4. Способы и системы управления роботами

1. Классификация систем управления роботами

Многообразие систем управления роботами можно группировать по разным признакам, например: по составу и типу входящих устройств, показателям качества управления, виду траектории движения и т. п. Однако имеются достаточно общие признаки, которые принципиально характеризуют процесс управления роботом. Прежде всего это способ управления, определяемый в зависимости от степени участия оператора в управлении роботом. По этому признаку системы управления делятся на два больших класса (рис. 4.1.):

• человеко-машинные, к которым относятся системы дистанционного и интерактивного управления, имеющие оператора непосредственно в контуре управления;

• автоматические, когда оператор остается вне контура управления и взаимодействует с роботом только на этапе обучения.

Другим столь же важным признаком является метод управления, который можно применить для дальнейшей классификации выделенных классов.

Человеко-машинные системы дистанционного и интерактивного управления роботами в соответствии с методами управления делятся на шесть основных групп:

• системы командного управления, в которых оператор включает по отдельности приводы каждого звена робота дистанционно путем нажатия на соответствующие кнопки (тумблеры) пульта управления;

• системы копирующего управления, в которых оператор дистанционно управляет роботом с помощью задающего устройства, кинематически подобного исполнительному устройству робота (движение каждого звена задающего устройства передается на соответствующее звено исполнительного устройства по принципу следящей системы);

• системы полуавтоматического управления, в которых оператор, нажимая на многостепенную управляющую рукоятку, задает желаемое движение захватного устройства, а специализированный вычислитель (ЭВМ) по электрическим сигналам от датчиков рукоятки вычисляет и формирует соответствующие сигналы управления для приводов всех степеней подвижности;

• автоматизированные интерактивные системы управления, в которых только часть операций выполняется автоматически, а остальные предоставлены оператору;

• интерактивные системы супервизорного управления, в которых оператор, наблюдающий по экрану (дисплею) обстановку в месте действия робота, подает отдельные команды - целеуказания, по сигналам от

Рис. 4.1. Классификация систем управления роботами

них включаются те или иные программы автоматического действия робота;

• интерактивные системы диалогового управления, отличающиеся от интерактивных систем супервизорного управления тем, что робот не только выполняет команды оператора, но и активно помогает ему в распознавании обстановки и принятии решений.

Главная особенность систем автоматического управления роботами — отсутствие непосредственного участия человека в процессе управления. Функция оператора состоит лишь в обучении, запуске и последующем перио­дическом наблюдении за работой робота.

Системы автоматического управления в соответствии с используемыми методами управления делятся на системы:

• программного управления, основой которых является синтез движения робота по заранее рассчитанной преимущественно жесткой программе. Программа сохраняется в памяти вычислительного устройства и может быть изменена путем перепрограммирования в новом цикле обучения робота. В системах программного управления не предусматривается отработка информации, устраняющая неопределенность характеристик внешней среды, хотя информация о внутреннем фазовом состоянии робота используется в законе управления. В свою очередь, системы программного управления делятся на цикловые, позиционные и контурные;

• адаптивного управления, движение робота в которых организуется по гибко изменяемым или корректируемым программам. При этом перестройка программ происходит в ответ на изменения условий внешней среды. Для получения внешней информации адаптивные системы управления обеспечиваются разнообразными средствами очувствления;

• интеллектуального управления, в которых программа движения робота вообще не задается, а синтезируется системой управления на основе описания внешней среды, совокупности правил возможного поведения в среде и имеющейся целевой установки задачи.

Основное отличие интеллектуальных систем управления от предыдущих — способность извлекать из данных не только информацию, а еще и знания. Для этой цели системы очувствления дополняются системами понимания (представления знаний).

Наиболее «жестким» управлением обладают роботы с программным управлением, а наиболее гибким — роботы с интеллектуальным управлением. Большая часть эксплуатируемых роботов принадлежит к первому поколению программно-управляемых автоматов. Главное преимущество роботов с программным управлением состоит в том, что они имеют широкое применение при достаточно простом конструктивном исполнении. Наибольшая эффективность их проявляется в условиях монотонно-циклических операций при сравнительно редких переналадках на новый вид работ. Объем подобных операций будет значительным и в будущих производствах, поэтому с развити­ем последующих поколений промышленных роботов потребность в простых программных роботах не уменьшится. Они будут успешно совершенствоваться и дальше.