SlideShare a Scribd company logo
1 of 7
Download to read offline
ARTICLE
International Journal of Advanced Robotic Systems




Intuitive Embedded Teaching System
Design for Multi-Jointed Robots
Regular Paper



Chin-Pao Hung* and Wei-Ging Liu
 
Department of Electrical Engineering, National Chin-Yi University of Technology, Taiwan, R.O.C.
* Corresponding author E-mail: cbhong@ncut.edu.tw
 
Received 03 Mar 2012; Accepted 19 Apr 2012

DOI: 10.5772/46126

© 2012 Hung and Liu; licensee InTech. This is an open access article distributed under the terms of the Creative
Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0), which permits unrestricted use,
distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.



Abstract This work describes the development of a novel                   1. Introduction  
embedded  teaching  system  for  multi‐jointed  robots.                    
Differing from the traditional teaching panel method, the                 Many robots exist, including robots with jointed arms [1,2], 
proposed  method  does  not  require  any  complex                        mobile  robots  for  special  functions  [3],  humanoid  robots 
computations  for  coordinate  transformation  and  is  a                 [4,5]  and  robot  toys  [6‐8].  Robotic  technology  has  become 
simpler scheme. The proposed teaching system includes a                   an  increasingly  important  research  topic.  Many  new 
small  teaching  robot,  which  is  scaled  to  the  real  jointed        applications  have  been  developed,  such  as  service  robots 
robot,  however,  joints  are  replaced  with  potentiometers.            that  can  sing,  dance,  cook  and  play  piano.  Among  the 
An embedded electrical control system contains the main                   many  applications,  trajectory  planning  and  teaching  play 
control  board  and  joint  control  cards.  The  main  control           very  important  roles.  Indeed,  complex  computations  for 
board  receives  voltage  signals  from  the  teaching  robot             coordinate  transformation  are  needed  to  achieve  precise 
and  transforms  them  into  position  commands  for  the                 trajectory planning. Although robot manufacturers supply 
motion  of  each  joint.  All  the  position  commands  are               teaching  programs  for  planning,  the  trajectories  use 
recorded  on  the  main  control  board  using  the  desired              teaching  panels  [9]  or  joysticks  [10].  With  these  methods, 
sample  rate.  In  trajectory  planning  mode,  the  operator             the  user  moves  the  robot  manually  through  the  space  by 
drags  the  teaching  robot  to  generate  the  desired  motion.          operating the  manual box  (teaching  panel)  and a series of 
The electrical control system drives the real jointed robot               processes  are  required  [11].  The  user  must  have  sufficient 
in  response  to  the  received  voltage  signals  from  the              training,  otherwise,  it  is  difficult  to  complete  the  teaching 
teaching robot. Trajectory teaching can be done naturally                 task. These teaching methods are not sufficiently intuitive; 
without  expertise.  The  teaching  system  architecture,                 that  is,  intuitive  teaching  schemes  are  required  for 
control  board  design  and  program  flowchart  are                      industrial  application.  Notably,  many  robot  applications 
described and implemented.                                                do not require highly precise motion control. For example, 
                                                                          an  intuitive  robot  teaching  system  is  needed  for  such 
Keywords teaching robot, PIC, embedded system, jointed                    applications as robotic baccarat dealers.  
robot, robotics.                                                           



www.intechopen.com                                                                                       Int J Adv Chin-Pao Hung and Wei-Ging Liu:
                                                                                                                   Robotic Sy, 2012, Vol. 9, 34:2012   1
                                                                                 Intuitive Embedded Teaching System Design for Multi-Jointed Robots
Generally, the dealing robot platform uses the same robot            force  of  each  joint  is  large  enough  to  keep  the  teaching 
    type  as  the  semiconductor  industry,  most  of  which  are        robot in the desired position. Compared  to a real jointed 
    jointed robots. By rotating its waist, shoulder, elbow and           robot,  the  teaching  robot  is  moved  easily  by  dragging. 
    wrist, this robot achieves dexterous motion. Because each            Analogue teaching commands are transferred via voltage 
    joint  has  a  high  gear  ratio  design,  the  teaching  motion     changes  from  the  potentiometers  at  each  joint  and  drive 
    trajectory  by  dragging  a  real  jointed  robot  is  difficult.    the motion of the real robot’s joints.  
    Using a teaching panel or space coordinate input to plan 
    the  motion  trajectory  is  the  most  popular  teaching            2.2 Electrical control system design  
    method [12], however, these methods are not sufficiently              
    intuitive;  that  is,  an  operator  must  have  some                The  design  of  the  electrical  control  system  for  the 
    professional knowledge. Developing an intuitive teaching             proposed teaching  system consists  mainly  of  a  DC  servo 
    system  that  benefits  trajectory  planning  of  jointed  robots    control  card,  a  control  motherboard,  a  teaching  program 
    is the primary goal of this work.                                    design and a control program for each servo control card. 
                                                                          
    2. Architecture of the proposed jointed                              2.2.1 DC servo control card design 
    robot teaching system                                                 
                                                                         To  preserve  extension  flexibility,  each  joint  is  driven  by 
    2.1 Teaching robot design                                            one servo control card. Each servo control card receives a 
                                                                         pulse‐width  command  to  complete  the  position  loop 
    Figure  1  shows  a  schematic  diagram  of  a  real  jointed        control, as does a radio control (RC) servo motor [13]. The 
    robot. As described, each joint has a high gear ratio and is         pulse width is proportional to the rotation angle and the 
    difficult  to  move  by  dragging.  Therefore,  this  work           ratio  is  adjustable  depending  on  each  joint’s  rotation 
    designed  a  smaller  teaching  robot  in  scale  to  the  real      range.  Also,  a  tuned  proportional–integral–derivative 
    robot, with each joint replaced by a potentiometer. Figure           (PID)  controller  is  implemented  in  the  position  loop  to 
    2 shows the schematic diagram of the teaching robot. All             guarantee  that  the  system  has  acceptable  steady  state 
    components  of  the  teaching  robot  are  made  of  light‐          error.  Figure  3  shows  a  functional  block  diagram  of  the 
    weight materials, such as acrylic or wood, and the friction          joint  control  card  is  shown  as  Fig.  3.  The  necessary 
                                                                         peripheral interfaces, the control kernel, power MOSFET, 
                                                                         current  sensor  and  encoder  counting  circuit  are 
                                                                         integrated into the servo control card. 
                                                                          
                                                                                                                            D PO ER
                                                                                                                             C W
                                                                                          M RCN O
                                                                                           IC O O TR LER
                                                                                                                 PO ERM SFET
                                                                                                                   W O
                                                                                                        2                   4              6
                                                                                          1                   3
                                                                         Pulse width                                                              O TPU
                                                                                                                                                   U T
                                                                          com and
                                                                              m        CN O R
                                                                                       O TR LLE        P M
                                                                                                        W
                                                                                                             LO KO T
                                                                                                               C U
                                                                                                                             D IV R
                                                                                                                              R E
                                                                                                                                           DC
                                                                                                              C C IT
                                                                                                               IR U                       M TO
                                                                                                                                           O R

