книги из ГПНТБ / Мясников, В. А. Программное управление оборудованием

Устройство выполнено на основе регенеративного оптрона (рис. 181). Синхронизирующий световой импульс, поданный на участок фоточувствительной плоскости оптрона, запоминается, после чего по плоскости оптрона распространяется световая волна. Время ее распространения от места синхронизирующей засветки до светочувствительного приемника, размещенного на некотором расстоянии от места синхронизации, соответствует фазе управляю­ щего импульса, снимаемого с приемника. Изменение фазы про­

изводится при помощи тор­ мозящей или возбуждающей подсветки фоточувствитель­ ной плоскости оптрона. Ин­ тенсивность подсветки опре-

чатели

деляется электрическими сигналами управления U2, воздей­

ствующими на регулирующие излучатели, которые связаны опти­ чески с оптроном.

В качестве источника синхронизирующего излучения прини­ мается светодиод 2. Импульс тока, обычно синхронизированный с анодным напряжением U3 соответствующего тиристора // , воз­ буждает световой импульс, излучаемый светодиодом 2. Импульс

света возбуждает входную зону оптрона; находящийся по верти­ кали относительно возбужденного участка электролюминофор 6

начинает светиться с интенсивностью, достаточной для поддержа­ ния свечения этого участка люминофора вследствие действия по­ ложительной обратной связи на фоторезистор 4. Свечение начинает

распространяться вширь по поверхности люминофора благодаря наличию прозрачного слоя 5; скорость распространения световой волны зависит от чувствительности и инерционности фоторезисторного слоя.

331

Так как Инерционность зависит от освещенности фоторезнстора, то, освещая фоточувствнтельиую поверхность оптрона внешней возбуждающей или тормозящей! подсветкой, можно регулировать скорость распространения волны светового возбуждения по люминесцирующей плоскости оптрона. Когда через время АI свето­

вая волна достигнет противоположного по отношению к перво­ начально возбужденному края оптрона, она включит фотоприем­ ник, в качестве которого целесообразно использовать фототнристор 10.

Импульс тока, генерируемый накопителем энергии 9 через открытый фототпристор, включает тиристор 11 преобразователя и на. короткое время отключает источник питания 12 оптрона,

вследствие чего свечение оптрона прекращается до начала следую­ щего цикла. Угол зажигания тиристора а пропорционален вели­ чине x Q/v, где а'о — длина оптрона; v — средняя скорость движе­

ния световой волны (при неизменной подсветке). В качестве одного или нескольких источников внешней подсветки могут быть исполь­ зованы самые различные излучатели, в том числе электролюминесцентные. В этом случае оптрон и излучатели 1 изготовляются

в виде модульной конструкции.

Питание излучателей производится от различных источников напряжения U2, предназначенных для изменения угла а, что

приводит к единой модульной системе, объединяющей в себе фазо­ импульсное устройство с регулирующими и формирующими эле­ ментами (рис. 182). Диапазон регулирования угла а, как правило, ограничен в пределах от 30° до 180°, что соответствует времени движения волны от 1,8 до 10 мс (иа частоте 50 Гц) от края до края оптрона и согласуется с материалом, используемым для фоточувствительных слоев оптронов.

Оптоэлектронная однородная система координации шагающего механизма

Нейристорные однородные устройства могут быть использо­ ваны для построения систем управления шагающими механизмами. Было бы чрезвычайно заманчиво разработать в качестве устрой­ ства, координирующего перемещение опор шагающего механизма, систему, структурно и функционально подобную участку ней­ ронного поля, управляющего движением. Была сделана попытка построить модель мозговых сегментов спинного мозга саламандры, обеспечивающую управление ритмом движения конечностей. Эта модель состоит из моторных и тормозных нейронов, объединенных в кольцевую схему и генерирующих сдвинутые по фазе пакеты импульсов (модель предложена Л. Секеем).

