Diseño y desarrollo de un módulo de conexión a CANopen de un sensor comercial fuerza/par
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- Santiago Tomás Contreras Reyes
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1 Diseño y desarrollo de un módulo de conexión a CANopen de un sensor comercial fuerza/par Autor: Alberto López Esteban Tutor: Alberto Jardón Huete Director: Juan Carlos González Víctores Universidad Carlos III de Madrid
2 Diseño y desarrollo de un módulo de conexión a CANopen de un sensor comercial fuerza/par INTRODUCCIÓN OBJETIVOS ESTADO DEL ARTE DESCRIPCIÓN DEL DISEÑO ENSAYOS Y RESULTADOS CONCLUSIONES 2
3 Robótica asistencial Mejora en la calidad de vida ASIBOT Sensorización externa Ampliar rango de operaciones Mejorar aplicaciones 3
4 ASIBOT ASIBOT Escalador 5 grados de libertad Simétrico Dispositivos de anclaje, Docking Stations 4
5 DISEÑAR E IMPLEMENTAR EL MÓDULO DE CONTROL Estudiar el sensor : características y comportamiento Diseñar el módulo a nivel hardware Diseñar e implementar el algoritmo para poder interactuar con el sensor y la captación de datos Diseñar e implementar el algoritmo para poder enviar los datos a través del puerto CAN 5
6 Control de fuerza en robótica Arquitectura de control de fuerzas Comparativa CAN-Bus CANopen Control de fuerza en robótica Control pasivo de fuerza. No se necesita conocer la fuerza de contacto. Implica conocimiento de todo el entorno de trabajo del robot. Control activo de fuerza. Controlar las fuerzas de contacto para que asuman un valor determinado u obedezcan un determinado perfil. 6
7 Control de fuerza en robótica Arquitectura de control de fuerzas Comparativa CAN-Bus CANopen Control explícito de fuerza Control explicito directo Control explicito indirecto. Adición de rigidez a la planta 7
8 Control de fuerza en robótica Arquitectura de control de fuerzas Comparativa CAN-Bus CANopen Modelo 50M31A-I25 de JR3 Gamma SI-65-5 de ATI FS6 de AMSI Peso[g] Montaje en superficie Sí Sí No Consumo[mA] Tipo de salida Digital Digital Analógica Capacidad de carga Fx, Fy,Fz[N] Capacidad de carga Mx, My,Mz[N] 100/200 65/ /440 5/5 5/5 11/6 8
9 Control de fuerza en robótica Arquitectura de control de fuerzas Comparativa CAN-Bus CANopen CAN : Controller Area Network Topología bus para la transmisión de mensajes en entornos distribuidos Modelo productor/consumidor, maestro/esclavo 9
10 Control de fuerza en robótica Arquitectura de control de fuerzas Comparativa CAN-Bus CANopen Arquitectura del protocolo CAN Capa física : Medio físico, sincronización Capa de enlace de datos: Método de acceso, tipo de tramas Capa de aplicación (CAL): Implementada con protocolo CANopen. Basado en diccionario de objetos. 10
11 Control de fuerza en robótica Arquitectura de control de fuerzas Comparativa CAN-Bus CANopen Modelo de comunicaciones Tipos de objetos: Comunicación Diccionario de objetos Aplicación De gestión, NMT Máquina de estados 0x0000 0x0001 Objeto de aplicación De servicio, SDO De proceso, PDO PDO1 PDO2 0xFFFF... Objeto de aplicación De sincronización, SYNC SDO Objeto de aplicación SYNC Objeto de aplicación CAN-BUS Proceso 11
12 Control de fuerza en robótica Arquitectura de control de fuerzas Comparativa CAN-Bus CANopen Gestión de la red (NMT) (1) (2) Entra en el estado INITIALISATION automáticamente. Entra en PRE-OPERATIONAL automáticamente. (3),(6) Servicio Start_Remote_Node. (4),(7) Servicio Enter_PRE-OPERATIONAL. (5),(8) Servicio Stop_Remote_Node. (9),(10), (11) Servicio Reset_Node. (12),(13 ),(14) Servicio Reset_Communication. 12
13 Selección de componentes Diseño hardware Diseño software Selección de componentes Controladores serie SPI Controlador CAN CAN-BUS Esquema inicial del diseño 13
14 Selección de componentes Diseño hardware Diseño software Sensor de fuerza/par Modelo 50M31A-I25 de JR3 Electrónica interna Resolución de 16 bits Capacidad hasta 200 N de fuerza y 5 Nm de par Montaje en superficie 14
15 Selección de componentes Diseño hardware Diseño software Paquete de datos 15
16 Selección de componentes Diseño hardware Diseño software Microcontrolador 18F Timers Módulo de comunicaciones serie MSSP Módulo de captura, CCP Módulo ECAN 16
17 Selección de componentes Diseño hardware Diseño software Transceiver MAX485 Transceiver MCP2551 Half duplex Trasmisión en modo diferencial Tasa de datos de hasta 2,5 Mbps Tasa de transferencia de 1Mbps Implementa la capa física Tres modos de funcionamiento 17
18 Selección de componentes Diseño hardware Diseño software Circuito de programación Esquema de conexiones entre el depurador ICD2 y el PIC Patillaje del conector ICD2 18
19 Selección de componentes Diseño hardware Diseño software Esquemático final 19
20 Selección de componentes Diseño hardware Diseño software Layout PCB final 20
21 Selección de componentes Diseño hardware Diseño software Application Note 945 : Pila CANopen para microcontroladores PIC18 Máquina de estados 1 SDO Hasta 4 PDOs Estructura para el diccionario de objetos 21
22 Selección de componentes Diseño hardware Diseño software 22
23 Selección de componentes Diseño hardware Diseño software Desarrollo de la aplicación AppJR3.c Funciones implementadas: JR3Init JR3ProcessEvents CO_COMMSyncEvent AppLED 23
24 Selección de componentes Diseño hardware Diseño software JR3ProcessEvents Inicio Configuración Capturar DCLK Es Fz? si Almacenar dato capturado no Start Pulse? no Colocar dato en el buffer del TPDO si Leer puerto serie Comprobar modo de sincronismo 24
25 Visualización fuerza/par Sistema CAN 1 Sistema CAN 2 Visualización de fuerza/par: Tarjeta PCI de JR3 26
26 Visualización fuerza/par Lectura CAN implementado en C Lectura CAN implementado en Simulink Visualización de fuerza/par: Módulo diseñado Es Fz? no si Almacenar dato capturado Fz>0? no si LED VERDE ON LED VERDE OFF 27
27 Visualización fuerza/par Lectura CAN implementado en C Lectura CAN implementado en Simulink Lectura de datos recibidos por CAN-Bus implementado en C 28
28 Visualización fuerza/par Lectura CAN implementado en C Lectura CAN implementado en Simulink Lectura de datos recibidos por CAN-Bus implementado en SIMULINK 29
29 Futuros desarrollos Ligero y compacto Elevada portabilidad y flexibilidad Económico Programación ICSP Integración en CAN-Bus 30
30 Futuros desarrollos Futuros desarrollos Implementación algoritmos de control de fuerza Unidad central de mayores prestaciones, FPGA Diseño SMD (soldadura en superficie) Implementar mayor número de PDOs 31
31 Diseño y desarrollo de un módulo de conexión a CANopen de un sensor comercial fuerza/par Autor: Alberto López Esteban Tutor: Alberto Jardón Huete Director: Juan Carlos González Víctores Universidad Carlos III de Madrid
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