|
ПРЕДИСЛОВИЕ
Адаптивные промышленные роботы (ПР) представляют собой новую ступень развития робототехники, для которой характерно создание гибкопрограммируемых устройств, оснащенных средствами очувствления для получения информации об окружающей среде, предмете производства и состоянии механизмов робота. Адаптивные роботы предназначены для работы в условиях с заранее неизвестными изменениями окружающей среды, к которым они должны приспосабливаться. На пути развития адаптивных ПР много емких научных, технических и организационных проблем, связанных с созданием широкой номенклатуры специализированных датчиков и устройств для исследования и отображения окружающей среды, микропроцессорных систем обработки получаемой информации и ее использования для управления работой роботов, программирования процессов восприятия и реакции на получаемую информацию в реальном масштабе времени, повышением надежности и долговечности ПР, улучшением метрологических его характеристик и т. д.
Для придания роботу новых качеств нужно, чтобы он обладал способностью к мгновенному восприятию внешней среды и мог использовать ее для автоматического формирования сигналов управления движением своих манипуляторов с целью выполнения заложенной в его память технологической задачи.
Адаптивный робот является принципиально новой производственной машиной с большими возможностями. К числу основных функций, выполняемых адаптивными роботами, относятся функции, свойственные человеку в процессе его трудовой деятельности, а именно: восприятие внешней среды с помощью «органов чувств» (технические средства очувствления), «обдумывание» и принятие решения (микропроцессорная обработка информации), активное воздействие на внешнюю среду «руками» (манипуляторами).
Многообразие автоматизируемых технологических процессов определяет весьма большое число параметров, подлежащих измерению в процессе работы адаптивного робота. К основным параметрам относятся линейные и угловые перемещения механизмов робота, возникающие в них силы и моменты, расстояние между захватом робота и объектом, положение и скорость движения захвата, признаки наличия, размеры, температура, форма, цвег деталей и др. В ка-
честве дополнительных параметров измерения могут быть зазоры, перекосы, проскальзывания, наличие внутренних дефектов, толщина материала или покрытия, твердость, напряжения, площадь, ориентация относительно реперной точки или осей и многие другие.
Применение элементов адаптации требуется для всех типовых технологических операций, таких, как окрасочные, сварочные, штамповка, механическая обработка, контроль качества, транспортировка, сборка и др. Актуальность адаптации существенно возрастает при усложнении и удорожании объекта производства, при работе в агрессивных средах, а также при воздействии различных влияющих факторов — механических и климатических нагрузок, биологических и специальных сред, ионизирующих и электромагнитных излучений.
Развитие адаптивных ПР обусловило создание многочисленных датчиков силомоментного и тактильного очувствления, внутренней информации о параметрах и состоянии манипулятора, систем технического зрения, локационных дальномеров и др. Существенную модернизацию в последнее время получили системы управления адаптивных ПР.
Обобщение подобного материала с иллюстрацией практического опыта применения и конкретных конструкций адаптивных ПР представляет несомненный интерес на данном этапе бурного развития автоматизации производства.
Большое внимание в книге уделено системам датчиков, которые должны функционировать на многих технологических операциях гибких автоматизированных производств и обеспечивать исходную информацию для правильной эксплуатации автоматического обору-рудования. Широкое использование в адаптивных ПР микропроцессоров, микро- и мини-ЭВМ для обработки информации и управления потребовало освещения в книге соответствующего материала по применяемым при роботизации элементам вычислительной техники.
Цель настоящей книги — раскрыть современное состояние разработок и дать кратко перспективы развития адаптивных роботов.
Книгу написали: В. Б. Брагин (гл. 1), Ю. Г. Войлов (гл. 1, 5), Ю. Д. Жаботинский (гл. 1, 6), С. Л. Зенкевич (гл. 1, 5), С. С. Камынин (гл. 7), А. А. Кирильченко (гл. 3, 4, 5), В. В. Клюев (предисловие, гл. 3, 4, 8, 9), Ю. А. Кондратьев (гл. 3), В. И. Косгюк (гл. 1),
A. А. Краснопрошина (гл. 5, 7), Э. С. Лямина-Карели (гл. 4),
B. В. Маслов (гл. 4), А. В. Назарова (гл. 5), Д. Е. Охоцимский (гл. 7), В. А. Панков (гл. 4), Г. В. Письменный (гл. 2, 7), Е. П. Попов (гл. 2, 7, 9), В. Е. Пряничников (гл. 3, 4, 5), Ю. И. Рассадкин (гл. 4), К. В. Самвелян (гл. 6, 9), Н. О. Собкевич (гл. 7), А. В. Тимофеев (гл. 1, 8), В. А. Тимченко (гл. 6).
ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ АДАПТИВНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ
1.1. Архитектура адаптивных робототехнических систем
Автоматизация различных технологических процессов на современном производстве с помощью роботов может осуществляться двумя путями. Первый из них характерен для тех отраслей промышленности, которые отличаются высоким уровнем упорядоченности рабочих участков, оснащенных роботами. В этом случае допустимо априорное задание всех управляемых координат робота, подробное описание параметров внешнего оборудования и динамики их изменения во времени. Опираясь на указанные данные, можно составить математическую модель технологического процесса и организовать управление роботами. Обычно на таких производствах используются промышленные роботы с цикловой системой управления, надежно функционирующие при малых случайных изменениях различных возмущающих факторов, например, таких, как точностные параметры самого робота или внешнего технологического оборудования, т. е. роботы 1-го поколения с жесткой или частично перенастраиваемой программой.
Роботы 1-го .поколения используются в основном в машиностроительных отраслях промышленности для обслуживания различного технологического оборудования, на операциях термообработки металлов, литья под давлением, в окрасочном, сварочном, кузнечно-прессовом и гибочном производствах. Эти роботы требуют высокой организации производства в части упорядочения среды, в которой они функционируют. Часто, однако, такое упорядочение стоит весьма дорого и связано с большими дополнительными затратами по разработке, созданию и внедрению специального оборудования, приспособлений, что является весьма неэффективным, особенно в тех условиях, когда требуется быстрая переналадка производства на выпуск нового изделия.
Вторым путем решения этой важнейшей народнохозяйственной задачи является внедрение гибких автоматизированных производств (ГАП), одним из основных элементов которых является адаптивный робот.
Адаптивная техническая система—это система, которая сохра-няет"работоспособность при непредвиденных изменениях свойств управляемого объекта, цели управления или окружающей среды путем изменения алгоритма функционирования. Таким образом, поведение адаптивного робота как технической системы должно быть построено на основе сформулированного задания с учетом изменения свойств окружающей среды.
Роботы 2-го и 3-го поколений являются адаптивными, однако уровень адаптации у роботов 3-го поколения выше, и их принято называть роботами с искусственным интеллектом, тогда как роботы 2-го поколения — просто адаптивными роботами. Таким образом, адаптивный робот 2-го поколения занимает промежуточное положение между программным роботом и роботом с искусственным интеллектом. Так, у программного робота, полностью лишенного информации о состоянии среды, в которой он функционирует, адаптация отсутствует, а адаптивный промышленный робот, т. е. робот, снабженный системой очувствления, может успешно функционировать только в той среде, изменения которой можно заранее предвидеть.
Недетерминированность внешней среды учитывается путем обработки поступающей информации и соответствующей корректировки поведения (чаще всего — движения) робота. Здесь важно подчеркнуть тот факт, что вид и значения отклонений параметров внешней среды на этапе исполнения задания, сформулированного роботу чело веком-оператором, были им (оператором) учтены заранее. Так, для адаптивных роботов, снабженных системой технического зрения, эта недетерминированность может быть связана с положением и ориентацией детали, которую роботу необходимо взять. Если же деталь, расположенная в поле зрения видеодатчика, перевернута либо вообще не принадлежит к классу тех деталей, с которыми работает робот, то система очувствления, запрограммированная только на вычисление указанных Еыше параметров, не заметит этого. Безусловно, можно улучшить алгоритмы обработки зрительной информации (если это доступно для оператора), однако и в этом случае может возникнуть ситуация, столкнувшись с которой, робот не будет в состоянии продолжать функционирование.
В отличие от адаптивного, робот с искусственным интеллектом не снабжен различного рода предписаниями поведения в тех или иных случаях: он их вырабатывает сам в процессе исполнения задания. Это достигается не за счет усложнения системы очувствления (она может и не отличаться от системы адаптивного робота), но за счет придания интеллектному роботу более мощных механизмов обработки поступающей информации и планирования поведения.
На самом деле нет четкой границы между перечисленными выше тремя поколениями роботов: даже программный робот, снабженный манипулятором с сервоприводами, является адаптивным в том смысле, что его система управления приводами, построенная по принципу обратной связи, способна парировать некоторые возмущения, возникающие в процессе движения исполнительного механизма (например, переменные моменты инерции звеньев, различные массы грузов в захвате и т. д.), при этом такая компонента адаптивного робота, как система очувствления, представлена здесь датчиками положения (и, возможно, скорости), установленными в подвижных сочленениях. Ясно, что в этом случае реализуется адаптация самого низкого уровня.
Успех в создании роботов последующих поколений во многом зависит от решения двух центральных проблем: очувствления манипуляторов и интеллектуализации управления. Решение этих проблем требует создания систем очувствления и адекватных систем управления, способных учитывать полученную информацию о внешней среде как в процессе планирования действий робота, так и в процессе исполнения.
Наиболее перспективными областями внедрения адаптивных ПР являются механическая сборка, дуговая и газовая сварка, кислородная резка, абразивная зачистка и шлифование, окраска распылением, операции упаковки, установка и съем деталей с конвейера, операции распознавания, сортировка деталей, разбор деталей из навала, контроль качества с помощью манипуляторов, оснащенных измерительной аппаратурой, и ряд других технологических операций.
