Übersicht

Stewart PlattformPräsentation des Robotik-Praktikums

Hendrik BurgdörferFabian Rühle

Interdisziplinäres Zentrum für wissenschaftliches RechnenRuprecht - Karls Universität Heidelberg

07. Mai 2007

07. Mai 2007 Hendrik Burgdörfer und Fabian Rühle - IWR Stewart-Plattform 1 / 24

Übersicht

Teil I: Hardware

1 Motivation

2 AktuatorenAufbauVerbindung zur Plattform

07. Mai 2007 Hendrik Burgdörfer und Fabian Rühle - IWR Stewart-Plattform 2 / 24

Übersicht

Teil II: Elektronik

3 Erläuterung

4 Bilder

07. Mai 2007 Hendrik Burgdörfer und Fabian Rühle - IWR Stewart-Plattform 3 / 24

Übersicht

Teil III: Software

5 C-Control Program

6 Graphical User InterfaceKommunikation mit dem MicrocontrollerEinführungFunktionsweiseFeatures

07. Mai 2007 Hendrik Burgdörfer und Fabian Rühle - IWR Stewart-Plattform 4 / 24

Übersicht

Teil IV: Zusammenfassung und Demo

7 Zusammenfassung

8 Verweise

9 Live-Demo

07. Mai 2007 Hendrik Burgdörfer und Fabian Rühle - IWR Stewart-Plattform 5 / 24

MotivationAktuatoren

Teil I

Hardware

07. Mai 2007 Hendrik Burgdörfer und Fabian Rühle - IWR Stewart-Plattform 6 / 24

MotivationAktuatoren

Motivation

Was ist eine Stewart-Plattform ?Plattform auf sechs längenverstellbaren Linearaktuatoren⇒ sechs zugängliche Freiheitsgrade der BewegungErfunden 1965 von D. Stewart

Anwendung in unterschiedlichsten Gebieten1 Flugsimulatoren2 Transport empfindlicher Stoffe3 Astronomie und Raumfahrt4 Industrie

07. Mai 2007 Hendrik Burgdörfer und Fabian Rühle - IWR Stewart-Plattform 7 / 24

MotivationAktuatoren

Motivation

Was ist eine Stewart-Plattform ?Plattform auf sechs längenverstellbaren Linearaktuatoren⇒ sechs zugängliche Freiheitsgrade der BewegungErfunden 1965 von D. Stewart

Anwendung in unterschiedlichsten Gebieten1 Flugsimulatoren2 Transport empfindlicher Stoffe3 Astronomie und Raumfahrt4 Industrie

07. Mai 2007 Hendrik Burgdörfer und Fabian Rühle - IWR Stewart-Plattform 7 / 24

MotivationAktuatoren

Motivation

Was ist eine Stewart-Plattform ?Plattform auf sechs längenverstellbaren Linearaktuatoren⇒ sechs zugängliche Freiheitsgrade der BewegungErfunden 1965 von D. Stewart

Anwendung in unterschiedlichsten Gebieten1 Flugsimulatoren2 Transport empfindlicher Stoffe3 Astronomie und Raumfahrt4 Industrie

07. Mai 2007 Hendrik Burgdörfer und Fabian Rühle - IWR Stewart-Plattform 7 / 24

MotivationAktuatoren

Motivation

Was ist eine Stewart-Plattform ?Plattform auf sechs längenverstellbaren Linearaktuatoren⇒ sechs zugängliche Freiheitsgrade der BewegungErfunden 1965 von D. Stewart

Anwendung in unterschiedlichsten Gebieten1 Flugsimulatoren2 Transport empfindlicher Stoffe3 Astronomie und Raumfahrt4 Industrie

07. Mai 2007 Hendrik Burgdörfer und Fabian Rühle - IWR Stewart-Plattform 7 / 24

MotivationAktuatoren

AufbauVerbindung zur Plattform

Aufbau und Funktionsweise

Aufbau

Abbildung: Schematischer Aktuatoraufbau

FunktionsweiseLängenveränderung durch Drehung einer Gewindestange in einerbefestigten MutterVerbindung zu Motor über KardangelenkVerbindung zur Plattform durch Kugelgelenk

