение и прекращает выполнение текущей операции.
Лабораторная работа № 3. Введение в автоматизацию: «Настройка системы безопасности»
Цель работы
Разработать учебную систему контроля рабочей зоны манипулятора и реализовать остановку оборудования при обнаружении опасной ситуации.
Производственная ситуация
Камера контролирует рабочую зону робототехнической ячейки. Если в опасной области обнаружен человек система должна остановить манипулятор и конвейер.
На сигнальной лампе включается красный цвет. После освобождения рабочей зоны выполнение программы не должно продолжаться автоматически. Возобновление работы разрешается только после подтверждения оператора.
Задание
Разработать программу, которая:
- контролирует заданную опасную область;
- определяет появление человека;
- останавливает манипулятор и конвейер;
- управляет сигнальной лампой;
Порядок выполнения
1. Подготовка системы
Проверить работу камеры и задать контролируемую область. Убедиться, что в начале работы опасная зона свободна.
Программный контроль по камере применяется только в рамках лабораторной работы и не отменяет использование защитного ограждения и кнопки аварийной остановки.
2. Инициализация
После запуска программа проверяет доступность камеры, манипулятора, конвейера и лампы.
Если все устройства доступны, система переходит в состояние «Ожидание».
3. Контроль рабочей зоны
Во время выполнения производственного цикла камера постоянно проверяет контролируемую область.
Если опасность отсутствует, манипулятор и конвейер продолжают выполнение программы.
4. Реакция на опасность
При обнаружении человека необходимо:
- немедленно остановить конвейер;
- остановить движение манипулятора;
- включить красный цвет;
- вывести сообщение о причине остановки;
- заблокировать продолжение цикла.
5. Восстановление работы
После освобождения зоны система продолжает находиться в остановленном состоянии.
Оператор должен подтвердить продолжение работы. После подтверждения программа повторно проверяет камеру и рабочую зону. Если опасность отсутствует, система возвращается в состояние готовности.
Таблица 3 - Состояния робототехнической ячейки
| Состояние | Описание | Цвет лампы |
|---|---|---|
| Ожидание | Система готова к работе и ожидает запуска программы | Синий |
| Работа | Манипулятор и конвейер выполняют программу | Зелёный |
| Пауза | Выполнение программы временно остановлено | Жёлтый |
| Ошибка | Ошибка захвата, отсутствие объекта или сбой камеры. В рабочей зоне обнаружен человек или открытая дверь | Красный |
Ожидаемый результат
При обнаружении опасной ситуации манипулятор и конвейер останавливаются, а лампа загорается красным цветом. После освобождения зоны система ожидает подтверждения оператора и только затем разрешает повторный запуск.
Требования к отчёту
В отчёте по каждой лабораторной работе рекомендуется привести:
- Название и цель работы.
- Краткое описание разработанного алгоритма.
- Структурную схему взаимодействия устройств.
- Основные параметры программы.
- Ссылку на исходный код или основные фрагменты программы.
- Результаты проверки штатного режима.
- Результаты проверки ошибок и аварийных ситуаций.
- Вывод о выполнении задания.