На рис. 183 показана схема связей четырех мотонейронов (кружки) и четырех тормозных нейронов (треугольники) в цепи, способной обращать неритмические входные сигналы в ритми­ ческие выходные. Возбужденные клетки — A, a, d\ клетка В

332

находится в состоянии «готовности к ответу»; остальные клетки заторможены. Мотонейроны получают синаптический приток по­ стоянного характера, но вся система пребывает в некотором со­ стоянии равновесия, пока продолжающийся синаптический приток не вызовет в одном из мотонейронов разряда. Если это случается

снейроном А, он возбуждает тормозные нейроны а и d,.которые,

всвою очередь, тормозят мотонейроны D и С и тормозные ней­ роны с и Ь. Торможение b обеспечивает длительный разряд мото­ нейрона А, а подавление С снимает торможение с В. Став способ-

ным отвечать на возбуждаю­ щий синаптический приток, мотонейрои В в следующий мо­

мент будет активирован и его

и следующим начинает разряжаться этот мотонейрон. Процесс продолжается по этой же схеме дальше, и сеть выдает на выходе ритмические сигналы в последовательности А —В —С—D, полу­

чая неритмический приток на входе.

Такие модели представляют собой разновидность регистров сдвига. Сигналы, управляющие самодвижущимся автоматом, можно записать в регистре сдвига, а циклический характер пере­ движения обеспечивается обратной связью с выхода регистра на его вход.

Рассмотрим работу координатора—-устройства, составля­ ющего часть системы управления шагающим механизмом. В ра­ боте [20] система управления разделяется на три уровня: первый уровень образуют блоки выработки сигналов управления двига­ телями и изменения положения звеньев ног; ' второй уровень содержит устройство построения походки механизма и стабилиза­ ции платформы; третий уровень включает систему задания ско­ рости движения и типа походки (координатор).

333

Блок-схема системы управления приведена, на рис. 184. Опоры 11 приводятся в движение двигателями 10. Команды на включение двигателей поступают по линиям связи 2—9 из коор­ динатора 1 при пересечении волной возбуждения 12 областей подключения линий связи 2—9 к координатору.

Координатор состоит из двух блоков — командного 1 и испол­ нительного 8 (рис. 185). Блок 8 содержит однородную нейристор-

Рнс. 185. Схема координатора:

ную светочувствительную структуру и имеет форму плоского диска. К периферии диска подключены входные участки линий связи 5, соединяющие координатор с двигателями 7 опор 6. На командном блоке 1 размещены источники света, разделенные на две группы 2 и <3 с длинами волн излучения Кх и А,2 соответственно. Число излучателей 3 примерно равно числу излучателей 2. Излу­ чатели размещены на плоскости блока 1 равномерно, таким обра­ зом, чтобы излучатели групп 2 и 3 регулярно чередовались. Между излучательной поверхностью блока 1 и светочувствительной по­ верхностью блока 8 расположены оптические линии связи 4,

выполненные, например, в форме световолокна.

Устройство работает следующим образом. Свет от излучателей 2 возбуждает нейристорную структуру блока 8\ в нейристоре воз­

334

никает световая волна, которая распространяется из освещенной области. Свет от излучателей 3 уменьшает чувствительность ней-

ристора, «тормозит» его фоточувствительный слой; волна возбужде­ ния не может пройти сквозь заторможенную зону. За волной воз­ буждения, возникающей в нейристорной структуре, следует за­ торможенная зона, благодаря чему волны возбуждения при фрон­ тальном столкновении взаимно гасятся.

Чтобы в нейристорной структуре блока 8 возбудить волну 10,

распространяющуюся в одном направлении, участок светочув­ ствительной поверхности нейристорной плоскости освещают лу­ чами двух рядом расположенных линейных групп излучателей 2, 3 на рис. 185 (/, 2 на рис. 186, а). Проектирование излучателей на

нейристорную плоскость производится с небольшой расфокуси­ ровкой; изображения 9 на плоскости 8 (рис. 185), соответству­

ющие рядом расположенным излучателям, не разделяются неосве­ щенными промежутками и сливаются в один непрерывный узор. Таким образом, горящие группы излучателей 1 и 2 (рис. 186, а)

проектируются на соответствующие участки плоскости блока в форме непрерывных полос 3, 4.

Излучатели 2 тормозят участок 3 блока 5; излучатели 1 воз­ буждают участок 4 этой же плоскости. Возникающая волна воз­

буждения 7 распространяется в сторону, противоположную зоне торможения. Для формирования кольцевого пути волны централь­ ная часть блока — кольцевая зона 8 — тормозится под воздей­

ствием света с длиной волны генерируемого соответствующей кольцевой группой излучателей 2. Когда волна возбуждения 7

поочередно пересекает во время своего движения места подключе­ ния линий связи, то так же поочередно срабатывают двигатели опор, управляемые указанными линиями связи. Последователь­ ность и частота срабатывания определяются направлением и ско­ ростью движения волны 7. При необходимости одновременного включения нескольких двигателей опор на плоскости блока 5

формируют несколько волн возбуждения путем одновременного облучения нескольких участков блока 5 парными группами излу­ чателей 1 и 2.