                                                                                                        8
                                                                                                             7    CRET
                                                                                                                   URN
                                                                                                                  S 5S R
                                                                                                       A/D
                                                                                                                   E O
                                                                                                                    N
                                                                                                  11                                        9
                                                                                                                       10        PH SEA
                                                                                                                                   A
                                                                                                  C U TE
                                                                                                   ON R            D E TIO
                                                                                                                    IR C N                 PO
                                                                                                                                           H TO
                                                                                                  C C IT
                                                                                                   IR U             C C IT
                                                                                                                     IR U        PH SEB
                                                                                                                                   A      ECDR
                                                                                                                                          NOE


                                                                                                                                                           
                                                                         Figure 3. Schematic diagram of the dc servo control card  
                                                           
                                                                          
    Figure 1. Schematic diagram of real jointed robot  
                                                                         2.2.2 Mother control board design  
     
                                                                          
                                                                         When  in  teaching  mode,  the  control  motherboard 
                                                                         receives voltage signals from the teaching robot and then 
                                                                         sends  the  related  trajectory  command  to  the  DC  servo 
                                                                         control  card.  The  real  robot  and  teaching  robot  execute 
                                                                         nearly the same motion. The operator moves the teaching 
                                                                         robot  and  observes  the  real  robot’s  motion  to  decide 
                                                                         whether  to  continue  dragging  the  teaching  robot.  All 
                                                                         trajectory commands are recorded in memory and can be 
                                                                         recalled  to  repeat  a  teaching  action.  Figure  4  shows  the 
                                                                         functional block diagram of the control motherboard.  
    Figure 2. Schematic diagram of teaching robot 


2   Int J Adv Robotic Sy, 2012, Vol. 9, 34:2012                                                                                   www.intechopen.com
The mode indicator displays the operational mode, which                The  dsPIC,  a  microcontroller  produced  by  Microchip 
includes  a  follow  mode,  demo  mode  and  teaching  mode.           Company,  sends  out  the  pulse‐width  command  and  the 
This  work  focuses  on  teaching  mode.  A  7‐segment                 switch signals control the pulse‐width command, leading 
displayer shows the run time, indicating execution time for            it to the desired channel. 
a  teaching  cycle.  The  pulse‐width  command  block  sends            
the PWM signals to the DC servo control card in sequence.                  Pulse width command
                                                                                                                                  Dc servo card 1
The  kernel  of  the  control  motherboard  is  dsPIC30F6014A 
[14].  Other  functions  occur,  including  writing  teaching                                                                     Dc servo card 2
signals  to  the  extension  memory  25AA1024  [15],  reading 
                                                                           Switch signals                                         Dc servo card 3
the  potentiometer  signals  and  transforming  them  into 
positional commands, detecting the push buttons to switch                                                                         Dc servo card 4
operational  modes,  receiving  feedback  signals  coming 
                                                                                                                                  Dc servo card 5
from  the  DC  servo  control  card  in  response  to  related                                                                                       
                                                                        
actions,  such  as  home  position  operation  and  deciding           Figure  5.  Schematic  diagram  of  the  pulse  width  command 
whether  the  position  loop  control  is  finished.  The  major       generation 
functional blocks are described as follows:                             
                                                                       2.2.4 EEPROM memory expansion 
                                                  Pulse width           
     Mode Indicator       7-segment display    command to servo
                                                 control card          To record teaching signals in real time, a serial peripheral 
                                                                       interface  (SPI)  bus  serial  EEPROM  25AA1024  is  used. 
                                                                       This  chip  is  accessed  via  a  simple  serial  peripheral 
                                                                       interface‐compatible  serial  bus  with  20  MHz  as  its 
                                                 Potentiometer
       EEPROM                   CPU
                                               signals come from
                                                                       maximum clock speed. Figure 7 shows its interface circuit. 
      (25AA1024)           dsPIC30F6014A
                                                 teaching robot        Based  on  the  serial  input/output  timing  of  the  datasheet 
                                                                       and  formatted  instruction  set,  the  control  kernel, 
                                                                       dsPIC30F6014A, can write data in, or read data out of, the 
                                                                       memory chip. 
                           Feedback signals
      Push button          come from servo                              
                             control card                           
Figure 4. Schematic diagram of the mother control board 

2.2.3 Pulse‐width command to the DC servo control card 

A  novel  five‐joint  robot  teaching  system  was  developed. 
Each  joint  is  controlled  by  a  DC  servo  control  card.  As 
described,  the  servo  card  receives  the  pulse‐width 
command. For more axes joint robot systems, generating 
synchronous  PWM  signals  [13]  generates  smoother                                                                                                 
motion,  but  has  higher  start  current  from  the  power            Figure 7. Memory expansion circuit 
supply.  To  reduce  the  normal  rated  power,  the                    
motherboard sends a sequential pulse‐width command to                  2.2.5 Potentiometer signals measurements 
the DC servo control cards. Figure 5 shows the sequential               
pulse‐width  commands  and  Fig.  6  shows  the  schematic                                                                     5V
                                                                                                  dsPIC 3010
diagram of the pulse‐width command generation.                                                                        A N0
                                                                                                                             5V
                                                                                                                      A N1

                                                                                                                               5V
                                                                                                                      A N2

                                                                                                                             5V
                                                                                            A/D
                                                                                                                      A N3

                                                                                                                               5V
                                                                                                                      A N4


                                                                
                                                                                                                                      
Figure 5. Sequential pulse width command                               Figure 8. Schematic diagram of potentiometer signals measurements 


www.intechopen.com                                                                                                 Chin-Pao Hung and Wei-Ging Liu:      3
                                                                                  Intuitive Embedded Teaching System Design for Multi-Jointed Robots
The  control  kernel  dsPIC3010  has  built‐in  10‐bit  high‐                                              Read Start                          Write Start
    speed analogue to digital (A/D) channels and easily reads 
    the voltage signals from the potentiometers circuit. Figure                                               Initialization                      Initialization
    8  shows  the  schematic  diagram  of  potentiometer  signals 
    measurements circuit.                                                                                 Set CS pin as HIGH                  Set CS pin as HIGH
     
    3. Programming of the teaching system  
                                                                                                          CS pin High to Low                  CS pin High to Low
     
    The program design includes two parts, the mother control 
                                                                                                        SCK send out a clock and            SCK send out a clock and
    board program and the dc servo control card program.                                                 SI send out one bit data            SI send out one bit data
                                                                                                                                                          YES
    3.1 Mother control board program                                                                        8 bit instruction
                                                                                                                                     NO
                                                                                                                                                8 bit instruction        NO
                                                                                                           transmit finished?                  transmit finished?
    The  control  motherboard  has  three  operational  modes:                                                           YES
    follow  mode,  demo  mode  and  teaching  mode.  In  follow                                         SCK send out a clock and            SCK send out a clock and
                                                                                                        SI send out 24 bit address          SI send out 24 bit address
    mode,  the  real  robot  mimics  the  motion  of  the  teaching 
    robot. Demo mode executes some special motions, such as                                                                           NO                                 NO
                                                                                                         24 bit address transmit             24 bit address transmit
    dealing. Figure 9 shows the flowchart of the teaching mode.                                                 finished?                           finished?
     