07. Mai 2007 Hendrik Burgdörfer und Fabian Rühle - IWR Stewart-Plattform 8 / 24

MotivationAktuatoren

AufbauVerbindung zur Plattform

Verbindung Aktuator - Plattform

Abbildung: Verbindung Aktuator - Plattform

07. Mai 2007 Hendrik Burgdörfer und Fabian Rühle - IWR Stewart-Plattform 9 / 24

ErläuterungBilder

Teil II

Elektronik

07. Mai 2007 Hendrik Burgdörfer und Fabian Rühle - IWR Stewart-Plattform 10 / 24

ErläuterungBilder

Signalverarbeitung

Abbildung: Schematisches Schaltbild

COM → IIC WandlerC-ControlIIC-WeichenStepper-Module

07. Mai 2007 Hendrik Burgdörfer und Fabian Rühle - IWR Stewart-Plattform 11 / 24

ErläuterungBilder

Bilder - Elektronik

Abbildung: COM → IIC Wandler, C-Control und Weichen

07. Mai 2007 Hendrik Burgdörfer und Fabian Rühle - IWR Stewart-Plattform 12 / 24

ErläuterungBilder

Bilder - Elektronik

Abbildung: Stepper Module und Motoren

07. Mai 2007 Hendrik Burgdörfer und Fabian Rühle - IWR Stewart-Plattform 13 / 24

C-Control ProgramGraphical User Interface

Teil III

Software

07. Mai 2007 Hendrik Burgdörfer und Fabian Rühle - IWR Stewart-Plattform 14 / 24

C-Control ProgramGraphical User Interface

ICP - InterCommunicational Program

Prüfung der KommunikationsbytesUmwandeln der Steursignale von SHARP in Steuersignale für dieIIC-ModuleSpezialbyte zur Abfrage von Statusinformationen

07. Mai 2007 Hendrik Burgdörfer und Fabian Rühle - IWR Stewart-Plattform 15 / 24

C-Control ProgramGraphical User Interface

ICP - InterCommunicational Program

Prüfung der KommunikationsbytesUmwandeln der Steursignale von SHARP in Steuersignale für dieIIC-ModuleSpezialbyte zur Abfrage von Statusinformationen

07. Mai 2007 Hendrik Burgdörfer und Fabian Rühle - IWR Stewart-Plattform 15 / 24

C-Control ProgramGraphical User Interface

ICP - InterCommunicational Program

Prüfung der KommunikationsbytesUmwandeln der Steursignale von SHARP in Steuersignale für dieIIC-ModuleSpezialbyte zur Abfrage von Statusinformationen

07. Mai 2007 Hendrik Burgdörfer und Fabian Rühle - IWR Stewart-Plattform 15 / 24

C-Control ProgramGraphical User Interface

Kommunikationsbyte - Struktur

Abbildung: Struktur eines Kommunikations-Bytes

07. Mai 2007 Hendrik Burgdörfer und Fabian Rühle - IWR Stewart-Plattform 16 / 24

C-Control ProgramGraphical User Interface

Kommunikation mit dem MicrocontrollerEinführungFunktionsweiseFeatures

Kommunikationsprotokoll

Abbildung: Kommunikationsprotokoll

Byte Value (HEX)

Sync 0x10

CommInit 0xFF

ACK 0x00

CMD Move -CMD Init 0xC0

CMD Terminate 0xE0CMD Status 0xF0

ERR ‘1’ 0x11ERR Parity 0x22

Tabelle: Kommunikationsbytes

07. Mai 2007 Hendrik Burgdörfer und Fabian Rühle - IWR Stewart-Plattform 17 / 24

C-Control ProgramGraphical User Interface

Kommunikation mit dem MicrocontrollerEinführungFunktionsweiseFeatures

SHARP - Supported Hexapod Actuator RepositioningProgram

GUI programmiert in C]

Plattform Position über Laufleisten und Textfelder anwählbarVorschau für neue Position verfügbarAutomatische RepositionierungskontrolleWindows-Installer zur einfachen Installation

07. Mai 2007 Hendrik Burgdörfer und Fabian Rühle - IWR Stewart-Plattform 18 / 24

C-Control ProgramGraphical User Interface

Kommunikation mit dem MicrocontrollerEinführungFunktionsweiseFeatures

SHARP - Supported Hexapod Actuator RepositioningProgram

GUI programmiert in C]

Plattform Position über Laufleisten und Textfelder anwählbarVorschau für neue Position verfügbarAutomatische RepositionierungskontrolleWindows-Installer zur einfachen Installation

07. Mai 2007 Hendrik Burgdörfer und Fabian Rühle - IWR Stewart-Plattform 18 / 24

C-Control ProgramGraphical User Interface

Kommunikation mit dem MicrocontrollerEinführungFunktionsweiseFeatures

SHARP - Supported Hexapod Actuator RepositioningProgram

GUI programmiert in C]

Plattform Position über Laufleisten und Textfelder anwählbarVorschau für neue Position verfügbarAutomatische RepositionierungskontrolleWindows-Installer zur einfachen Installation

07. Mai 2007 Hendrik Burgdörfer und Fabian Rühle - IWR Stewart-Plattform 18 / 24

C-Control ProgramGraphical User Interface

Kommunikation mit dem MicrocontrollerEinführungFunktionsweiseFeatures

SHARP - Supported Hexapod Actuator RepositioningProgram

GUI programmiert in C]