Поворот механизма 1 производится отключением линий связи 1, 2, 3, 10 (рис. 186, б); линии связи 5, 6, 7, 9 продолжают при этом действовать. Для этого зона И нейристорного кольца тормо­ зится группой тормозящих излучателей 2 (рис. 186, а), облучающих зону 11 (рис. 186,6). Циркуляция волн в зоне 11 прекращается. Движение волны 8 в незаторможенной зоне поддерживается пе­ риодической подсветкой зоны 4 от излучателей 1 (рис. 186, а).

При этом механизм поворачивает (условно) вправо. Для поворота влево тормозится зона нейристорного кольца с контактами линий связи 5, 6, 7, 9 (рис. 186, б).

1 Рассматривается вариант осуществления поворота отключением двигателей

опор.

335

Скорость движения волны возбуждения по нейристору зависит от интенсивности дополнительной постоянно действующей подсвет­ ки. Увеличение скорости достигается подсветкой светом с длиной волны А2, уменьшение скорости (пли полное прекращение циркуля­ ции волн) —тормозящей подсветкой с длиной волны А^. Интенсив­ ность возбуждающей подсветки не должна превышать пороговой ве­ личины, т.е. подсветка недолжна вызывать возбуждения нейристора.

Выполнение координатора на основе однородных оптико­ электронных нейрнсторных элементов и полупроводниковых излу­ чателей (электролюминесцентных, пленочных или светодиодов) позволяет существенно увеличить его надежность, так как одно­ родные системы с волновым принципом работы продолжают функ­ ционировать даже при местных повреждениях структуры. В каче­ стве технической основы для выполнения нейристориой структуры целесообразно принять описанные выше варианты моделей биоло­ гических систем с распространяющимся возбуждением (МРВ).

Оптоэлектронные планшеты Планшеты предназначаются для автоматического определения координаты точки на плоскости. Основным элементом планшета, изображенного на рис. 187, является оптрон с распространяю­

на торцах планшета воспринимают свечение электролюминофора 3

(рис. 187); изменение состояния одного из индикаторов в момент времени t2, когда фронт волны достигнет края планшета, фикси­ руется схемой измерения времени 3 (рис. 188). Промежутки времени At — 12 — tyфиксируются для каждого индикатора. Разность между временами At, относящимися к парам параллельно расположенных индикаторов 4, 5 на рис. 187 и 188, пропорциональна коорди­ нате точки 2 (рис. 188), если центр планшета принять за нулевую

точку в системе координат. Изменяя напряжение источника пи­ тания 6 (рис. 187) или воздействуя на оптрон внешней засветкой

с изменяемой интенсивностью, можно в некотором диапазоне регулировать инерционность фоторезистора 1 (рис. 187) и тем

самым менять масштабные коэффициенты планшета.

336

Другой вариант планшета содержит расположенные под углом две группы 1 и 2 параллельных нитей из оптронов (рис. 189). Световая волна, возбуждаемая в точке 3 импульсом от светового

карандаша, активирует нити, принадлежащие обеим группам; световая волна, распространяющаяся по возбужденным нитям, активирует расположенные в торцах нитей фотоприемники 6, 7 и 4, 5, предназначенные для дискретного измерения координат. Свечение оптронов одной группы 1 не приводит к горению оптро­

нов группы 2 благодаря взаимной изоляции групп оптическим фильтром, содержащимся в прозрачном основании, на Котором закреплены оптрониые нити.

Мы привели несколько примеров, иллюстрирующих использо­ вание однородных оптоэлектронных устройств.

Для дальнейшего развития техники континуальных систем необходимо в первую очередь приступить к изготовлению дей­ ствующих физических моделей, разработка и исследование кото­ рых будет, в свою очередь, стимулировать развитие теории одно­ родных устройств.