                                                                                                                         YES                              YES
    Teaching signals coming from the potentiometers must be 
                                                                                                                                           SCK send out clock and SI
    recorded  in  the  non‐volatile  memory  25AA1024  in  real                                         SO pin read in 8-bit data
                                                                                                                                              send out 8-bit data
    time  (Fig.  9).  To  illustrate  the  read/write  timing  of  the 
                                                                                                                                      NO
    datasheet  [15],  Fig.  10  shows  the  read  and  write                                               8 bit data recesive                 8 bit data transmit       NO
                                                                                                                finished?                           finished?
    flowcharts.  Notably,  25AA1024  has  is  only  1  Mbits  of 
                                                                                                                         YES
                                                                                                                                                             YES
    memory.  Its  recordable  teaching  time  is  related  to  the 
                                                                                                          CS pin Low to High                  CS pin Low to High
    sampling  time.  Small  sample  times  will  generate  high  
     
                    Teaching mode                                                                                 END                                 END
                        start
                                                                                                                                                                               
                                                                                                   Figure 10. 25AA1024 EEPROM read/write flowchart 
                                                                                                    
                   A/D initialization                         Buffer memory clear
                                                                                                   trajectory  resolution.  Each  sample  requires  10  bytes  of 
                       EEPROM                                 Stop A/D conversion
                                                                                                   memory  for  each  5  of  joint  movement.  Each  command 
                      initialization
                                                                                                   occupies  2  bytes  of  memory  for  each  joint.  If  50ms  is 
                                                           Set EEPROM as read only
                                                                                                   taken  as  sampling  time,  25AA1024  it  can  record  roughly 
                  Buffer memory clear
                                                                   mode                            625  seconds  of  path  planning;  longer  path  learning  is 
                                                                                                   easily completed by expanding the memory.   
                  Read the A/D signals                         Read A/D signals
                 and transform as pulse
                    width command                                                                  3.2 Program design of the DC servo control card 
                                                             transform A/D signals                  
                                                                 as pulse width
                   Send pulse width
                                                                   command                         The  DC  servo  control  card  receives  a  pulse‐width 
                 command to each joint
                                                               Send pulse width
                                                                                                   command and then executes the closed‐loop servo control 
                    Record the A/D                           command to each joint                 (Fig.  3).  By  using  PIC18f8720  [16]  as  the  control  kernel  of 
                  signals to EEPROM
                                                              Display the running
                                                                                                   the  DC  servo  control  card,  PIC18f8720  needs  peripheral 
                  Display the recorded                               time                          initialization,  including  interrupt  mode,  capture  mode, 
                         time
                                                                                        yes        PWM  mode  and  the  necessary  input/output  (I/O)  pins. 
                                            yes
                                                                   Running cycle                   Figure  11  shows  the  program  flowchart  of  the  DC  servo 
                      Memory full                                    finished?
                                                                           no                      control  card.  After  initialization,  the  kernel  runs  the  main 
                              no                                                                   control  loop,  the  shaded  yellow  area  (Fig.  11).  The  main 
                                          yes
                                                            Stop record and return to
                                                                                          no
                                                                                                   control  loop  runs  with  1  ms  control  cycles  and  the 
                     Run recorded
                      command
                                                                 mode selection
                                                                                                   controller is PID type. Notably, the position loop control is 
                                                                              yes
                              no                                                                   similar to that of RC servo motor control. A special pulse‐
           no
                                                                                                   width  command  corresponds  to  a  motor  position.  Each 
                Stop record and return to
                     mode selection
                                                                                                   servo  control  card  receives  a  pulse‐width  command  and 
                              yes
                                                                                                   calculates  the  pulse  width  via  the  capture  module,  and 
                                                                                                   then  completes  the  corresponding  position  loop  control. 
                                                                                                   Table  1  lists  the  relationship  between  the  pulse‐  width 
                                        Return to mode selection
                                                                                                   range and joint position (Fig.1) of each joint. In this work, 
    Figure 9. Flowchart of teaching mode program                                                   0° indicates that the robot remains in the home position.  


4   Int J Adv Robotic Sy, 2012, Vol. 9, 34:2012                                                                                                       www.intechopen.com
4. Experimental results and discussion 

4.1 Experimental setup 

Figure  12  shows  the  schematic  diagram  the  proposed                                                                                                Real robot
teaching  system,  integrating  the  motherboard,  DC  servo 
cards, teaching robot and real robot. Figure 13 shows the 
experimental system. 
 
                                                                 Interrupt                   Teaching
                             Start                                 start                        robot
                                                                                                                                                        Servo
                         Initialization                         Setup timer
                                                                                                                                                        card

                        Setup interrupt                            Clear                                                                               Mother
                           function                              interrupt                                                                             board
                                                                    flag
                                                                                                                                                                       
                    Setup Timer/CCP
                                                                                         Figure 13. Photo of developed teaching system 
                                                                    End                   
          NO Pulse width command                                                         4.2 Teaching mode operation
                     input                                                                
                YES

          NO
                         Interrupt wait

                          YES
                         Read position
                        feedback signal

                        Error caculation

                        Control signal
                         caculation

                        Soft saturation
                          limitation

                  Output control signal
                                                                                                                                                                       
                                           YES          Send OK signal to                Figure 14. Schematic of teaching mode for jointed robot 
                         Error is zero?                mother control board               
                                                      and setup interrupt flag
                           No                                                            The  operator  drags  the  teaching  robot  to  teach/plan  the 
                   Setup interrupt flag                                                  motion  of  the  real  robot.  When  the  operator  drags  robot 
                                                                                         movements,  the  real  robot  follows  the  teaching  robot. 
                                                                                         After observing the real robot’s movement, the trajectory 
Figure 11. Program flowchart of dc servo control card 
                                                                                         teaching/plan  can  be  completed  intuitively,  almost 
 
                                                                                         without professional knowledge.  
                                                                                          
                                                                                         To  demonstrate  the  feasibility  of  the  proposed  teaching 
                                                                                         system,  a  five‐degree  freedom  jointed  robot  is  designed 
                                                                                         as  a  dealing  robot.  The  teaching  and  repeating  process 
                                                                                         video  can  be  downloaded  or  viewed  at 
                                                                                         http://mech.em.ncut.edu.tw/BBS/read.php?tid=1455. 
                        M her
                         ot                                                              Figures  15  (a)~(h)  and  16  (a)~(h)  show  some  frames  in 
                        boar d
       Teaching robot
                                                                                         sequence; Fig. 15 shows the teaching process and Fig. 16 
                                        D ser vo
                                          c
                                                                                         shows  the  repeating  process  after  the  teaching  mode 
                                      cont rol card                                      operation. 
                                        ( 5 axes)
                                                                                          
                                                           Real robot                    All frames in Fig. 15 are captured from the teaching mode 
Figure 12. Schematic diagram of the developed teaching system                            video.  The  operator  dragged  the  teaching  robot  to  deal. 


www.intechopen.com                                                                                                                 Chin-Pao Hung and Wei-Ging Liu:        5
                                                                                                  Intuitive Embedded Teaching System Design for Multi-Jointed Robots
                                                                                         
                     (a)                                                 (b)                      (a)                                                (b) 




                                                                                                                                                                         
                     (c)                                                (d)                       (c)                                                (d) 




                                                                                                                                                                         
                     (e)                                                (f)                       (e)                                                (f) 