Plattform Position über Laufleisten und Textfelder anwählbarVorschau für neue Position verfügbarAutomatische RepositionierungskontrolleWindows-Installer zur einfachen Installation

07. Mai 2007 Hendrik Burgdörfer und Fabian Rühle - IWR Stewart-Plattform 18 / 24

C-Control ProgramGraphical User Interface

Kommunikation mit dem MicrocontrollerEinführungFunktionsweiseFeatures

SHARP - Supported Hexapod Actuator RepositioningProgram

GUI programmiert in C]

Plattform Position über Laufleisten und Textfelder anwählbarVorschau für neue Position verfügbarAutomatische RepositionierungskontrolleWindows-Installer zur einfachen Installation

07. Mai 2007 Hendrik Burgdörfer und Fabian Rühle - IWR Stewart-Plattform 18 / 24

C-Control ProgramGraphical User Interface

Kommunikation mit dem MicrocontrollerEinführungFunktionsweiseFeatures

Funktionsweise

Aktuatoren entsprechen dreidimensionalen VektorenBerechnung der neuen Position über MatrizenoperationenBerechnung der Anzahl der Drehungen zur SynchronisationGenerierung der Kommunikationsbytes für ICPSpeicherung der Metadaten als ASCII

07. Mai 2007 Hendrik Burgdörfer und Fabian Rühle - IWR Stewart-Plattform 19 / 24

C-Control ProgramGraphical User Interface

Kommunikation mit dem MicrocontrollerEinführungFunktionsweiseFeatures

Funktionsweise

Aktuatoren entsprechen dreidimensionalen VektorenBerechnung der neuen Position über MatrizenoperationenBerechnung der Anzahl der Drehungen zur SynchronisationGenerierung der Kommunikationsbytes für ICPSpeicherung der Metadaten als ASCII

07. Mai 2007 Hendrik Burgdörfer und Fabian Rühle - IWR Stewart-Plattform 19 / 24

C-Control ProgramGraphical User Interface

Kommunikation mit dem MicrocontrollerEinführungFunktionsweiseFeatures

Funktionsweise

Aktuatoren entsprechen dreidimensionalen VektorenBerechnung der neuen Position über MatrizenoperationenBerechnung der Anzahl der Drehungen zur SynchronisationGenerierung der Kommunikationsbytes für ICPSpeicherung der Metadaten als ASCII

07. Mai 2007 Hendrik Burgdörfer und Fabian Rühle - IWR Stewart-Plattform 19 / 24

C-Control ProgramGraphical User Interface

Kommunikation mit dem MicrocontrollerEinführungFunktionsweiseFeatures

Funktionsweise

Aktuatoren entsprechen dreidimensionalen VektorenBerechnung der neuen Position über MatrizenoperationenBerechnung der Anzahl der Drehungen zur SynchronisationGenerierung der Kommunikationsbytes für ICPSpeicherung der Metadaten als ASCII

07. Mai 2007 Hendrik Burgdörfer und Fabian Rühle - IWR Stewart-Plattform 19 / 24

C-Control ProgramGraphical User Interface

Kommunikation mit dem MicrocontrollerEinführungFunktionsweiseFeatures

Funktionsweise

Aktuatoren entsprechen dreidimensionalen VektorenBerechnung der neuen Position über MatrizenoperationenBerechnung der Anzahl der Drehungen zur SynchronisationGenerierung der Kommunikationsbytes für ICPSpeicherung der Metadaten als ASCII

07. Mai 2007 Hendrik Burgdörfer und Fabian Rühle - IWR Stewart-Plattform 19 / 24

C-Control ProgramGraphical User Interface

Kommunikation mit dem MicrocontrollerEinführungFunktionsweiseFeatures

Features

Speichern und Laden von PlattformpositionenDefault-Verzeichnis und COM-Port frei wählbarRecovery-Mode nach SystemabsturzStatusabfrage zur MotorenüberwachungBullridingmodusOnline-Hilfe

07. Mai 2007 Hendrik Burgdörfer und Fabian Rühle - IWR Stewart-Plattform 20 / 24

C-Control ProgramGraphical User Interface

Kommunikation mit dem MicrocontrollerEinführungFunktionsweiseFeatures

Features

Speichern und Laden von PlattformpositionenDefault-Verzeichnis und COM-Port frei wählbarRecovery-Mode nach SystemabsturzStatusabfrage zur MotorenüberwachungBullridingmodusOnline-Hilfe

07. Mai 2007 Hendrik Burgdörfer und Fabian Rühle - IWR Stewart-Plattform 20 / 24

C-Control ProgramGraphical User Interface

Kommunikation mit dem MicrocontrollerEinführungFunktionsweiseFeatures

Features

Speichern und Laden von PlattformpositionenDefault-Verzeichnis und COM-Port frei wählbarRecovery-Mode nach SystemabsturzStatusabfrage zur MotorenüberwachungBullridingmodusOnline-Hilfe

