ارائه دهنده : سالار بصیری

ارائه دهنده : ساالر بصیریwww.interdisciplinary.ir

مطالب فهرستآشنایی با چند پروژه در حوزه رباتمسابقات رباتیکآشنایی با عملگرها و سنسورهای رباتمیکروکنترلرها و کنترل کامپیوتریطراحی اولیه یک ربات تعقیب خط

www.interdisciplinary.ir

Determination of Kinematic Parameters of a Passive

Bipedal Walking Robot

The two-dimensional kneed walking machine which is essentially a copy of McGeer's design.

McGeer's Kneed Walking Model.

Passive Bipedal Walking Robot Moving on a declined Surface

Color image processing is applied to obtain angular parameters


Determination of Kinematic Parameters of a Passive Bipedal Walking Robot

Robot joints are designated in color nodes.

The plane coordinate is divided to 3 geometrical zones and also 2 color zones.

The purpose of image processing is to find the position of colored nodes as is shown.



Several frames are taken while the robot is moving and they will be processed later.

In this method measuring devices don’t affect the subject under test.



To write the program, Delphi 7.0 is used.

For obtaining angular velocity and acceleration the 5 points differential formula is used.


The Puzzle Solver Robot Overview

This robot was made in order to be an image processing benchmark.

The robot has a telescopic arm with a 3 degree of freedom.

Mechanical systemElectronic unitComputer

programming


The Puzzle Solver RobotMechanical

system

A DC motor coupled with a gear box moves the arm (radius).

Rotation of arm (angle) is obtained by a stepper motor mounted on the arm.

Puzzle pieces can be grabbed and handled by a magnet attached to arm.


The Puzzle Solver RobotElectronic Unit

A computer is utilized for image processing and control of the robot.

The necessary commands through parallel port is passed to the interface.


The Puzzle Solver RobotComputer

ProgrammingDevice DriverImage Capturing Image Processor Low pass filter (LPF)


The Puzzle Solver RobotNumber Recognition Puzzle Solving Defining New Tasks Image Processing

Based Closed Loop Controller


Solving a numerical puzzle!!!


Tracking System

In the following project, our goal is tracking of moving target over a plane and turning it on by a laser pointer.


Tracking System For moving the

laser pointer over object plane, two stepper motors are used.

These motors are connected to a gear by a worm gear.


Tracking System The necessary

control commands are given by computer through parallel port to the interface circuit.

A web camera with 352x288 pixel resolution is mounted on the device as well.


Tracking System In order to find the

correct movement, the nearest neighbor method is used.

To find the right direction, it is enough to find the distance of each of the eight boxes from the target. The shortest is the optimum.


Position recognition of free load of a crane The goal in this

project was to find the position of a free load in mid air.

using angles sensor can not be accurate.

the windowing technique has been used.


ربوکاپ مسابقات مناسبی بسیار محمل مسابقات این ربوکاپ، مسابقات

علوم گسترش و کاربردی، مهارتهای آموزش جهتزیر مسابقات شامل و ست مصنوعی هوش و رباتیک

است: امدادگر رباتها سازی شبیه و فوتبال سازی شبیه کوچک سایز فوتبالیست رباتهای متوسط سایز فوتبالیست رباتهای نما انسان رباتهای واقعی امدادگر رباتهای خانگی رباتهای

ویژه ماموریتهای مصارفخاصو با رباتهایwww.interdisciplinary.ir

سازی شبیه و فوتبال سازی شبیهامدادگر

برنامه دو مسابقات این دررقابت به باهم کامپیوتریسرور. یک در مسابقات میپردازند . ها کالینت میشود انجام مرکزیبه را بازیکنان کنترلی دستورات

. میکنند ارسال سرور رده دو دارای مسابقات و 2Dاین

3D. است شده سازی شبیه فیزیکی قوانین

است. باید رباتها امدادگر شبیهسازی در

شبی زده زلزله محیط یک درآوری جمع به شده سازی

. بپردازند مصدومین


کوچک سایز فوتبالیست رباتهای حداکثر هرکدام که دوتیم

قطر 5دارای با کوچک رباتهستند، 20حداکثر سانتیمتر

سبز زمینه پس با زمینی دربه رنگ نارنجی توپ یک با و

. میپردازند مسابقه دوربین یک زمین باالی در

تصاویر که است شده نصبمرکزی کامپیوتر به رااز بعد و میکند ارسالبه الزم دستورات پردازش

. میشود فرستاده رباتها


متوسط سایز فوتبالیست رباتهای تمام مسابقات این درگیری تصمیم و پردازشهاانجام رباتها داخل در ها

زمین. ابعاد در 18میشود12 . رباته ابعاد است متر

است 80*50*50 سانتیمتر . از مسابقات این کلی بطوبرخوردار زیادی پیچیدگیسال. مسابقات در هستند

مجموع 2009 در 14در تیمکردند شرکت رقابت .این


انسانما رباتهای با رباتهایی مسابقات این درآنه حرکت که انسانی ظاهرمیگیرد انجام پا دو توسط نیز