                                                                                                                                                                         
                     (g)                                                (h)                       (g)                                                (h) 
    Figure 15. Teaching mode operation                                              Figure 16. Repeated operation after teaching mode 
                                                                                     
    After  dealing  two  cards,  the  dealing  robot  repeated  the                 be accurately recorded and repeated. Sharp‐eyed viewers 
    teaching action. The cycle times in the captured frames of                      will identify some jiggling in the dealing video when the 
    the jointed robot’s actions are nearly identical to those in                    end‐effector  approached  a  card.  Modifying  the  recorded 
    teaching mode (Fig. 16).                                                        trajectory  using  a  filter  scheme  will  improve  smoothing 
                                                                                    out of the motion.  
    4.3 Discussion                                                                   
                                                                                    Notably,  although  the  developed  teaching  system  is 
    As  described,  the  proposed  teaching  system  can  record                    applied  to  jointed  robots  which  belong  to  the  revolute 
    625s of trajectory planning using a 50ms sampling times.                        coordinates type of robots, since the revolute coordinates 
    Therefore,  the  teaching  system  can  execute  complex                        type  of  robots  is  the  most  complicated  system,  it  can 
    motion  teaching.  However,  this  system  is  unsuited  to                     easily  be  applied  to  other  types  of  robots,  such  as 
    application  requiring  highly  precise  motion.  During  the                   Cartesian  coordinates,  cylindrical  coordinates  and 
    teaching  process,  shaking  or  jiggling  by  an  operator  will               spherical coordinates types of robots.  


6   Int J Adv Robotic Sy, 2012, Vol. 9, 34:2012                                                                                                        www.intechopen.com
5. Conclusion                                                           [5] Kenji  KANEKO,  Kensuke  HARADA,  Fumio 
                                                                             KANEHIRO,  Go  MIYAMORI,  and  Kazuhiko 
A novel teaching system for jointed robot was developed                      AKACHI,” Humanoid robot HRP‐3”, IEEE/RSJ Inter. 
in  this  work.  The  test  used  PIC  microcontroller  as  the              Conf.  on  Intelligent  Robots  and  Systems,  Nice, 
control kernel and integrated the peripheral interface, DC                   France,2008. 
servo  control  cards,  control  motherboard,  teaching  robot          [6] M.  Friedrich, S.  Alexander  and  B.  Luc,  “Passive 
and the real jointed robot. On the teaching mode test, the                   compliance  for  a  RC  servo‐controlled  bouncing 
experimental  results  demonstrate  the  feasibility  of  the                robot”, Advanced Robotics, vol. 20, no. 8, pp. 953‐961, 
proposed  teaching  system.  The  user  can  easily  achieve                 2006. 
trajectory  planning  using  intuitive,  simple  and  low‐cost          [7] J. Yamaguchi, A. Takanishi, I. Kato, “Development of 
technology.  Improving  precise  motion  teaching  and                       a  biped  walking  robot  compensating  for  three‐axis 
filtering technology to smooth the trajectory is a goal we                   moment by trunk motion”, Proc. of IEEE International 
are currently pursuing.                                                      Conference  on  Intelligent  Robots  and  Systems,  pp.561‐
                                                                             566,1993. 
6. Acknowledgments                                                      [8] I.  Yamagucbi,  E.  Soga,  S.  Inoue,  A.  Takanishi, 
                                                                             “Development  of  a  bipedal  humanoid  robot  control 
The authors gratefully acknowledge the support of Chin‐                      method  of  whole  body  cooperative  dynamic  biped 
Yi University of Technology, Taiwan, R.O.C., under grant                     walking”,  Proc.  of  IEEE  International  Conference  on 
No. NCUT 11‐R‐CE‐001.                                                        Robotics and Automation, pp.368‐374, 1999. 
                                                                        [9] M.  ISHII,  “A  robot  teaching  method  using  Hyper 
7. References                                                                Card  system”,  Robot  and  Human  Communication, 
                                                                             pp.410‐413, 1992. 
[1] K.  Daeinabi  and  M.  Teshnehlab,  “Steam  tracking  of            [10] R. Ikeura, and H. Inooka, ”Manual control approach 
      intelligent  arc  welding  robot”,  Proc. of the 6th WSEAS             to  the  teaching  of  a  robot  task”,  IEEE  Trans.  on 
      International  conference  on  System  Theory  &  Scientific           Systems, Man and Cybernetics,  vol.  24,  no.  9,  pp.1339‐
      Computation,pp.161‐166,2006.                                           1346, 1994. 
[2] M. C. Popescu, I. Borcosi, O. Olaru, L. Popescu and F.              [11] K.  S.  Fu,  R.  C.  Gonzalez,  and  C.  S.  G.  Lee,  Robotics 
      Grofu,  “Simulation  hybrid  fuzzy  control  of  SCARA                 control, sensing, vision, and intelligence, 1987. 
      robot”,  Proc.  of  the  3th  WSEAS  International  conference    [12] Chin‐Pao Hung, Wei‐Ging Liu, Hong‐Jhe Su, Jia‐Wei 
      on Applied and theoretical mechanics, pp.175‐180, 2007.                Chen,  Bo‐Ming  Chiu,  ”PIC‐Based  Multi‐Channel 
[3] A.  S.  D.  LOS  R.,  M.  GARDUÑO  G  and  A.                            PWM  Signal  Generation  Method  and  Application  to 
      GONZÁLEZ  L,  “4Stell‐robot:  a  climbing  mobile                      Motion  Control  of  Six  Feet  Robot  Toy”,  International 
      robot  for  gas  containers  inspection”,  Proc.  of  the  3th         Journal of Circuits, Systems and Signal Processing, Issue 
      WSEAS/IASME  International  conference  on  Dynamical                  2, vol.3,pp.73‐81,2009. 
      Systems and Control, pp.200‐205, 2007.                            [13] Microchip,“dsPIC30F6014A Datasheet Search”, 2008. 
[4] J.  Lenarcic  and  M.  Stanisic,  “A  humanoid  shoulder            [14] Microchip,“25AA1024 Data sheet”, 2008. 
      complex  and  the  humanoid  pointing  kinematics,”               [15] Microchip,“PIC18F86520/8520/6620/8620/6720/8720 
      IEEE Trans. Robot. Autom.,  vol.  19,  no.3,  pp.  499–506,            Data sheet”, 2006. 
      Jun. 2003.                                                         
 

 
 
 




www.intechopen.com                                                                                              Chin-Pao Hung and Wei-Ging Liu:     7
                                                                               Intuitive Embedded Teaching System Design for Multi-Jointed Robots

More Related Content

Similar to In tech intuitive-embedded_teaching_system_design_for_multi_jointed_robots

Multifunctional Relay Based On Microcontroller
Multifunctional Relay Based On MicrocontrollerMultifunctional Relay Based On Microcontroller
Multifunctional Relay Based On MicrocontrollerRajeev Kumar
 
Module_1_Introduction to robotic and microcontroller.ppt
Module_1_Introduction to robotic and microcontroller.pptModule_1_Introduction to robotic and microcontroller.ppt
Module_1_Introduction to robotic and microcontroller.pptmichealfajobi7
 