Сила нового метода построения информационных систем за­ ключается в существенном технологическом упрощении этих си­ стем благодаря использованию в самых разнообразных ситуациях одних и тех же элементарных однородных ячеек; слабость метода заключается в недостаточной проработке информационных воз­ можностей рассмотренных двухмерных сред. Однако такая ситуа­ ция, когда новая теория возникает именно в процессе решения многих частных задач, характерна для бионики. И мы надеемся, что оптоэлектронные континуальные устройства, синтезированные в процессе бионического анализа однородных структур с лате­ ральным торможением и возбуждением, способные к параллель­ ной обработке двухмерных оптических сигналов, изменяющие свои характеристики под воздействием световых и тепловых полей, имеющие высокую надежность вследствие структурной избыточ­ ности, станут наиболее перспективными при создании систем управления интегральными роботами.

22 Мясников н др.

Роботы-манипуляторы I типа называют просто манипулято­ рами. Их применяют для дистанционной передачи движений руки человека в условиях, опасных для его здоровья (атомная, хими­ ческая промышленность и т. д.).

Роботы-манипуляторы II типа —-универсальные манипуля­ торы с программным управлением, названные промышленными роботами. Они могут циклически выполнять комплекс действий, записанных в программе; за рубежом они находят широкое приме­ нение в качестве средств автоматизации загрузки и разгрузки оборудования, конвейеров, транспортных и складских операций и т. д. Эти роботы не имеют органов чувств, не могут производить анализа окружающей обстановки и менять свои действия при не­ предусмотренных программой изменениях окружающей среды.

«осязать», «анализировать» обстановку при помощи ЭВМ и изме­ нять свои действия при изменении окружающих условий.

С применением роботов II и особенно III типа связано новое направление в автоматизации ручных работ как в серийном, так

ив крупносерийном производстве.

34.ОПИСАНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ

Классификация роботов

Первые упоминания в печати о промышленных роботах появи­ лись в 1960—1961 гг., они относились к роботам Transferobot и Fleximan, предназначавшимся для сборочных работ или авто­ матизации других работ по переносу и позиционированию деталей.

В1962—1963 гг. стали применяться промышленные роботы Unimate и Versatran (особенно на автомобильных заводах «Gene­ ral Motors», «Ford», «Buick») при разгрузке машин литья под давле­ нием, при ковке и штамповке, при термических, сварочных и других видах работ.

ВАнглии промышленные роботы начали выпускаться с 1966 г.

фирмой «Hawker Siddeley Dynamics Ltd.» (по лицензии американ­ ской фирмы «AMF Versatran Div.»), а в Японии с 1968 г.

На рис. 190 представлена блок-схема, которая соответствует большинству промышленных роботов. Робот состоит из исполни­ тельной части (ИЧ), системы датчиков положения звеньев (ДП) и вычислительной машины (ВМ), включающей в себя запомина­

ющее устройство (ЗУ), управляющее устройство (УУ), само

Исполнительная часть робота состоит из собственно манипуля­ тора (руки с захватами) и системы сервоприводов (для неподвиж­ ных роботов). У подвижных роботов в исполнительную часть входит также механизм перемещения самого ро­

бота.

Приводы роботов бы­ вают гидравлические, пневматические, элек­ трические или пред­ ставляют собой комби­ нации из этих видов (например, перемеще­ ние руки осуществляет­ ся при помощи гидроцилиндра, а зажим и разжим кисти захвата — при помощи пневмоцнлиндра).

Манипуляторы роботов представляют собой руки, снабженные захватами — кистями. Руки и захваты роботов могут осуще­ ствлять три перемещения вдоль осей координат и три поворота вокруг этих осей.

Взависимости от сочетаний движений исполнительного меха­ низма (руки с захватами, иногда вместе со станиной, на которой они закреплены) роботы могут работать в одной из трех систем ко­ ординат: сферической, цилиндрической или декартовой.

Всферической системе осуществляются повороты и вращения вокруг трех осей координат и перемещение вдоль вертикальной оси Z. В этой системе работают роботы Unimate, Prab-4800, IRA-50 и некоторые другие.

Вцилиндрической системе производятся поворот вокруг вер­

тикальной оси Z и перемещения вдоль двух осей координат X и Z.

В этой системе работает большинство моделей роботов, например

осей Z и X. В этой системе работают роботы Simpltran, Minitran.

Промышленные роботы выпускают в настоящее время более чем 60 зарубежных фирм США, Европы, Японии.

Ниже приводятся описания наиболее распространенных моде­ лей промышленных роботов.

340