Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы организационно-технологического управления роботизированными комплексами. Учебное пособие
.pdf
101
1 2
Продолжение табл. 10
7. Контроль наличия
перемещения объекта
относительно схвата.
Захватывание легкодеформируемого, хрупкого
объекта
8. Надежное удержание
объектов при наличии
динамических
возмущающих воздействий
9. Определение
возможности перемещения
(транспортирования)
захваченного объекта, в
том числе и определение
возможности его подъема
10. Выполнение различных
производственных
операций, в том числе
плотная упаковка,
установка вала в
отверстие, контроль
резьбового соединения и
т.п.
11. Автоматическое
управление движением
вдоль неизвестной заранее
траектории, в том числе
управление движением
робота при герметизации,
передвижных
транспортных роботов,
самообучение ПР
12. Определение
положения объекта
относительно
технологического
оборудования
Датчики перемещений; тактильные
матрицы (проскальзывания и давления).
Датчики моментов, усилий,
перемещений; их сочетание; тактильные
мат рицы
Датчики перемещений, моментов,
усилий; их сочетание
Датчики перемещений, моментов,
скорости (тахогенераторы), положений
Телевизионные, визуальные, контактные,
струйные датчики; датчики моментов и
усилий
Телевизионные, визуальные,
индуктивные, светолокационные,
электромагнитные; датчики моментов
Контактные, струйные, индуктивные,
локационные датчики; датчики усилий и
моментов; СТ3
102
1 2
Окончание табл. 10
13. Определение
параметров скорости и
ускорения рабочих органов
14. Определение усилий и
ускорений на
исполнительных и рабочих
органах
15. Определение физикомеханических параметров
объекта
16. Выполнение химикотехнологических операций
при перемещении по
сложным траекториям
Датчики скорости, ускорения,
перемещения
Датчики силомоментного очувствления
Тактильные датчики (касания,
проскальзывания, давления), матрицы
тактильных датчиков
Визуальные, локационные дальномеры,
пневматические ближней локации,
датчики измерения линейных и угловых
перемещений.
Согласование действий исполнительного устройства
промышленного робота с сигналами его информационной
системы осуществляется системой управления ПР.
1.4. Система управления промышленными роботами
Кроме исполнительного устройства и информационной
системы в состав ПР входит система управления или «мозг»
робота, которая в первую очередь и отличает робот от простого
средства механизации (например от электрифицированного
инструмента). Система управления представляет собой
совокупность функционально взаимосвязанных средств
обеспечивающих программирование, сохранение программы, ее
воспроизведение и передачу управляющих сигналов
исполнительным органам. Функциональные возможности робота
зависят не только от кинематики исполнительного устройства и
возможностей восприятия и переработки информации, но и от
способности системы управления целесообразно и эффективно
использовать эти возможности. Чем более сложны и богаты по
своим функциональным возможностям структурные
103
составляющие ПР (исполнительное устройство и
информационная система), тем более сложной и совмещенной
должна быть система управления. В общем термин управление в
технике обычно обозначает процесс автоматической реализации
совокупности воздействий, прилагаемых к некоторому объекту с
целью поддержания его функционирования на заданном уровне
или изменения его регулируемых параметров в желаемом
направлении. Робот как объект управления представляет собой
сложную систему, включающую механическую конструкцию с
исполнительными приводами, активно взаимодействующую с
внешней (технологической) средой, характеризующуюся
совокупностью параметров, изменяющихся во времени. В основу
построения системы управления ПР положены некоторые общие
принципы управления, справедливые для многих классов
технических устройств к которым можно отнести принцип
разомкнутого управления, компенсации и обратной связи.
В разомкнутых системах управления нет входной
информации о фактическом состоянии робота и внешней
технологической среде, т. е. не учитывается возможность
появления внешних возбуждающих воздействий, способных
вызвать всевозможные типы ошибок. Поэтому при роботизации
химико-технологических процессов, с использованием данной
системы управления, требуется строжайшее соблюдение всех
химико-технологических условий и постоянство физических
характеристик ПР и периферийного сложного оборудования, что
вызывает определенные трудности.
Принцип компенсации или управления по возмущению,
может использоваться в системах находящихся под влиянием
нескольких возмущающих воздействий. С целью
компенсирования отклонения регулируемого параметра,
вызванного доминирующим возбуждением, в структуру системы
управления вводят корректирующее воздействие на регулятор,
величина которого пропорциональна величине возмущающего
воздействия. Таким образом можно уменьшить влияние
доминирующего возмущения на процесс регулирования.
104
Отличительным признаком систем управления, в которых
реализован принцип обратной связи, является измерение
фактического значения регулируемого параметра и
использование данной информации для формирования закона
управления. Последний принцип управления имеет лучшие
характеристики, чем предыдущие два.