Summer Training Program Report On Embedded system and robot
Summer Training Program Report On Embedded system and robot Summer Training Program Report On Embedded system and robot
Summer Training Program Report On Embedded system and robot Arcanjo Salazaku
 
Qavane_211068691__IEEE_Paper-1
Qavane_211068691__IEEE_Paper-1Qavane_211068691__IEEE_Paper-1
Qavane_211068691__IEEE_Paper-1Mandilakhe Qavane
 
Design and Implementation of Smart Docking and Recharging System for Defense ...
Design and Implementation of Smart Docking and Recharging System for Defense ...Design and Implementation of Smart Docking and Recharging System for Defense ...
Design and Implementation of Smart Docking and Recharging System for Defense ...IOSR Journals
 
Pick and place Line following robot report
Pick and place Line following robot reportPick and place Line following robot report
Pick and place Line following robot reportPradeep Yadav
 
Report on Pick and Place Line following Robot
Report on Pick and Place Line following RobotReport on Pick and Place Line following Robot
Report on Pick and Place Line following RobotPradeep Yadav
 
Design and operation of synchronized robotic arm
Design and operation of synchronized robotic armDesign and operation of synchronized robotic arm
Design and operation of synchronized robotic armeSAT Journals
 
Industrial Robotics Chap 01 Fundamentals
Industrial  Robotics  Chap 01  FundamentalsIndustrial  Robotics  Chap 01  Fundamentals
Industrial Robotics Chap 01 FundamentalsKevin Carvalho
 
Development of Pick and Place Robot for Industrial Applications
Development of Pick and Place Robot for Industrial ApplicationsDevelopment of Pick and Place Robot for Industrial Applications
Development of Pick and Place Robot for Industrial ApplicationsIRJET Journal
 
PC-based mobile robot navigation sytem
PC-based mobile robot navigation sytemPC-based mobile robot navigation sytem
PC-based mobile robot navigation sytemANKIT SURATI
 
Design and operation of synchronized robotic arm
Design and operation of synchronized robotic armDesign and operation of synchronized robotic arm
Design and operation of synchronized robotic armeSAT Publishing House
 
IRJET- Design and Fabrication of PLC and SCADA based Robotic Arm for Material...
IRJET- Design and Fabrication of PLC and SCADA based Robotic Arm for Material...IRJET- Design and Fabrication of PLC and SCADA based Robotic Arm for Material...
IRJET- Design and Fabrication of PLC and SCADA based Robotic Arm for Material...IRJET Journal
 
Simulation design of trajectory planning robot manipulator
Simulation design of trajectory planning robot manipulatorSimulation design of trajectory planning robot manipulator
Simulation design of trajectory planning robot manipulatorjournalBEEI
 

Similar to In tech intuitive-embedded_teaching_system_design_for_multi_jointed_robots (20)

0234
02340234
0234
 
Multifunctional Relay Based On Microcontroller
Multifunctional Relay Based On MicrocontrollerMultifunctional Relay Based On Microcontroller
Multifunctional Relay Based On Microcontroller
 
Module_1_Introduction to robotic and microcontroller.ppt
Module_1_Introduction to robotic and microcontroller.pptModule_1_Introduction to robotic and microcontroller.ppt
Module_1_Introduction to robotic and microcontroller.ppt
 
Robotics my seminar
Robotics my seminarRobotics my seminar
Robotics my seminar
 
Summer Training Program Report On Embedded system and robot
Summer Training Program Report On Embedded system and robot Summer Training Program Report On Embedded system and robot
Summer Training Program Report On Embedded system and robot
 
Qavane_211068691__IEEE_Paper-1
Qavane_211068691__IEEE_Paper-1Qavane_211068691__IEEE_Paper-1
Qavane_211068691__IEEE_Paper-1
 
Report
ReportReport
Report
 
F010123841
F010123841F010123841
F010123841
 
Design and Implementation of Smart Docking and Recharging System for Defense ...
Design and Implementation of Smart Docking and Recharging System for Defense ...Design and Implementation of Smart Docking and Recharging System for Defense ...
Design and Implementation of Smart Docking and Recharging System for Defense ...
 
Pick and place Line following robot report
Pick and place Line following robot reportPick and place Line following robot report
Pick and place Line following robot report
 
Report on Pick and Place Line following Robot
Report on Pick and Place Line following RobotReport on Pick and Place Line following Robot
Report on Pick and Place Line following Robot
 
Automatic P2R Published Paper P1277-1283
Automatic P2R Published Paper P1277-1283Automatic P2R Published Paper P1277-1283
Automatic P2R Published Paper P1277-1283
 
Design and operation of synchronized robotic arm
Design and operation of synchronized robotic armDesign and operation of synchronized robotic arm
Design and operation of synchronized robotic arm
 
Industrial Robotics Chap 01 Fundamentals
Industrial  Robotics  Chap 01  FundamentalsIndustrial  Robotics  Chap 01  Fundamentals
Industrial Robotics Chap 01 Fundamentals
 
Development of Pick and Place Robot for Industrial Applications
Development of Pick and Place Robot for Industrial ApplicationsDevelopment of Pick and Place Robot for Industrial Applications
Development of Pick and Place Robot for Industrial Applications
 
PC-based mobile robot navigation sytem
PC-based mobile robot navigation sytemPC-based mobile robot navigation sytem
PC-based mobile robot navigation sytem
 
Content server
Content serverContent server
Content server
 
Design and operation of synchronized robotic arm
Design and operation of synchronized robotic armDesign and operation of synchronized robotic arm
Design and operation of synchronized robotic arm
 
IRJET- Design and Fabrication of PLC and SCADA based Robotic Arm for Material...
IRJET- Design and Fabrication of PLC and SCADA based Robotic Arm for Material...IRJET- Design and Fabrication of PLC and SCADA based Robotic Arm for Material...
IRJET- Design and Fabrication of PLC and SCADA based Robotic Arm for Material...
 
Simulation design of trajectory planning robot manipulator
Simulation design of trajectory planning robot manipulatorSimulation design of trajectory planning robot manipulator
Simulation design of trajectory planning robot manipulator
 

