12 Основы робототехники

Робототехника – область техники, которая занимается разработкой методов расчета и анализом работы манипуляторов и роботов различного назначения, их созданием, а также автоматизированных на их основе объектов и процессов.

Робот – это технический комплекс, предназначенный для выполнения различных движений и некоторых интеллектуальных функций человека и обладающий необходимыми для этого исполнительными устройствами, управляющими и информационными системами, а также средствами решения вычислительно-логических задач.

Манипулятор – управляемое устройство или машина для выполнения двигательных функций, аналогичных функциям руки человека при перемещении объектов в пространстве, оснащенное рабочим органом.

Роботы производятся в напольном, подвесном и портальном исполнениях.

По типу систем управления современные промышленные роботы делятся на три группы, именуемые также «поколениями»: программные, адаптивные и интеллектные (с элементами искусственного интеллекта). Все они обладают свойствами быстрого перепрограммирования на различные операции, причем в первом поколении (программные роботы) перепрограммирование производится человеком, после чего робот действует автоматически, многократно повторяя жестко заданную программу.

Во втором поколении (адаптивные роботы) основы программы действий робота закладываются человеком, но сам робот имеет свойства в определенных рамках автоматически перепрограммироваться (адаптироваться) в ходе технологического процесса в зависимости от обстановки, которая неточно определена заранее.

В третьем же поколении (интеллектные роботы) задание на работу вводится человеком в более общей форме, а сам робот обладает возможностью принимать решение и планировать свои действия в распознаваемой им неопределенной или меняющейся обстановке, чтобы суметь выполнить заложенное в его память задание. Следовательно, интеллектный робот обладает как бы элементами искусственного интеллекта, состоящими в восприятии неопределенной или меняющейся обстановки, обработке информации о ней с целью выработки и принятия решения, планирования действий и формирования сигналов управления на приводы по всем степеням подвижности манипулятора.

Следует отметить, что термин «поколение» не означает смену одних поколений роботов другими, в отличие, например, от поколений вычислительных машин. Каждое из них имеет самостоятельное значение, и будет постоянно совершенствоваться и использоваться.

Системы программного управления промышленных роботов можно разделить на системы циклового, позиционного и контурного управления. Все они требуют жесткого позиционирования объектов воздействия.

Значительно большей эффективностью обладают адаптивные роботы, оснащенные информационными системами для сбора данных об изменениях внешней среды и оценки состояния объекта и захвата.

12.1 Информационные системы роботов

Информационные системы адаптивных роботов можно разделить по функциональному назначению на две группы:

- системы очувствления и датчики состояния манипулятора;

Системы очувствления бывают контактного типа (это силомоментные и тактильные) и бесконтактного типа (технического зрения и локационные).

Системами технического зрения называют такие сенсорные устройства, которые обеспечивают получение изображения рабочей сцены, его преобразование, обработку с помощью микро ЭВМ или микропроцессора и передачу результатов измерений управляющему устройству робота.

Функции сенсоров технического зрения сводятся в основном к выполнению следующих действий: получение изображения рабочей сцены, преобразование видеосигнала в цифровую форму, фильтрация помех, формирование контурного изображения объектов, сегментация изображения, описание изображения объекта совокупностью признаков; распознавание и классификация объектов, формирование сообщения о результатах измерений.

Такие системы чаще всего используются на участках сортировки изделий, для измерения координат движущихся объектов подлежащих захвату, на участках окраски и др.

Локационными системами очувствления роботов – это сенсорные устройства, позволяющие роботу, используя принципы пассивной или активной локации, обнаруживать подвижные и неподвижные объекты, координаты которых известны с большой погрешностью, определять их местоположение, а также осуществлять поведение и захват этих объектов.

При пассивной локации датчики улавливают излучение искомого объекта и определяют его координаты. Для активного режима измерения характерно, что локационная система включает в себя помимо приемников излучения еще и источник сигналов, посылаемых в направлении предполагаемого местонахождения объекта. Отраженные волны регистрируются приемниками.

Локационные системы очувствления помогают автоматизировать большое число разнообразных технологических операций. Обширную группу локационных систем составляют локаторы, устанавливаемые на захватных устройствах роботов. Они имеют совмещенный излучатель – приемник ультразвука, размещенные между губками захватов.

Другой характерный пример локационных систем - исследование их в качестве датчиков безопасности движения внутрицехового транспорта.

Тактильные системы очувствления – это такие системы, которые позволяют роботу зарегистрировать факт касания с объектом, определить положение точек касания и измерить контактные силы в каждой из них.

Тактильные системы очувствления могут быть построены с использованием различных физических эффектов: электромагнитного, магнитоэлектрического и др. Чаще всего тактильными датчиками покрывают внутренние и внешние поверхности губок захватного устройства.

В основу работы тактильного датчика положен эффект изменения под нагрузкой электрического сопротивления какого либо эластичного материала, в качестве которого может быть использован, например, каучук, по всей массе которого распределены микрочастицы проводящего материала.

Если внутренняя поверхность губок покрыта тактильными датчиками образующими матрицу, то у робота имеется возможность определять тип и положение в пространстве зажатой захватом детали.

Силомоментные системы очувствления – это сенсорные устройства, обеспечивающие измерение компонент вектора силы и вектора момента сил, развиваемых роботом в процессе взаимодействия с изделием.

Силомоментные системы имеют упругое звено с тензопреобразователями и вычислительного устройства. Они применяются при производстве сборочных операций, запрессовке подшипников, заворачивании гаек и др.