07. Mai 2007 Hendrik Burgdörfer und Fabian Rühle - IWR Stewart-Plattform 20 / 24

C-Control ProgramGraphical User Interface

Kommunikation mit dem MicrocontrollerEinführungFunktionsweiseFeatures

Features

Speichern und Laden von PlattformpositionenDefault-Verzeichnis und COM-Port frei wählbarRecovery-Mode nach SystemabsturzStatusabfrage zur MotorenüberwachungBullridingmodusOnline-Hilfe

07. Mai 2007 Hendrik Burgdörfer und Fabian Rühle - IWR Stewart-Plattform 20 / 24

C-Control ProgramGraphical User Interface

Kommunikation mit dem MicrocontrollerEinführungFunktionsweiseFeatures

Features

Speichern und Laden von PlattformpositionenDefault-Verzeichnis und COM-Port frei wählbarRecovery-Mode nach SystemabsturzStatusabfrage zur MotorenüberwachungBullridingmodusOnline-Hilfe

07. Mai 2007 Hendrik Burgdörfer und Fabian Rühle - IWR Stewart-Plattform 20 / 24

C-Control ProgramGraphical User Interface

Kommunikation mit dem MicrocontrollerEinführungFunktionsweiseFeatures

Features

Speichern und Laden von PlattformpositionenDefault-Verzeichnis und COM-Port frei wählbarRecovery-Mode nach SystemabsturzStatusabfrage zur MotorenüberwachungBullridingmodusOnline-Hilfe

07. Mai 2007 Hendrik Burgdörfer und Fabian Rühle - IWR Stewart-Plattform 20 / 24

ZusammenfassungVerweise

Live-Demo

Teil IV

Zusammenfassung und Demo

07. Mai 2007 Hendrik Burgdörfer und Fabian Rühle - IWR Stewart-Plattform 21 / 24

ZusammenfassungVerweise

Live-Demo

Zusammenfassung

AnwendungStewart-Plattformen werden aufgrund ihrer Flexibilität vielseitig eingesetzt

HardwarePositionsänderung über sechs Linearaktuatoren

ElektronikCOM → IIC Wandler, C-Control, Weichen, Stepper-Module

SoftwareICP und SHARP kommunizieren über fehlerresistente Steuerbytes

07. Mai 2007 Hendrik Burgdörfer und Fabian Rühle - IWR Stewart-Plattform 22 / 24

ZusammenfassungVerweise

Live-Demo

Zusammenfassung

AnwendungStewart-Plattformen werden aufgrund ihrer Flexibilität vielseitig eingesetzt

HardwarePositionsänderung über sechs Linearaktuatoren

ElektronikCOM → IIC Wandler, C-Control, Weichen, Stepper-Module

SoftwareICP und SHARP kommunizieren über fehlerresistente Steuerbytes

07. Mai 2007 Hendrik Burgdörfer und Fabian Rühle - IWR Stewart-Plattform 22 / 24

ZusammenfassungVerweise

Live-Demo

Zusammenfassung

AnwendungStewart-Plattformen werden aufgrund ihrer Flexibilität vielseitig eingesetzt

HardwarePositionsänderung über sechs Linearaktuatoren

ElektronikCOM → IIC Wandler, C-Control, Weichen, Stepper-Module

SoftwareICP und SHARP kommunizieren über fehlerresistente Steuerbytes

07. Mai 2007 Hendrik Burgdörfer und Fabian Rühle - IWR Stewart-Plattform 22 / 24

ZusammenfassungVerweise

Live-Demo

Zusammenfassung

AnwendungStewart-Plattformen werden aufgrund ihrer Flexibilität vielseitig eingesetzt

HardwarePositionsänderung über sechs Linearaktuatoren

ElektronikCOM → IIC Wandler, C-Control, Weichen, Stepper-Module

SoftwareICP und SHARP kommunizieren über fehlerresistente Steuerbytes

07. Mai 2007 Hendrik Burgdörfer und Fabian Rühle - IWR Stewart-Plattform 22 / 24

ZusammenfassungVerweise

Live-Demo

Verweise

Burgdörfer, Hendrik & Rühle, FabianDocumentation.April 2007.

Homepage zum Projekthttp://pille.iwr.uni-heidelberg.de/˜stewart1Programmed April 2007.

Conrad ElectronicsAccessed April 2007. http://www.conrad.de

©2007, Hendrik Burgdörfer und Fabian Rühle, Universität Heidelberg

07. Mai 2007 Hendrik Burgdörfer und Fabian Rühle - IWR Stewart-Plattform 23 / 24

ZusammenfassungVerweise

Live-Demo

Live-Demo

07. Mai 2007 Hendrik Burgdörfer und Fabian Rühle - IWR Stewart-Plattform 24 / 24