In tech intuitive-embedded_teaching_system_design_for_multi_jointed_robots

  • 1. ARTICLE International Journal of Advanced Robotic Systems Intuitive Embedded Teaching System Design for Multi-Jointed Robots Regular Paper Chin-Pao Hung* and Wei-Ging Liu   Department of Electrical Engineering, National Chin-Yi University of Technology, Taiwan, R.O.C. * Corresponding author E-mail: cbhong@ncut.edu.tw   Received 03 Mar 2012; Accepted 19 Apr 2012 DOI: 10.5772/46126 © 2012 Hung and Liu; licensee InTech. This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0), which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Abstract This work describes the development of a novel  1. Introduction   embedded  teaching  system  for  multi‐jointed  robots.    Differing from the traditional teaching panel method, the  Many robots exist, including robots with jointed arms [1,2],  proposed  method  does  not  require  any  complex  mobile  robots  for  special  functions  [3],  humanoid  robots  computations  for  coordinate  transformation  and  is  a  [4,5]  and  robot  toys  [6‐8].  Robotic  technology  has  become  simpler scheme. The proposed teaching system includes a  an  increasingly  important  research  topic.  Many  new  small  teaching  robot,  which  is  scaled  to  the  real  jointed  applications  have  been  developed,  such  as  service  robots  robot,  however,  joints  are  replaced  with  potentiometers.  that  can  sing,  dance,  cook  and  play  piano.  Among  the  An embedded electrical control system contains the main  many  applications,  trajectory  planning  and  teaching  play  control  board  and  joint  control  cards.  The  main  control  very  important  roles.  Indeed,  complex  computations  for  board  receives  voltage  signals  from  the  teaching  robot  coordinate  transformation  are  needed  to  achieve  precise  and  transforms  them  into  position  commands  for  the  trajectory planning. Although robot manufacturers supply  motion  of  each  joint.  All  the  position  commands  are  teaching  programs  for  planning,  the  trajectories  use  recorded  on  the  main  control  board  using  the  desired  teaching  panels  [9]  or  joysticks  [10].  With  these  methods,  sample  rate.  In  trajectory  planning  mode,  the  operator  the  user  moves  the  robot  manually  through  the  space  by  drags  the  teaching  robot  to  generate  the  desired  motion.  operating the  manual box  (teaching  panel)  and a series of  The electrical control system drives the real jointed robot  processes  are  required  [11].  The  user  must  have  sufficient  in  response  to  the  received  voltage  signals  from  the  training,  otherwise,  it  is  difficult  to  complete  the  teaching  teaching robot. Trajectory teaching can be done naturally  task. These teaching methods are not sufficiently intuitive;  without  expertise.  The  teaching  system  architecture,  that  is,  intuitive  teaching  schemes  are  required  for  control  board  design  and  program  flowchart  are  industrial  application.  Notably,  many  robot  applications  described and implemented.  do not require highly precise motion control. For example,    an  intuitive  robot  teaching  system  is  needed  for  such  Keywords teaching robot, PIC, embedded system, jointed  applications as robotic baccarat dealers.   robot, robotics.    www.intechopen.com Int J Adv Chin-Pao Hung and Wei-Ging Liu: Robotic Sy, 2012, Vol. 9, 34:2012 1 Intuitive Embedded Teaching System Design for Multi-Jointed Robots
  • 2. Generally, the dealing robot platform uses the same robot  force  of  each  joint  is  large  enough  to  keep  the  teaching  type  as  the  semiconductor  industry,  most  of  which  are  robot in the desired position. Compared  to a real jointed  jointed robots. By rotating its waist, shoulder, elbow and  robot,  the  teaching  robot  is  moved  easily  by  dragging.  wrist, this robot achieves dexterous motion. Because each  Analogue teaching commands are transferred via voltage  joint  has  a  high  gear  ratio  design,  the  teaching  motion  changes  from  the  potentiometers  at  each  joint  and  drive  trajectory  by  dragging  a  real  jointed  robot  is  difficult.  the motion of the real robot’s joints.   Using a teaching panel or space coordinate input to plan  the  motion  trajectory  is  the  most  popular  teaching  2.2 Electrical control system design   method [12], however, these methods are not sufficiently    intuitive;  that  is,  an  operator  must  have  some  The  design  of  the  electrical  control  system  for  the  professional knowledge. Developing an intuitive teaching  proposed teaching  system consists  mainly  of  a  DC  servo  system  that  benefits  trajectory  planning  of  jointed  robots  control  card,  a  control  motherboard,  a  teaching  program  is the primary goal of this work.  design and a control program for each servo control card.      2. Architecture of the proposed jointed   2.2.1 DC servo control card design  robot teaching system      To  preserve  extension  flexibility,  each  joint  is  driven  by  2.1 Teaching robot design  one servo control card. Each servo control card receives a    pulse‐width  command  to  complete  the  position  loop  Figure  1  shows  a  schematic  diagram  of  a  real  jointed  control, as does a radio control (RC) servo motor [13]. The  robot. As described, each joint has a high gear ratio and is  pulse width is proportional to the rotation angle and the  difficult  to  move  by  dragging.  Therefore,  this  work  ratio  is  adjustable  depending  on  each  joint’s  rotation  designed  a  smaller  teaching  robot  in  scale  to  the  real  range.  Also,  a  tuned  proportional–integral–derivative  robot, with each joint replaced by a potentiometer. Figure  (PID)  controller  is  implemented  in  the  position  loop  to  2 shows the schematic diagram of the teaching robot. All  guarantee  that  the  system  has  acceptable  steady  state  components  of  the  teaching  robot  are  made  of  light‐ error.  Figure  3  shows  a  functional  block  diagram  of  the  weight materials, such as acrylic or wood, and the friction   joint  control  card  is  shown  as  Fig.  3.  The  necessary    peripheral interfaces, the control kernel, power MOSFET,  current  sensor  and  encoder  counting  circuit  are  integrated into the servo control card.    D PO ER C W M RCN O IC O O TR LER PO ERM SFET W O 2 4 6 1 3 Pulse width O TPU U T com and m CN O R O TR LLE P M W LO KO T C U D IV R R E DC C C IT IR U M TO O R 8 7 CRET URN S 5S R A/D E O N 11 9 10 PH SEA A C U TE ON R D E TIO IR C N PO H TO C C IT IR U C C IT IR U PH SEB A ECDR NOE   Figure 3. Schematic diagram of the dc servo control card       Figure 1. Schematic diagram of real jointed robot   2.2.2 Mother control board design       When  in  teaching  mode,  the  control  motherboard  receives voltage signals from the teaching robot and then  sends  the  related  trajectory  command  to  the  DC  servo  control  card.  The  real  robot  and  teaching  robot  execute  nearly the same motion. The operator moves the teaching  robot  and  observes  the  real  robot’s  motion  to  decide  whether  to  continue  dragging  the  teaching  robot.  All  trajectory commands are recorded in memory and can be  recalled  to  repeat  a  teaching  action.  Figure  4  shows  the    functional block diagram of the control motherboard.   Figure 2. Schematic diagram of teaching robot  2 Int J Adv Robotic Sy, 2012, Vol. 9, 34:2012 www.intechopen.com