Это объясняется тем, что. независимо от причин, вызвавших
отклонение регулируемого параметра; его величина и знак могут
быть оценены и на основе полученной информации осуществить
его корректировку, повышающую степень совпадения текущего и
требуемого поведения объекта. Поэтому принцип управления с
обратной связью осуществляет следящую систему, которые
нашли в робототехнике наибольшее распространение.
В робототехнике, так же как и в АСУ, широко
используются три типовых управления пропорциональный,
пропорционально-дифференциальный и пропорциональноинтегрально-дифференциальный. Для того чтобы система
управления соответствовала своему назначению она должна быть
способной: перепрограммироваться для выполнения новых
технологических операций; хранить введенную программу, без
искажений до тех пор, пока ее не заменит оператор;
реализовывать алгоритм управления исполнительными
механизмами, гарантируя эффективность их функционирования;
обеспечить согласованную работу со смежным оборудованием.
Как отмечалось выше, в зависимости от сложности выполняемых
задач система управления ПР обладает различным уровнем
сложности, т. е. фактически имеет иерархическую структуру. В
робототехнике пока существуют четыре уровня иерархии:
исполнительный, тактический, стратегический и высший
(уровень искусственного интеллекта). Иерархическая лестница
позволяет судить о возможностях робота, причем подъем на
любую следующую ступеньку свидетельствует и о возрастающей
интеллектуальности ПР, т. е. последний обладает более высоким
уровнем иерархии. Каждому уровню иерархии соответствуют
определенные функциональные возможности робота.
Исполнительный уровень – самый нижний на котором
система управления ПР обеспечивает управление движением
звеньев манипулятора по каждой степени подвижности. На
105
представленном уровне иерархии, как правило, системы
реализуют принцип разомкнутого управления, реже –
компенсации. В качестве управляющей машины используется
программируемые контроллеры или микропроцессорные
вычислительные системы.
Тактильный уровень иерархической лестницы реализует
принцип уровня с обратной связью. Перемещение робота
осуществляется на базе следующих приводов, при этом система
управления чаще всего представляет собой микроЭВМ. На
тактильном уровне решаются более сложные задачи, такие как
расчет параметров движения и траектории манипулятора,
восприятие, а также переработка сигналов от простейших средств
адаптации и т. д.
На стратегическом уровне в качестве системы управления
используется собственная ЭВМ или центральная вычислительная
машина (ЦВМ). Зачастую, ПР управляемый данными системами
является адаптивным, т.е. в полной мере оснащенными
различными системами очувствления. На наивысшем уровне
системы управления обеспечивается: создание модели внешней
среды с учетом предыдущего опыта работы робота, выбора
оптимальных решений, согласно необходимых технологических
условий, принятие правильных решений и т. п. Управление на
этом уровне осуществляется на базе ЦВМ. Последняя система
управления фактически должна имитировать искусственный
интеллект ПР.
Таким образом, выше были рассмотрены общие причины
построения и функционирования наиболее широко используемых
систем управления ПР. Классификация систем управления будет
описана в следующей главе. Представленный в этом разделе
материал позволит в полной мере выбрать, согласно конкретного
химико-технологического процесса, систему управления робота,
с целью его успешного функционирования в данном процессе.
Заметим, в настоящее время идет интенсивное развитие речевого
управления и телеуправления роботами. Интересующиеся
данными вопросами могут познакомиться, воспользовавшись
следующей литературой.
106
Глава 2. Робототехнические системы,
классификация промышленных роботов
Промышленный робот представляет сложную техническую
систему, состоящую из механических рук-манипуляторов,
системы обработки и хранения информации (например, ЭВМ) –
«мозг» робота, а также чувствительных (сенсорных) устройств –
«органов чувств». Чем сложнее система, тем труднее выбрать
единый подход при ее классификации. Из множества критериев
классификации ПР рассмотрим основные, которые позволяют
охарактеризовать имеющиеся в настоящее время отечественные и
зарубежные роботы. По сложности и совершенству
информационно-логической системы ПР принято делить на три
основных типа, или, используя прочно вошедший в технический
обиход термин «поколение», - три поколения: первое –
программные, второе – адаптивные, третье – интеллектуальные
(интеллектные). В отличие от вычислительной техники эти
поколения не сменяют друг друга, а существуют параллельно,
развиваясь внутри каждой из них. Поэтому четвертого поколения
ПР нет, а искусственный интеллект третьего поколения может
развиваться практически неограниченно по мере развития науки
и техники, а также возможности использования все новых и
новых поколений ЭВМ.
Первое поколение – программные роботы - имеют
управляемые приводы во всех звеньях (суставах), их система
управления легко переналаживается на различные операции.
