外文翻译使用远程网络控制系统的三轴机器人.docx
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外文翻译使用远程网络控制系统的三轴机器人
使用远程网络控制系统的三轴机器人
Min-ChieChiu,Tian-SyungLan,Ho-ChihCheng
自动控制工程系,中州技术学院,彰化,台湾,中国
宇达商业科技大学资讯管理系,苗栗县,台湾,中国
摘要对于石油行业,在有发生瓦斯爆炸危险的工作区使用防爆设备以降低风险,如空气驱动装置,这对于避免爆炸是必不可少的。
此外,使用一个可视化的监测系统和网络的远程操作的机器人,以达到节省人力的目的。
然而,要克服昂贵的人力成本的缺点和提高防爆区域的安全,提出了使用远程网络控制一个三轴机器人的系统控制。
在本文中,三轴的机器人可以经由USB协议被在线监视。
此外,它也可以通过点击客户端PC上的VB接口的命令,利用TCP/IP协议远程操作。
因此,远程控制三轴机器人不仅能在严重和危险的情况下为人们工作,而且还可以降低人力成本。
关键词:
三轴机器人,远程网络监控
1.简介
在现代世界发展的新趋势,机器人开始感觉到他们的存在。
为了提高这个过程,并减少不必要的人力,各种工业机器人已被广泛开发[1]。
传统的机器人已被禁止在爆炸危险区使用电机驱动。
为了克服这个缺点,需要一个新的设计要求的防爆电机[2]。
但是,它是非常昂贵的。
因此,在石油工业中为避免引起爆炸的火花,空气驱动装置对于防止爆炸是必要的[3,4]。
目前,各种机器人已被提出,但是他们缺乏远程机器人和用户之间的交互性。
为了在危险的工作区手动操作机器人执行特定的工作,一个空气系统驱动的远程控制机器人是非常重要的。
在本文中,三轴机器人配备一个网络摄像头,它可以通过USB协议进行在线监视。
显然,远程控制三轴机器人不仅可以为人们在动荡和危险的情况下工作,还可以降低人力成本。
因此,一个基于PC的控制系统使用VB在一个服务器电脑和客户端PC通过RS232/RS485协议建立接口。
2.基于PC的远程控制系统
用于减少人力的工业加工的自动化系统是随处可见。
正如图1中,使用两个VB经由网络接口(一个服务器中的PC和另一个在客户端中的PC)和Web摄像头已建立的远程三轴机器人系统。
正如在图2中所示,施加两种系统模量(7060D和7520)中的远程监视/控制系统。
由于RS232协议传送的距离超过十五米时信号会产生严重的衰减,一个新建议的协议(RS485)在长距离传输时信号衰减的影响是微不足道的[5,6]。
在这里,7520是一个从RS232—RS485协议的转换设备[7,8]。
通过RS232/RS485转换器从服务器PC发出的命令将被发送到其他模量。
电磁控制阀的硬件如图3所示用于操纵的活塞运动(即机器人臂的运动)使用一个7060D模块的DI/O(数字输入和输出),被发射的信号从一个服务器PC通过一个7520A模块(从RS232,RS285协议转换器)。
正如图4所示,电磁控制阀7060模块通过使用一个VB接口的服务器PC上一个RS232/RS485协议触发数字信号输出。
控制阀的位置状态会从控制阀(a0,a1,b0,b1,c0,andc1)传送的磁信号被7060模块的数字输入信号检测到。
图1远程三轴机器人系统图2两种模块
图3三个电磁控制阀相对于活塞的图表
图4导线连接的模块
正如在图5和图6中所示,用户可以通过点击的移动按钮通过VB服务器PC和客户端PC上的对话相关的电磁控制阀操纵机器人的手臂。
此外,当前位置活塞A,B和C监测的灯光A+,A-,B+,B-,C+,和C-可以在服务器和客户端PC的VB对话框中控制。
气动机械臂在被执行之前,系统在系统的测试图的基础上进行确认。
正如在图7中所示,三个电磁控制阀的信号的操纵过程中将被重新检查。
此外,也可以通过单击命令按钮,在PC界面上VB的对话框中触发相关的活塞将灯光A+,A-,B+,B-,C+,和C-作出回应。
图5VB对话框(PC服务器)手动移动机器人的手臂
要监视在线的真实运动的机器人手臂,需要安装一个网络摄像头。
机器人手臂的图像将被捕获,并通过一个USB协议发送回至服务器电脑。
此外,图像将通过TCP/IP协议被传输到客户端电脑。
图6VB对话框(PC客户端)手动移动机器人的手臂
3.结果与讨论
3.1结果
正如在图5和图6上所示,使用两个VB的接口(一个中的服务器的PC和客户端中的pc),通过网络与Web摄像头的一个三轴机器人的远程控制已经成功建立。
在客户端电脑可以被操纵,TCP/IP协议的基础上,应先连接电脑的服务器和在客户端的电脑对话中输入IP地址和运输端口号。
要保持的机器人臂的特定移动,6个按钮(x轴正向,x轴向后,y轴转发,y轴向后,z轴的正向,和z轴向后,)对应于服务器电脑VB对话框的上选择机器人的动作。
3.2讨论
用户可以通过服务器PC和客户端PC操纵机器人手臂。
VB界面所示的机器人手臂(活塞的位置的电磁信号)的状态将通过TCP/IP协议被发送到PC客户端。
点击在客户端PC的命令,也将被发送到服务器的PC导致的电磁控制阀的动作,从而通过切换空气路径控制所述活塞的活塞运动。
同时,活塞的位置信号将被转换成的灯光A+,A-,B+,B-,C+,和C-显示在两个VB在PC服务器和客户端的对话框上。
此外,机器人手臂的图像通过USB协议将被捕获并发送到服务器PC。
通过TCP/IP协议图像将从PC服务器传输到PC客户端。
4.结论
这证明该远程控制系统控制的空气驱动三轴机器人手臂节省了人力,避免了爆炸,并提高了工业生产过程。
传统的机器人已被禁止在危险爆炸区使用电机驱动。
此外,另一种用电气马达防爆的设计是昂贵的。
因此,为了节省人力,避免发生爆炸的危险,同时,降低成本费用,使用空气驱动的机器人手臂是必要的。
空气驱动的机器人在无火花化学过程中,并使用VB对话可以安全地和远程操纵,它通过RS232/RS485协议,利用电磁控制阀,以触发一个空气驱动的活塞。
