Лекція 2. Робот як об’єкт керування. Особливості взаємодії робота і людини в умовах виробництва. Основні поняття, терміни, визначення

Робот як об’єкт керування являє собою складну електромеханічну систему, що складається із багатоланкової механічної конструкції (робочого механізму), виконавчого пристрою й електронної системи керування (рис.2.1).

Рис.2.1. Функціональна схема виконавчої системи керування ПР:

q_p1…q_pN – вхідні сигнали, що виробляються СК;

ε₁… ε_N– сигнали розузгодження, отримані на виході порівняльного пристрою;

V₁…V_N–керуючі сигнали;

М_п1 – М_пN – сили і моменти, створювані двигунами на ланках маніпулятора;

q₁…q_N–поточні значення відносного положення ланок маніпулятора.

Робочий механізм безпосередньо діє на об’єкт або середовище. Виконавчий пристрій уключає сукупність приводів з відповідними датчиками зворотного зв’язку, підсилювальними, перетворювальними і коригувальними елементами.

Задача керування роботом полягає у формуванні керуючих дій для виконавчих двигунів, відпрацювання яких гарантувало б проходження захватним пристроєм заданої просторової траєкторії із заданою точністю.

Зовнішньо маніпулятор не обов’язково повинен повторювати конфігурацію руки людини, важливо, щоб він міг переміщуватися в просторі й переносити корисний вантаж. Корисний вантаж – це захватний пристрій із заготовкою, деталлю, вимірювальний або оброблюваний інструмент або інший предмет маніпулювання.

За методом керування маніпулятори поділяються (рис.2.) на біотехнічні (з ручним керуванням) і автоматичні.

Біотехнічним маніпулятором керує оператор, неперервно витрачаючи на це м’язову енергію. Для економії м’язової енергії розроблені збалансовані маніпулятори, які мають систему урівноваження робочого органу. При величині утримуваного вантажу в межах вантажопідйомності маніпулятора для будь-якого положення ланок в просторі маніпулятор знаходиться у рівновазі. Оператор легким рухом може здійснювати маніпулювання великими вантажами. Це дуже зручно при завантажувально-розвантажувальних і такелажних роботах.

Різновидом біотехнічних маніпуляторів є також екзоскелетони – багатоланкові механізми, ланки яких безпосередньо з’єднані з рукою оператора. У суглобах механізму, що відповідають суглобам людини, розміщені приводи, а рух руки оператора формує лише керуючі сигнали. Екзоскелетони застосовуються тоді, коли необхідне підсилення потужності кінцівок людини (у хворого цей різновид маніпулятора може слугувати протезом).

Дистанційно-керовані маніпулятори

Вони також мають підсилювач потужності, але керування ними здійснюється на відстані до космічної та граничних глибин океану. Дистанційно керовані маніпулятори в свою чергу поділяються на командні, копіювальні й напівавтоматичні.

Рис. 2.2. Класифікація маніпуляторів за методами керування

Командні маніпулятори (рис 2.3.) отримують сигнали керування з кнопок пульта керування або ручок. До такого класу маніпуляторів можна віднести, наприклад, екскаватор. Машиніст, маніпулюючи важелями, подає сигнали керування на приводи і через них керує рухами ковша в просторі.

Рис.2.3. Дистанційно керований командний маніпулятор

Копіювальні маніпулятори (рис. 2.4.) включають задавальний і виконавчий пристрої, причому між положеннями в просторі задавального й виконавчого пристроїв існує однозначний зв’язок.

Рис.2.4. Дистанційно керований коригувальний маніпулятор.

Для створення відчуття природності роботи копіювальні маніпулятори в низці випадків мають систему відображення зусилля, які бувають двох типів: з пасивним відображенням зусиль або з активним відображенням зусиль, що називається звичайно зворотними стежачими системами.

Системи з пасивним відображенням зусиль забезпечують сприйняття оператором зусиль, що розвиває виконавчий орган лише в процесі зміни положення робочого органу. За своєю структурою вони є системами односторонньої дії, оскільки зворотний тракт, котрий відображає зусилля, не впливає при цьому на роботу основної стежачої системи. Елементом відчуття, що вимірює зусилля на виконавчий орган, може служити тензометричний, магнітопружний або інший датчик, з якого сигнал надходить на задавальний орган пристрою, наприклад, гальмівні фрикційні або порошкові муфти.

У системах з активним відображенням зусилля зворотний тракт не тільки інформує оператора про величину зусилля на виконавчій осі, але й може змінювати положення задавальної осі. Такі системи складаються з двох взаємозв’язаних стежачих систем. Задавальний орган є вхідною віссю для прямого (основного) тракту стеження, а виконавчий орган – вхідною віссю для зворотного тракту стеження. Система реагує як на керування з боку оператора, так і на збурення з боку об’єкта маніпулювання та поворот вхідної осі приводить до повороту вихідної. Звичайно система дозволяє відчути оператору тільки частину навантаження виконавчого органу: наприклад, оператор маніпулює з вантажем в 100 кг, а відчуває як роботу з вантажем 1 кг.

У напівавтоматичних маніпуляторах є задавальний орган, яким оператор одночасно може керувати кількома ланками маніпулятор завдяки кільком приводам зразу; розрахунок сигналів керування на сепаратні приводи здійснює спеціальний обчислювач, що входить у систему керування маніпулятором.

Існують маніпулятори з інтерактивним керуванням, у якому сполучаються елементи біотехнічного та автоматичного керування. Вони мають пристрої пам’яті для автоматичного виконання операцій. Залежно від форм участі людини в керуванні інтерактивне керування буває двох типів: автоматизоване, якщо має місце чергування в часі автоматичних режимів з ручними і супервізорне, коли всі частини заданого циклу виконуються автоматично поетапно, але перехід від одного етапу до іншого може здійснюватися тільки після подачі оператором відповідної команди. Різновидом інтерактивного керування є діалогове керування, що являє собою спілкування оператора із системою керування на мові, близькій до природної.

До числа автоматичних маніпуляторів належать автооператори і промислові роботи.

Автооператором називається автоматична машина, яка складається з виконавчого механізму у вигляді маніпулятора або сукупності маніпулятора з механізмом переміщення, виконавчих приводів і неперепрограмованого пристрою керування.

Промисловим роботом (ПР) називається автоматична машина, стаціонарна або пересувна, що складається з маніпулятора, додаткових приводів і перепрограмо-ваного пристрою програмного керування та що призначена для виконання робочих функцій руки людини у виробничому процесі.

Основна відмінність промислового робота від автооператора – це перепрограмованість, під якою розуміється властивість промислового робота замінювати програму керування автоматично або за допомогою людини–оператора. До перепрограмування належать зміна послідовності чи значень переміщень за ступеням й рухомості й керуючих функцій за допомогою засобів керування на пульті пристрою керування.