  • 3. The mode indicator displays the operational mode, which  The  dsPIC,  a  microcontroller  produced  by  Microchip  includes  a  follow  mode,  demo  mode  and  teaching  mode.  Company,  sends  out  the  pulse‐width  command  and  the  This  work  focuses  on  teaching  mode.  A  7‐segment  switch signals control the pulse‐width command, leading  displayer shows the run time, indicating execution time for  it to the desired channel.  a  teaching  cycle.  The  pulse‐width  command  block  sends    the PWM signals to the DC servo control card in sequence.   Pulse width command Dc servo card 1 The  kernel  of  the  control  motherboard  is  dsPIC30F6014A  [14].  Other  functions  occur,  including  writing  teaching  Dc servo card 2 signals  to  the  extension  memory  25AA1024  [15],  reading  Switch signals Dc servo card 3 the  potentiometer  signals  and  transforming  them  into  positional commands, detecting the push buttons to switch  Dc servo card 4 operational  modes,  receiving  feedback  signals  coming  Dc servo card 5 from  the  DC  servo  control  card  in  response  to  related      actions,  such  as  home  position  operation  and  deciding  Figure  5.  Schematic  diagram  of  the  pulse  width  command  whether  the  position  loop  control  is  finished.  The  major  generation  functional blocks are described as follows:      2.2.4 EEPROM memory expansion  Pulse width   Mode Indicator 7-segment display command to servo control card To record teaching signals in real time, a serial peripheral  interface  (SPI)  bus  serial  EEPROM  25AA1024  is  used.  This  chip  is  accessed  via  a  simple  serial  peripheral  interface‐compatible  serial  bus  with  20  MHz  as  its  Potentiometer EEPROM CPU signals come from maximum clock speed. Figure 7 shows its interface circuit.  (25AA1024) dsPIC30F6014A teaching robot Based  on  the  serial  input/output  timing  of  the  datasheet  and  formatted  instruction  set,  the  control  kernel,  dsPIC30F6014A, can write data in, or read data out of, the  memory chip.  Feedback signals Push button come from servo   control card   Figure 4. Schematic diagram of the mother control board  2.2.3 Pulse‐width command to the DC servo control card  A  novel  five‐joint  robot  teaching  system  was  developed.  Each  joint  is  controlled  by  a  DC  servo  control  card.  As  described,  the  servo  card  receives  the  pulse‐width  command. For more axes joint robot systems, generating  synchronous  PWM  signals  [13]  generates  smoother    motion,  but  has  higher  start  current  from  the  power  Figure 7. Memory expansion circuit  supply.  To  reduce  the  normal  rated  power,  the    motherboard sends a sequential pulse‐width command to  2.2.5 Potentiometer signals measurements  the DC servo control cards. Figure 5 shows the sequential    pulse‐width  commands  and  Fig.  6  shows  the  schematic  5V dsPIC 3010 diagram of the pulse‐width command generation.  A N0   5V A N1 5V A N2 5V A/D A N3 5V A N4     Figure 5. Sequential pulse width command  Figure 8. Schematic diagram of potentiometer signals measurements  www.intechopen.com Chin-Pao Hung and Wei-Ging Liu: 3 Intuitive Embedded Teaching System Design for Multi-Jointed Robots
  • 4. The  control  kernel  dsPIC3010  has  built‐in  10‐bit  high‐ Read Start Write Start speed analogue to digital (A/D) channels and easily reads  the voltage signals from the potentiometers circuit. Figure  Initialization Initialization 8  shows  the  schematic  diagram  of  potentiometer  signals  measurements circuit.  Set CS pin as HIGH Set CS pin as HIGH   3. Programming of the teaching system   CS pin High to Low CS pin High to Low   The program design includes two parts, the mother control  SCK send out a clock and SCK send out a clock and board program and the dc servo control card program.  SI send out one bit data SI send out one bit data   YES 3.1 Mother control board program  8 bit instruction NO 8 bit instruction NO   transmit finished? transmit finished? The  control  motherboard  has  three  operational  modes:  YES follow  mode,  demo  mode  and  teaching  mode.  In  follow  SCK send out a clock and SCK send out a clock and SI send out 24 bit address SI send out 24 bit address mode,  the  real  robot  mimics  the  motion  of  the  teaching  robot. Demo mode executes some special motions, such as  NO NO 24 bit address transmit 24 bit address transmit dealing. Figure 9 shows the flowchart of the teaching mode.  finished? finished?   YES YES Teaching signals coming from the potentiometers must be  SCK send out clock and SI recorded  in  the  non‐volatile  memory  25AA1024  in  real  SO pin read in 8-bit data send out 8-bit data time  (Fig.  9).  To  illustrate  the  read/write  timing  of  the  NO datasheet  [15],  Fig.  10  shows  the  read  and  write  8 bit data recesive 8 bit data transmit NO finished? finished? flowcharts.  Notably,  25AA1024  has  is  only  1  Mbits  of  YES YES memory.  Its  recordable  teaching  time  is  related  to  the  CS pin Low to High CS pin Low to High sampling  time.  Small  sample  times  will  generate  high     Teaching mode END END start   Figure 10. 25AA1024 EEPROM read/write flowchart    A/D initialization Buffer memory clear trajectory  resolution.  Each  sample  requires  10  bytes  of  EEPROM Stop A/D conversion memory  for  each  5  of  joint  movement.  Each  command  initialization occupies  2  bytes  of  memory  for  each  joint.  If  50ms  is  Set EEPROM as read only taken  as  sampling  time,  25AA1024  it  can  record  roughly  Buffer memory clear mode 625  seconds  of  path  planning;  longer  path  learning  is  easily completed by expanding the memory.    Read the A/D signals Read A/D signals and transform as pulse width command 3.2 Program design of the DC servo control card  transform A/D signals   as pulse width Send pulse width command The  DC  servo  control  card  receives  a  pulse‐width  command to each joint Send pulse width command and then executes the closed‐loop servo control  Record the A/D command to each joint (Fig.  3).  By  using  PIC18f8720  [16]  as  the  control  kernel  of  signals to EEPROM Display the running the  DC  servo  control  card,  PIC18f8720  needs  peripheral  Display the recorded time initialization,  including  interrupt  mode,  capture  mode,  time yes PWM  mode  and  the  necessary  input/output  (I/O)  pins.  yes Running cycle Figure  11  shows  the  program  flowchart  of  the  DC  servo  Memory full finished? no control  card.  After  initialization,  the  kernel  runs  the  main  no control  loop,  the  shaded  yellow  area  (Fig.  11).  The  main  yes Stop record and return to no control  loop  runs  with  1  ms  control  cycles  and  the  Run recorded command mode selection controller is PID type. Notably, the position loop control is  yes no similar to that of RC servo motor control. A special pulse‐ no width  command  corresponds  to  a  motor  position.  Each  Stop record and return to mode selection servo  control  card  receives  a  pulse‐width  command  and  yes calculates  the  pulse  width  via  the  capture  module,  and  then  completes  the  corresponding  position  loop  control.  Table  1  lists  the  relationship  between  the  pulse‐  width  Return to mode selection   range and joint position (Fig.1) of each joint. In this work,  Figure 9. Flowchart of teaching mode program  0° indicates that the robot remains in the home position.   4 Int J Adv Robotic Sy, 2012, Vol. 9, 34:2012 www.intechopen.com