此外,通过经由USB协议的监控机器人臂运动的图像发送到服务器电脑。
此外,机器人运动的图像将通过TCP/IP协议被转发到客户端电脑机。
在客户端PC的用户也可以在客户端PC使用VB界面通过TCP/IP协议操纵机器人运动。
因此,应当指出,如果在危险的工作环境中进行操作时,使用远程网络监视/控制系统控制空气驱动的机械臂,工人/植物和工业过程的安全和效率将得到改善。
5.致谢
作者感谢财政支持这个项目(CCUT-AI-96-AC02)。
笔者感谢匿名审稿人友情提供的建议和意见,以改进这项工作。
6.参考文献
[1]M.C.Chiu,L.J.YehandY.C.Lin,“TheDesignandApplicationofaRoboticVacuumCleaner,”JournalofInformation&OptimizationSciences,Vol.30,No.1,2009,pp.39-62.
[2]H.A.AkeelandA.J.Malarz,“ElectricRobotforUseinaHazardousLocation,”UnitedStatesPatent4984745,2002.
[3]Users’GuidebookforExplosionProtectionElectricFacility,Guildline,RIIS-TR-94-2,NationalInstituteofIndustrialSafety,1994.
[4]M.-R.LinandC.-Y.Chen,“ApplicationsofInherentlySaferDesignonIndustrialProcesses,”ChemicalEngineering,Vol.47,No.1,2000,pp.41-51.
[5]M.C.Chiu,“AnAutomaticThermalControlonGreen-houseUsingNetworkRemoteControllingSystem,”JournalofAppliedSciences,Vol.10,No.17,2010,pp.1944-1950.
[6]M.C.Chiu,“AMulti-FunctionAquariumEquippedwithAutomaticThermalControl/Fodder-Feeding/WaterTreat-mentUsingNetworkRemoteControllingSystem,”InformationTechnologyJournal,Vol.9,No.7,2010,pp.1458-1466.
[7]M.C.Chiu,“TheStudyofRemoteNetworkMonitoringandControllingSystemonThermalProcedure,”in:
Y.-L.Chang-HwaandC.-H.Chai-Ialley,Eds.,TheProceedingsof2008AcademicJointVenture,2008.
[8]M.C.Chiu,H.C.ChengandM.J.Hsu,“TheStudyofRemoteNetworkMonitoringandControllingSystemonGas-DrivenRobotic,”TheProceedingsofMechanics,Light,andElectricity,San-JohnsTechnicalUniversity,Taipei,2008.
AThree-AxisRobotUsingaRemoteNetworkControlSystem
Min-ChieChiu,Tian-SyungLan,Ho-ChihCheng
DepartmentofAutomaticControlEngineering,ChungchouInstituteofTechnology,Changhua,Taiwan,China
DepartmentofInformationManagement,YuDaUniversity,Miaoli,Taiwan,China
E-mail:
tslan888@.tw
ReceivedAugust7,2010;revisedOctober8,2010;acceptedOctober18,2010
AbstractForthepetroleumindustry,toreducetheriskofagasexplosionindangerousworkingareas,theuseofexplosion-proofequipmentsuchasair-drivendeviceswhicharefreefromexplosionsbecomesessential.Moreover,forthepurposeofsavingmanpower,aremoteoperationusingarobotviaavisualmonitoringsystemandanetworkisused.However,toovercomethedrawbackofcostlymanpowerandtoimprovesafetyinexplosion-pronezones,athree-axisrobotusingaremotenetworkcontrolsystemisproposed.Inthispaper,thethree-axisrobotcanbemonitoredonlineviatheUSBprotocol.Furthermore,italsocanberemotelymanipulatedviatheTCP/IPprotocolbyclickingthecommandoftheVBinterfaceontheclientpc.Consequently,theremote-controlthree-axisrobotcannotonlyworkforpeopleinsevereanddangerouscircumstancesbutalsocanreducethecostofmanpower.
