Вопрос 2.Поколения промышленных роботов.

Роботы первого поколения (программные роботы)– это роботы с программным управлением. Управляемые роботы требуют непрерывной подачи команд в процессе отработки программы [1-6].

Роботы второго поколения (адаптивные роботы) – это обучающиеся роботы, снабженные сенсорными устройствами - аналогами органов чувств [7]. Они обладают способностью запоминать и воспроизводит программу требуемое количество раз, имеют несколько видов специализированных программ (сенсорных элементов), что обеспечивает возможность частичной адаптации благодаря смене программ, отвечающим различным ситуациям. Осязательные устройства расположенные на механической руке, помимо чисто осязательных функций, определяют точные координаты и размеры предметов и ориентируются на местности. Они снабжены локационными устройствами ближнего действия: лазерными сканирующими, световыми и фотонными локаторами. Датчики размещаются непосредственно на захвате руки. Роботы оснащают и другими сенсорными устройствами (для определение содержания паров, газов, цвета, свойств поверхности, магнитометрами, датчиками температурами и т. п.).

Роботы третьего поколения (интеллектуальные роботы) - это «разумные» роботы, способные распознавать объекты различной сложности и обладающие свойствами: самообучения, самодиагностики и самовосстановления [11].

Отличие роботов третьего поколения от роботов второго поколения состоит в отказе от заранее составленных типовых программ и переходе к их синтезу в ходе функционирования.

Отличие ПР от обычных механизмов с программным управлением состоит в наличии оригинального захватного устройства – схвата – аналога человеческой руки, обеспечивающей до пяти – семи степеней свободы движений: прямолинейных и поворотных.

Робот состоит из трех основных частей: чувствительных (сенсорных) элементов – датчиков, механических рук и механизма перемещения – его кинематической структуры – эффектора; системы управления, включающий орган, регулирующий действия робота (устройство программного управления или ЭВМ).

В ГОСТ 22686 – 85 дается следующее определение промышленному роботу [1-4].

Промышленный робот – это автоматическая машина, стационарная или передвижная, состоящая из исполнительного устройства в виде манипулятора, имеющего несколько степеней подвижности, и перепрограммируемого устройства программного управления в производственном процессе двигательных и управляющих функций. К этому определению ГОСТ дает примечание: перепрограммируемость - свойство промышленного робота заменять управляющую программу автоматически или при помощи человека-оператора.

По типу систем управления промышленные роботы (ПР) делятся на: программные, адаптивные и интеллектные.

В промышленных роботах первого поколении (программные роботы) перепрограммированные производится человеком (Рис.1.1.), после чего робот действует автоматически, многократно повторяя жестко заданную программу.

Рис.1.1. Структура программного робота

ПР с программируемыми операциями отличаются разнообразием выполняемых перемещений. Они разделяются на аналоговые и числовые.

В аналоговых системах информация может задаваться и храниться в виде потенциалов определенного уровня, число которых соответствует количеству программируемых шагов, умноженных на число управляемых координат [1-6, 8].

В промышленных роботах второго поколения (адаптивные роботы) программы действий робота закладываются человеком, но сам робот имеет свойство автоматически перепрограммироваться (адаптироваться к изменяющейся ситуации) в ходе технологического процесса в зависимости от обстановки, которая неточно определена заранее [7 ] (Рис.1.2.).

Рис. 1.2. Структура адаптивного робота

Адаптивный робот, способный «видеть» или «ощущать» приложенную нагрузку и некоторые условия окружающей обстановки, может применяться значительно шире, чем роботы первого поколения, действующие как «глухие», «немые» и «слепые» манипуляторы.

Способность ощущать может быть развита у адаптивных роботов в различной степени. Разными могут быть и устройства очувствления. Например к оптическим системам относятся как простые фотоэлементы, так и сложные системы пространственного видения.

Адаптивные ПР отличаются высокими функциональными возможностями, к которым относятся: удобный процесс настройки, реализация сложных циклов и траекторий движения исполнительных механизмов робота и отработка значительных по объему программ; оперативная отработка управляющих программ в процессе производства; высокая надежность и точность. Наиболее универсальны и отличаются широкими функциональными возможностями адаптивные ПР с автономными системами управления, с использованием мини-ЭВМ и микропроцессоров.

Для промышленных роботов третьего поколения (интеллектуальные роботы) задание на выполнение работы вводится человеком в более общей форме, а сам робот обладает возможностью принимать решение и планировать свои действия [11] в распознаваемой им (неопределенной или меняющейся) обстановке (Рис. 1.3.).

Ввод задания

Аппаратура восприятия обстановки

ЭВМ искусственного интеллекта

В ысший

у

Ввод информации

ровень

Выдача информации

ЭВМ планирования действий

С

Ввод информации

Система наведения

тратегический

уровень

Выдача информации

Т

ЭВМ распределения сигналов

актический

у ровень

И

Управляемые приводы

сполнительный

у ровень

Механизмы робота

Датчики очувствления

Среда и объекты действия

Датчики информации

Рис. 1.3. Структура интеллектуального робота.

В отдельных случаях возникает необходимость в том, чтобы системы управления ПР были не только адаптивными, но и обладали определенными элементами искусственного интеллекта. ПР с такими системами автоматического управления принципиально отличаются от роботов первого поколения способностью адаптироваться к непредсказуемо изменяющейся обстановке и решать технологические задачи интеллектуального характера.

Из этих задач важнейшими являются: планирование операций и выбор оптимальных технологических маршрутов обработки объектов; автоматическое программирование и оптимизация движений исполнительных механизмов; распознавание деталей в рабочей зоне и определение их геометрических характеристик; диагностика состояния оборудования (в частности, инструмента).

Каждое поколение промышленных роботов подразделяется по типу систем управления. Так, например, ПР первого поколения (программные) подразделяются на три типа – цикловые, позиционные и контурные. Адаптивные и интеллектуальные роботы различаются по принципам адаптации, средствам очувствления и уровням элементов искусственного интеллекта

По технологическому назначению различают два класса роботов – универсальные и специализированные. Универсальные роботы применяются в широком спектре технологических процессов и способны перепрограммироваться для разнообразных циклов движений. К специализированным роботам относятся роботы, приспособленные для определенного вида технологических операций.

Важные характеристики робота – точность позиционирования и быстродействие (скорости и ускорения движения звеньев). Функциональные возможности ПР определяются также характеристиками вычислительных устройств, объемом памяти, способом программирования и обучения.

В настоящее время усилия специалистов направлены в основном на создание обучаемых ПР [7, 11]. Промышленные роботы данного типа проходят четыре стадии обучения: обучение, запоминание, воспроизведение и отработка программы.