  • 5. 4. Experimental results and discussion  4.1 Experimental setup  Figure  12  shows  the  schematic  diagram  the  proposed  Real robot teaching  system,  integrating  the  motherboard,  DC  servo  cards, teaching robot and real robot. Figure 13 shows the  experimental system.    Interrupt Teaching Start start robot Servo Initialization Setup timer card Setup interrupt Clear Mother function interrupt board flag   Setup Timer/CCP Figure 13. Photo of developed teaching system  End   NO Pulse width command 4.2 Teaching mode operation input   YES NO Interrupt wait YES Read position feedback signal Error caculation Control signal caculation Soft saturation limitation Output control signal   YES Send OK signal to Figure 14. Schematic of teaching mode for jointed robot  Error is zero? mother control board   and setup interrupt flag No The  operator  drags  the  teaching  robot  to  teach/plan  the  Setup interrupt flag motion  of  the  real  robot.  When  the  operator  drags  robot  movements,  the  real  robot  follows  the  teaching  robot.    After observing the real robot’s movement, the trajectory  Figure 11. Program flowchart of dc servo control card  teaching/plan  can  be  completed  intuitively,  almost    without professional knowledge.     To  demonstrate  the  feasibility  of  the  proposed  teaching  system,  a  five‐degree  freedom  jointed  robot  is  designed  as  a  dealing  robot.  The  teaching  and  repeating  process  video  can  be  downloaded  or  viewed  at  http://mech.em.ncut.edu.tw/BBS/read.php?tid=1455.  M her ot Figures  15  (a)~(h)  and  16  (a)~(h)  show  some  frames  in  boar d Teaching robot sequence; Fig. 15 shows the teaching process and Fig. 16  D ser vo c shows  the  repeating  process  after  the  teaching  mode  cont rol card operation.  ( 5 axes)   Real robot   All frames in Fig. 15 are captured from the teaching mode  Figure 12. Schematic diagram of the developed teaching system  video.  The  operator  dragged  the  teaching  robot  to  deal.  www.intechopen.com Chin-Pao Hung and Wei-Ging Liu: 5 Intuitive Embedded Teaching System Design for Multi-Jointed Robots
  • 6.     (a)                                                 (b)  (a)                                                (b)      (c)                                                (d)  (c)                                                (d)      (e)                                                (f)  (e)                                                (f)      (g)                                                (h)  (g)                                                (h)  Figure 15. Teaching mode operation  Figure 16. Repeated operation after teaching mode      After  dealing  two  cards,  the  dealing  robot  repeated  the  be accurately recorded and repeated. Sharp‐eyed viewers  teaching action. The cycle times in the captured frames of  will identify some jiggling in the dealing video when the  the jointed robot’s actions are nearly identical to those in  end‐effector  approached  a  card.  Modifying  the  recorded  teaching mode (Fig. 16).  trajectory  using  a  filter  scheme  will  improve  smoothing    out of the motion.   4.3 Discussion        Notably,  although  the  developed  teaching  system  is  As  described,  the  proposed  teaching  system  can  record  applied  to  jointed  robots  which  belong  to  the  revolute  625s of trajectory planning using a 50ms sampling times.  coordinates type of robots, since the revolute coordinates  Therefore,  the  teaching  system  can  execute  complex  type  of  robots  is  the  most  complicated  system,  it  can  motion  teaching.  However,  this  system  is  unsuited  to  easily  be  applied  to  other  types  of  robots,  such  as  application  requiring  highly  precise  motion.  During  the  Cartesian  coordinates,  cylindrical  coordinates  and  teaching  process,  shaking  or  jiggling  by  an  operator  will  spherical coordinates types of robots.   6 Int J Adv Robotic Sy, 2012, Vol. 9, 34:2012 www.intechopen.com
  • 7. 5. Conclusion  [5] Kenji  KANEKO,  Kensuke  HARADA,  Fumio  KANEHIRO,  Go  MIYAMORI,  and  Kazuhiko  A novel teaching system for jointed robot was developed  AKACHI,” Humanoid robot HRP‐3”, IEEE/RSJ Inter.  in  this  work.  The  test  used  PIC  microcontroller  as  the  Conf.  on  Intelligent  Robots  and  Systems,  Nice,  control kernel and integrated the peripheral interface, DC  France,2008.  servo  control  cards,  control  motherboard,  teaching  robot  [6] M.  Friedrich, S.  Alexander  and  B.  Luc,  “Passive  and the real jointed robot. On the teaching mode test, the  compliance  for  a  RC  servo‐controlled  bouncing  experimental  results  demonstrate  the  feasibility  of  the  robot”, Advanced Robotics, vol. 20, no. 8, pp. 953‐961,  proposed  teaching  system.  The  user  can  easily  achieve  2006.  trajectory  planning  using  intuitive,  simple  and  low‐cost  [7] J. Yamaguchi, A. Takanishi, I. Kato, “Development of  technology.  Improving  precise  motion  teaching  and  a  biped  walking  robot  compensating  for  three‐axis  filtering technology to smooth the trajectory is a goal we  moment by trunk motion”, Proc. of IEEE International  are currently pursuing.  Conference  on  Intelligent  Robots  and  Systems,  pp.561‐   566,1993.  6. Acknowledgments  [8] I.  Yamagucbi,  E.  Soga,  S.  Inoue,  A.  Takanishi,    “Development  of  a  bipedal  humanoid  robot  control  The authors gratefully acknowledge the support of Chin‐ method  of  whole  body  cooperative  dynamic  biped  Yi University of Technology, Taiwan, R.O.C., under grant  walking”,  Proc.  of  IEEE  International  Conference  on  No. NCUT 11‐R‐CE‐001.  Robotics and Automation, pp.368‐374, 1999.    [9] M.  ISHII,  “A  robot  teaching  method  using  Hyper  7. References  Card  system”,  Robot  and  Human  Communication,    pp.410‐413, 1992.  [1] K.  Daeinabi  and  M.  Teshnehlab,  “Steam  tracking  of  [10] R. Ikeura, and H. Inooka, ”Manual control approach  intelligent  arc  welding  robot”,  Proc. of the 6th WSEAS  to  the  teaching  of  a  robot  task”,  IEEE  Trans.  on  International  conference  on  System  Theory  &  Scientific  Systems, Man and Cybernetics,  vol.  24,  no.  9,  pp.1339‐ Computation,pp.161‐166,2006.  1346, 1994.  [2] M. C. Popescu, I. Borcosi, O. Olaru, L. Popescu and F.  [11] K.  S.  Fu,  R.  C.  Gonzalez,  and  C.  S.  G.  Lee,  Robotics  Grofu,  “Simulation  hybrid  fuzzy  control  of  SCARA  control, sensing, vision, and intelligence, 1987.  robot”,  Proc.  of  the  3th  WSEAS  International  conference  [12] Chin‐Pao Hung, Wei‐Ging Liu, Hong‐Jhe Su, Jia‐Wei  on Applied and theoretical mechanics, pp.175‐180, 2007.  Chen,  Bo‐Ming  Chiu,  ”PIC‐Based  Multi‐Channel  [3] A.  S.  D.  LOS  R.,  M.  GARDUÑO  G  and  A.  PWM  Signal  Generation  Method  and  Application  to  GONZÁLEZ  L,  “4Stell‐robot:  a  climbing  mobile  Motion  Control  of  Six  Feet  Robot  Toy”,  International  robot  for  gas  containers  inspection”,  Proc.  of  the  3th  Journal of Circuits, Systems and Signal Processing, Issue  WSEAS/IASME  International  conference  on  Dynamical  2, vol.3,pp.73‐81,2009.  Systems and Control, pp.200‐205, 2007.  [13] Microchip,“dsPIC30F6014A Datasheet Search”, 2008.  [4] J.  Lenarcic  and  M.  Stanisic,  “A  humanoid  shoulder  [14] Microchip,“25AA1024 Data sheet”, 2008.  complex  and  the  humanoid  pointing  kinematics,”  [15] Microchip,“PIC18F86520/8520/6620/8620/6720/8720  IEEE Trans. Robot. Autom.,  vol.  19,  no.3,  pp.  499–506,  Data sheet”, 2006.  Jun. 2003.            www.intechopen.com Chin-Pao Hung and Wei-Ging Liu: 7 Intuitive Embedded Teaching System Design for Multi-Jointed Robots