Keywords:
Three-AxisRobot,RemoteNetworkMonitoring
1.Introduction
Asnewtrendsinthemodernworldevolve,robotsbegintomaketheirpresencefelt.Inordertoimprovetheprocessandreduceunnecessarymanpower,variousindustrialrobotshavebeenwidelydeveloped[1].Traditionalrobotdrivenbyelectricalmotorusedinadangerousexplosionzonehasbeenprohibited.Toovercomethedrawback,anewdesignofexplosionproofforanelectricalmotorisrequired[2].However,itisextremelyexpensive.Therefore,toavoidexplosionscausedbysparksinthepetroleumindustry,anair-drivendevicewhichisexplosionfreeisnecessary[3,4].Currently,variousrobotshavebeenpresented;however,theylackremoteinteractivitybetweentherobotandtheuser.Inordertomanuallyoperatearobottoexecuteaspecificjobinadangerousworkingarea,aremote-controlrobotsystemdrivenbyairisvital.Inthispaper,thethree-axisrobotequippedwithawebcamera,whichcanbemonitoredonlineviatheUSBprotocol,isestablished.Obviously,theremote-controlthree-axisrobotnotonlycanworkforpeopleinvolatileanddangerouscircumstancesbutalsocanlowerthecostofmanpower.Consequently,aPC-basedcontrolsystemisconstructedusingaVBinterfaceinbothaseverpcandaclientpcviatheRS232/RS485protocol.
2.APC-BasedRemoteControllingSystem
Automationsystemsusedinindustrialprocessingtoreducemanpowerareseeneverywhere.AsindicatedinFigure1,aremotethree-axisrobotsystemusingtwoVBinterfaces(oneintheseverpcandtheotherintheclientpc)viaanetworkandawebcamerahasbeenestablished.
AsindicatedinFigure2,twokindsofsystemmodulus(7060Dand7520)areappliedintheremotemonitoring/controlsystem.BecauseoftheseriousdecayofthesignalforaRS232protocoltravelingoveradistanceoffifteenmeters,anewprotocol(RS485)inwhichtheeffectofsignaldecayistrivialforlong-distancetransportationisrecommended[5,6].Here,the7520moduleisaprotocoltransferdevicefromRS232toRS485[7,8].AcommandemittedfromtheseverpcwillbesenttoothermodulusviatheRS232/RS485converter.
ThehardwareoftheelectromagneticcontrolvalveshowninFigure3isusedtomanipulatethepistonmotion(i.e.,themotionoftheroboticarm)usinga7060Dmodule’sDI/O(digitalinputandoutput)thatisemittedfromaseverpcviaa7520Amodule(aprotocoltranslatorfromRS232toRS285).AsindicatedinFigure4,theelectromagneticcontrolvalvewillbetriggeredbythedigitaloutputsignalofthe7060moduleviaaRS232/RS485protocolusingaVBinterfaceontheseverpc.Thestatusofthepistonpositionswillbealsodetectedbythedigitalinputsignalofthe7060moduletransmittedfromthemagneticsignals(a0,a1,b0,b1,c0,andc1)ofthepistons.
Figure1.Aremotethree-axisrobotsystem.Figure2.Twokindsofmodulus.
Figure3.Thediagramofthepistonswithrespecttothreeelectromagneticcontrolvalves.
AsindicatedinFigures5and6,theusercanmanipulatetherobot’sarmbyclickingthemovementbuttontoactuatetherelatedelectromagneticcontrolvalveviatheVBdialogueonboththepcseverandthepcclient.Moreover,thecurrentpositionofpistonsA,B,andCwillbemonitoredbythelightsofA+,A–,B+,B–,C+,andC–intheVBdialoguesinpcserverandclient.
Beforethegasroboticarmisperformed,thesystemconfirmationiscarriedbasedonasystemtestingdiagram.AsindicatedinFigure7,thesignalsofthreeelectromagneticcontrolvalveswillberecheckedduringthemanipulatingprocess.Besides,therelatedpistontriggeredbyclickingthecommandbuttonintheVBdialoguewillalsoberespondedtothelightsofA+,A–,B+,B–,C+,andC–inpc’sinterface.
Tomonitortherealmotionofroboticarmonline,awebcameraisinstalled.TheimageoftheroboticarmwillbecaughtandsentbacktotheseverpcviaaUSBprotocol.Moreover,theimage
willbetransmittedtotheclientpcviatheTCP/IPprotocol.
Figure4.Thewireconnectionsofthemodulus.
3.ResultsandDiscussion
3.1.Results
AsindicatedinFigures5and6,theremotecontrolofathree-axisrobotusingtwoVBinterfaces(oneintheseverpcandtheotherintheclientpc)viaanetworkandawebcamerahasbeenestablishedsuccessfully.Beforetheclientpccanbema