Доктор технических наук, профессор
г. Курск
Corresponding autor: Bobyr Maxim V., Doctor of technical sciences, Professor of the department of computer technology, South-West State University, Kursk, 305040, Russian Federation
Аспирант
г. Курск
Магистрант
г. Курск
Рассмотрены принцип работы устройства робота-манипулятора ARMino и схема подключения его электрических компонентов. В состав устройства входят: управляющая плата Arduino Mega, четыре сервопривода, четыре потенциометра, макетная плата, компьютер. Поворот ручек потенциометра регулирует положение шпинделей сервоприводов. При изменении напряжения на ножке потенциометра изменяется напряжение на аналоговых входах микроконтроллера. Затем в микроконтроллере напряжение масштабируется в значение угла поворота сервопривода, после этого осуществляется поворот звеньев робота-манипулятора. В процессе работы устройства робота-манипулятора ARMino возникла проблема дребезга контактов, значительно уменьшающая точность позиционирования и плавность хода звеньев ARMino. Для решения этой проблемы был разработан нечеткий цифровой фильтр.
Описан алгоритм работы цифрового фильтра, состоящего из четырех шагов. Одним из шагов является нахождение коэффициентов цифрового фильтра, от которых зависят уровень напряжения, передаваемого на сервоприводы сигнала, и время переходного процесса формирования фронтов этого сигнала. Основной проблемой при реализации цифрового фильтра является тот факт, что при стандартной методике нахождения коэффициентов цифрового фильтра его коэффициенты задаются диапазоном рекомендуемых значений, что затрудняет выбор из этого диапазона единственного значения и передачи его на сервоприводы. Для решения этой проблемы был разработан нечеткий цифровой фильтр, алгоритм работы которого состоит из шести шагов. На первом шаге определяются степени истинности входных переменных. Второй шаг — это расчет степеней истинности предпосылок нечетких правил. На третьем шаге осуществляется расчет степеней истинности заключений нечетких правил с помощью операции нахождения максимумов. Четвертым шагом является этап дефаззификации, при котором осуществляется расчет четкого значения коэффициента нечеткого цифрового фильтра. На пятом шаге находится выходное напряжение, передаваемое на сервоприводы. На последнем шаге выходное напряжение в микроконтроллере преобразуется в значение угла поворота и сервоприводу дается команда для поворота.
Представлено численное моделирование алгоритма работы нечеткого цифрового фильтра на примере работы сервопривода, перемещающего основание ARMino.
Проведены экспериментальные исследования функционирования нечеткого цифрового фильтра, подтверждающие целесообразность его использования. Приведены графики переходного процесса движения основания робота-манипулятора без применения и с применением нечеткого цифрового фильтра.
In this article it is described the operation principle of a robotic manipulator ARMino device and the connection diagram of its electrical components. The device includes: An Arduino Mega control board, four servos, four potentiometers, a prototyping board, a computer. Turning the shafts on the potentiometer adjusts the position of the servo spindles. When the voltage on the potentiometer’s pin changes, the voltage at the analog inputs of the microcontroller changes. Then, in the microcontroller, the voltage is scaled to the value of the servo rotation angle. After that, the joints of the robotic manipulator are rotated. During the operation of the ARMino robotiс arm, a contact bounce problem appeared, significantly reducing the accuracy of positioning and the smooth movement of the ARMino joints. To solve this problem, a digital filter was developed. This article describes the digital filter working algorithm, which consists of four steps. One of the steps consists on finding the digital filter coefficients, which regulate the signal voltage level transmitted to the servo motors, and its transition process time which forms the signal edge. The main problem developing a digital filter is that the standard procedure of finding the digital filter coefficients, the coefficients are given by a recommended range of values, which complicates choosing from this range, a single value and transmitting it to the servos. To solve this problem, a fuzzy digital filter was developed, the algorithm of which consists of six steps. The first step determines the input variables degree of truth. The second step is to calculate the degrees of truth of the fuzzy rules preconditions. The third step is to calculate the degrees of truth of the fuzzy rules conclusions by using the process of finding the maximum values. The fourth step is the defuzzification stage in which a precise value of the fuzzy digital filter coefficient is calculated. The fifth step is the output voltage transmitted to the servos. In the sixth step, the output voltage in the microcontroller is converted to the angle value and the servo is given the command to rotate. This article presents numerical simulation of the fuzzy digital filter algorithm, using as an example the servo responsible of the ARMino base rotation. Experimental studies on the functioning of the fuzzy digital filter have been carried out, confirming the expediency of its use. The graphics of the transition process of the robotic manipulator base movement without and with the use of a digital filter are given.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.