После каждой переналадки роботы многократно повторяют одну
и ту же жесткую программу в строго определенной
последовательности, с определенно расположенными
предметами, т.е. ПР осуществляют манипулирование изделиями в
строго определ енной обстановке. Поэтому для их нормальной
работы необходимо организовывать строго регламентированный
химико-технологический процесс. Если этого невозможно
сделать, тогда данного поколения роботы использовать
нецелесообразно, т.к. они не могут самостоятельно
(без изменения программы) приспосабливаться к изменению
107
окружающей обстановки. Первого поколения ПР обладают
наиболее простым конструктивным исполнением (в сравнении с
другими поколениями) и высокой надежностью, легко
перепрограммируются, просты в эксплуатации и ремонте. Такие
ПР составляют большинство применяемых в народном хозяйстве
роботов. Если не удается организовать жесткий, строго
регламентированный химико-технологический процесс, в этом
случае целесообразнее применять адаптивный ПР.
Второе поколение – адаптивные роботы, т.е. они могут
самостоятельно в большей или меньшей мере приспосабливаться
к изменению окружающей среды. Для этого их снабжают, вопервых, датчиками очувствления, реагирующими на изменение
обстановки. Во-вторых, системой обработки информации от
датчиков необходимой для выработки сигналов адаптивного
управления, например, для осуществления гибкого изменения
траектории движения манипулятора в соответствии с
фактической ситуацией. В настоящее время идет бурное развитие
данного класса ПР. Это обусл овлено, с одной стороны, широкой
разработкой и внедрением ГПС гибких производственных
систем, а с другой - бурным развитием микроэлектроники,
систем очувствления и искусственного интеллекта. Для
нормальной работы адаптивных ПР не обязательно
организовывать строго регламентированный химикотехнологический процесс. При этом данного класса роботы
обладают более сложным конструктивным исполнением (в
сравнении с ПР первого поколения), сложны в наладке, ремонте и
обладают более высокой стоимостью.
Третье поколение – интеллектуальные (интеллектные)
роботы обладают искусственным интеллектом и предназначены
не только и не столько для имитации физических действий
человека (как ПР первых двух поколений), сколько для
автоматизации его интеллектуальной деятельности. Эти роботы
способны понимать язык и вести диалог с человеком,
формировать в себе модель внешней среды с той или иной
степенью детализации, распознавать и анализировать сложные
108
ситуации, формировать понятия, планировать поведение, строить
программные движения исполнительных устройств и
осуществлять их надежную отработку. Заметим, что начало
нового тысячелетия характеризуется бурным развитием
интеллектуальных роботов-игрушек, способных вести в какой-то
мере диалог с человеком, понимая и реагируя на его речевые
команды, обладая разнообразным типом поведения и способным
выполнять обдуманные действия. Нет четкой границы между
поколениями ПР. Например, программные ПР, оснащенные
датчиками очувствления и системой обработки информации от
них переходят в разряд адаптивных с низшим уровнем
адаптации.
Рассмотрим классификацию ПР, позволяющая более
детально подобрать промышленный робот (для конкретного
химико-технологического процесса (рис. 11).
I. Наличие и уровень информационно–логической системы
Программные Адаптивные Интеллектные (интеллектуальные)
II. Взаимодействие промышленного робота с производственной
средой
А. Характер выполняемых операций Б. Степень специализации
Транспортные
Обслужи-
вающие
(вспомо-
гательные)
Технологические
(исполнительные)
Универсальные
Специали-
зирован-
ные
(целевые)
Многоце-
левые
Рис. 11. Классификация промышленных роботов (см. также c. 109-111)
109
III. Техническая классификация промышленных роботов
1. Общее исполнение
А. Количество манипуляторов
Одноманипуляционные
Пневматический Гидравлический
Двухманипуляционные
Б. Тип привода
Многоманипуляционные
Электромеханический
Комбинированный
Пневмоцилиндр
Пневмодвигатель
На исполнительном
устройстве
Сверхлегкие Легкие Средние Тяжелые Сверхтяжелые
Нормальное Пылезащищенное Теплозащищенные
Пожаробезопасное Взрывобезопасное
Гидроцилиндр
Гидродвигатель
В. Расположение привода
В едином блоке Комбинированное
Г. Грузоподъемность
Д. Исполнение
Е. Система координат
Плоская Пространственная
Прямолинейная Криволинейная
ПрямоугольнаяКосоугольная Ангулярная Полярная
Правая Левая
ЦилиндрическаяМногогранная АнгулярнаяСферическая
Рис. 11. Продолжение
110
2. Подвижность
А. Подвижность корпуса
Стационарные
(неподвижные)
Б. Способ установки и тип крепления
Способ установки Тип крепления
На основании На полу
На колоне
Портальный
В. Число степеней подвижности
Малая подвижность Средняя подвижность Высокая подвижность
Г. Ход манипулятора
Малый
Д. Быстродействие
Малое
Е. Точность позиционирования
(повторение операций)
Малая Средняя Высокая
Мобильные
(подвижные)
К стене
К потолку
Встроенный
Средний
Среднее Высокое
Большой
3. Управление
А. Вид управления
Программное Адаптивное Интеллектуальное
Программное
Цикловое
Позиционное
Контурное Комбинированное
Рис. 11. Продолжение
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]