میپردازند باهم رقابت .به پیچیدگی دارای رباتها اینو بوده باالیی دینامیکی مدل

آزادی 25تا 23بین درجهدارند .حرکت

شرکت تیمهای از بسیاریآماده بصورت را رباتها کنندهبر تنها و میکنند خریداریکار انها افزار نرم روی.میکنند


رباتهای امدادگر واقعی در کوبه شهر زلزله پی در مسابقات این

سال در شدنشش 1996ژاپن کشته به که . از هدف میشود اجرا انجامید، نفر هزاررباتهایی ساخت مسابقات این اجرایبه بتواند طبیعی حوادث هنگام در که است

. بیاید انسان کمک زده زلزله مکان یک شبیه مسابقات محیط

ربات که است زیاد مصنوعی عوارض با . کند پیدا را مصدومین بتواند بایدیا گرما مثل هایی نشانه خود از مصدومین

. میکنند منتشر کربن اکسید دی


خانگی رباتهای در رباته>ا عملک>رد س>طح ب>ردن ب>اال مس>ابقات این از هدف

تقابل با محیطهای اجتماعی و زنده است. بتوان>د در محی>ط خان>ه ی>ک عم>ل بای>د در این مس>ابقات رب>ات

س>ا>ده >مث>ل ب>ا>ز ک>ردن >در ی>ا حم>ل ظ>ر>ف ش>یرین>ی را انج>ام دهد.


ماموریتهای و خاص مصارف با رباتهایویژه

کاربردی و مفید فعالیتهای از بسیاریمسابقات محدوده در رباتیک و مکاترونیک . در سبب همین به نمیگیرد قرار ربوکاپمسابقات در شرکت برای که کارهایی کنارفعالیتهای میتوان میشود انجام رباتیک. داد انجام زمینه این در نیز دیگری پژوهشی

ساخت و طراحی به میتوان جمله ازرباتهای جستجوگر، رباتهای پرنده، رباتهایکامپیوتر، انسان واسط سیستمهای کروی،

. کرد ... اشاره و دیوار از باالرونده رباتهایwww.interdisciplinary.ir

MotorsMotors convert electrical energy to mechanical energy

Motors make things move

LINEAR

ELECTROSTATIC

DC BRUSH

STEPPER

INDUCTION

UNIVERSAL


Stepper Motor


Stepper Motors


Stepper Motor SelectionPermanent Magnet / Variable ReluctanceUnipolar vs. BipolarNumber of StacksNumber of PhasesDegrees Per StepMicrosteppingPull-In/Pull-Out TorqueDetent Torque


Application ExamplesFilm Advance


Telescope Drive


Labeling Machine


Moving Positioning System


Rotating Tube Cutter


Stepping Motor to move read-write head

Stepper motor applications


How a DC Motor Works

Brushes


Motor Modeling

PPin

Voltage and Current In

Torque and Speed Out

Heat Out

,Q

VI

Power In = Power Out

QVI

RIVI 2


Rotary Shaft Encoder


Power Transmission

Tw = TwTw = Fv


Servo Motor Detail

+ 5V

Actuator

Reduction gear

Position feedback

Potentiometer

(closed loop system)

Small electric DC motor


Overview180 deg up to 210 deg.60 deg in 0.21 sec.

• some gear reduction• a position sensor for the

motor shaft• an electronic circuit that

controls the motor's operation


Feed-back loopopen-loop

closed-loop


Control of a DC servo-motor

Embedded Control Applications II MP10-51

DC motor

Encoder / Potentiometer

Gear-box

Power amplifier


Used for all AutomationActuators are used everywhere there is

automationrobot, conveyor system, etc.

Rotary Electric Motor Actuator


Specifications – Electric MotorsAC Electric Motor price range

$100 to $7,100¼ HP to 100 HP19lbs to 1429lbs1800 rpm120 to 230 input voltageUp to 1024 pulses per revolution


Pneumatic Gripper ApplicationsUsed in robotic applications


DC-motor controlController + H-

bridgePWM-controlSpeed control by

controlling motor current=torque

Efficient small components

PID control


H-BridgeH-Bridge


Power AmplifierPower Amplifier


Gears used for Speed ReducerRecall the main purpose of mating/meshing gears

is to provide speed reduction or torque increase.

driver

driven

P

G

G

P

N

N

N

N

n

nVRRatioVelocity

Pinion

nP NP

Gear

nG NG

)2/(DRvspeedlinePitch t

)12/(min)/( Dnftvt www.interdisciplinary.ir

Example:

Want a 3:1 reductionNP=22 teeth

What is NG?Solution:

VR = 3 = NG/NP

NG = 3*22 = 66 teeth


Engine

Pump

n1, N1

n2, N2

n3, N3

n4, N4

Given:

n1 = 500 rpm, N1 = 20tN2 = 70t, N3 = 18t, N4 = 54t

Find: n4 Example: Double Speed Reducer

Solution:

1. n2 = 500 rpm*(20/70) = 142.8 rpm

2. n3 = n2

3. n4 = 142.8 rpm*(18/54) = 47.6 rpm

4. Total reduction = 500/47.6 = 10.5 (0r 10.5:1)

Torque?? Increases by 10.5!!Power?? Stays the same throughout!


GEARS

SPUR

GEAR

WORM

GEARBEVEL

GEARwww.interdisciplinary.ir

Rolling or anti-friction bearing


Ball and Roller bearing

Races and balls are high carbon chrome steel (to provide resistance to wear) machined and ground to fine limits of 0.0025 mm, highly polished and hardened.

The cages are made of low-carbon steel, bronzes or brasses, though for high temperature application case-hardened and stainless steels are used.


Types of bearing


Types of ball bearings


Selection of bearing through catalogue


Rack and pinion


Sensing the real world

Sensors and Actuators1. Sensors2. Actuators3. Analog-to-Digital Conversion4. Digital-to-Analog Conversion5. Input/Output Devices for Discrete Data


Computer-Process InterfaceTo implement process control, the

computer must collect data from and transmit signals to the production process

Components required to implement the interface:Sensors to measure continuous and discrete

process variablesActuators to drive continuous and discrete

process parametersDevices for ADC and DACI/O devices for discrete data


Computer Process Control System

ActuatorsActuators

ComputerController

ComputerController

Transformation Process

SensorsSensors

DACDAC ADCADC

Input DevicesOutput Devices

Continuous and DiscreteVariables

Continuous and DiscreteParameters


PhysicalMedium

PhysicalMedium

SensingElement

SensingElement

ConditioningConditioning TargetHandling

TargetHandling

Temperature Resistance Voltage Information

TransducersMicro-sensors 10-6m

Stimulus (s) Signal (S)


SensorsA sensor is a transducer that converts a

physical stimulus from one form into a more useful form to measure the stimulus

Two basic categories:1. Analog2. Discrete

Binary Digital (e.g., pulse counter)

Ultrasonic(distance)

Light(light intensity)

TouchSound(db pressure)


Other SensorsTemperatureRFIDBarcodeProximityVisionGyroscopeCompassTilt/AccelerationEtc.


Signal Processing& Amplification

Signal Processing& Amplification

MechanismMechanism

ElectricElectric HydraulicPneumatic

HydraulicPneumatic

Final ActuationElement

Final ActuationElement

ActuatorSensor

ActuatorSensor

Logical Signal


Stepper motor and Servomotor


2D translational accelerometerMX2125 (from www.parallax.com)


Accelerometer demo:orientation sensing

Self-balance RobotSensor demo


Accelerometer demo :Tilt sensing demo

Tilt sensing demowww.interdisciplinary.ir

Gyroscopes http://en.wikipedia.org/wiki/Gyroscope

GyroscopeMeasure rotational angle

Rate Gyroscopemeasure the rate of rotation along 3-axes of X

(pitch), Y (roll), and Z (yaw). Modern implementations are using

Microelectromechanical systems (MEMS) technologies.

Gyroscope


Compass-- the Philips KMZ51 magnetic field sensor 50/60Hz (high) operation, a jitter of around

1.5°


Self Balanced robot using Self Balanced robot using complementary filtercomplementary filter

9191www.interdisciplinary.ir

Force Sensing Resistors

FSR402


Force Sensing Resistor Demo

http://www.youtube.com/watch?v=LQ21lXr6egs


Application for a walking robotWalking robot


Four Force sensors under the footD


The Nao robot uses force feedback at its feet http://en.wikipedia.org/wiki/Nao_(robot)


Flexion (bend) sensors

resistance: 10 KΩ (0°); 30-40 KΩ (90°)

http://www.flexpoint.com/


Air pressure sensorMeasure up to 150 psi (pressure per square

inch ).


Infra-red Range detectors by SHARP (4 to 30cm)An emitter sends out light pulses. A small

linear CCD array receives reflected light.The distance corresponds to the triangle

formed.


IR radar using the Sharp range detector


Temperature sensorsLM135/235/335 features(from NS)http://www.national.com/pf/LM/LM135.html

Directly calibrated in °Kelvin 1°C initial accuracy available Operates from 400 µA to 5 mA Less than 1 Ohm dynamic impedance Easily calibrated Wide operating temperature range 200°C over range Low cost


Capacitive Atmospheric Humidity Sensor

BCcomponents 2322 691 90001 10-90%RH Dc


Leaf Sensor Alerts When Plants Are Thirsty


Cadmium Sulfoselenide (CdS) Photoconductive Photocellshttp://faculty.uml.edu/aelbirt/16.480/pdvp5001.pdf

Light sensing using CdS


Application on Magnetic levitation


http://www.youtube.com/watch?v=XjjBqzilkIc

Magnetic levitation Train Model http://www.youtube.com/watch?v=TeS_U9qFg7Y

frog levitationhttp://www.youtube.com/watch?v=A1vyB-O5i6E

ارائه دهنده : سالار بصیری

Documents