Адаптивный робот представляет собой техническую систему, в состав которой входят, как правило, следующие компоненты: исполнительный механизм (манипулятор,) система очувствления и система управления (рис. 1.1).
Система очувствления воспринимает с помощью имеющихся в ее составе датчиков информацию о состоянии внешней среды, обрабатывает ее. В результате вырабатываются сигналы воздействия, поступающие на один из входов системы управления, которая в свою очередь вырабатывает соответствующие сигналы на манипулятор и технологическое оборудование. Робот совершает работу, следовательно, изменяет состояние свое или объекта, т. е. состояние внешней среды. Эти изменения фиксируются системой очувствления и т. д. Таким образом, цикл замыкается.
Технологическое оборудование, участвующее в выполнении операции наравне с манипулятором, мы не включили в состав робота. Однако иногда оно является частью робота. Так, например, бывает у сварочного, окрасочного адаптивных роботов и вообще у роботов, которые специализируются на выполнении одной какой-либо операции.
Манипулятор адаптивного робота чаще всего представляет собой сложный многозвенный механизм с антропоморфной кинематикой. Так, в состав одного из наиболее распространенных в настоящее время промышленных роботов «Рита» фирмы «Юнимейшн» (США) входит 6- или 5-степенной антропоморфный манипулятор, оснащенный электромеханическими сервоприводами. Каждая степень подвижности управляется двигателем постоянного тока, оснащена потенциометрами обратной связи и кодовыми датчиками. Манипулятор имеет грузоподъемность 1 —10 кг (в зависимости от модели), повторяемость ±0,1 мм и максимальную скорость перемещения захвата ~1 м/с. Робот может быть использован на операциях сборки, дуговой сварки, окраски, а также на транспортных операциях. Манипулятор, который входит в состав сборочного робота RS1, фирмы «Ай-би-эм» (IBM, США), также является 6-степенным. Он оснащен гидроприводами, имеет грузоподъемность 1,3 кг, скорость перемещения захвата составляет 1 м/с.
Как говорилось выше, исполнительный механизм адаптивного робота — это чаще всего манипулятор, снабженный сервоприводами. Это вполне естественно, поскольку адаптивные свойства робота, как правило, проявляются в коррекции движения манипулятора в соответствии с показаниями системы очувствления. Однако иногда в состав адаптивного робота могут входить и цикловые манипуляторы, причем адаптация в этом случае заключается в смене последовательности обхода наперед известных точек позиционирования.
Приводы подвижных сочленений манипулятора адаптивного робота не имеют каких-либо существенных отличий от привода неадаптивного робота, за исключением наличия более совершенных регуляторов (корректирующих устройств), которые обычно реализуются на базе микропроцессорных устройств.
Как отмечалось выше, адаптивные свойства робота иногда можно реализовать без развитой системы очувствления, используя для целей адаптации только информацию о текущем состоянии исполнительного механизма. Тогда способ адаптации заключается в построении устройства (аппаратного или программного), в функции которого входит оценивание тех или иных параметров внешней среды (например, массы груза в захвате манипулятора), и в соответствующей коррекции управляющего сигнала таким образом, что возмущение будет мало отличаться от программного. Это устройство можно рассматривать как часть регулятора привода адаптивного робота.
Среду функционирования адаптивных ПР можно охарактеризовать ее физическими свойствами, геометрическими параметрами рабочей зоны и параметрами объектов манипулирования (рис. 1.2).
Физические свойства среды функционирования оказывают существенное влияние на выбор того или иного типа датчика, на надежность каналов передачи информации, потребляемые мощности и конструктивное выполнение манипулятора. Разнообразие возможных свойств среды свидетельствует о сложности выбора какого-либо одного типа датчика для построения адаптивных роботов.
Геометрические параметры среды функционирования необходимо учитывать при выборе типа кинематической схемы манипулятора, его быстродействия и при планировании траекторий перемещения захвата.
В зависимости от типа участка, обслуживаемого роботом, изменяются требования к его точности позиционирования. Суммарная погрешность позиционирования не должна приводить к снижению требуемой точности установки детали в технологическое оборудование (матрицу штампа, патрон токарного станка и т. п.). Погрешность установки объекта в приспособление складывается из двух составляющих: погрешности несовпадения центра формы детали с определенным центром в оборудовании и погрешности ориентации по углу относительно некоторой оси. Суммарная погрешность позиционирования адаптивных роботов в 52 % случаев должна быть менее 1 мм, в 13,5 % — от 1 до 2,5 мм и в 34,5 % — не более 10 мм. Анализ составляющих погрешности показывает, что в основном погрешность определяется неточностью ориентации деталей по углу.
Характеристики объектов манипулирования (ОМ) адаптивных роботов оказывают влияние на выбор типа и структуры систем очувствления, конструкцию исполнительного устройства и функции робота в целом. Характеристики объекта манипулирования (см. рис. 1.2) определяют тип рабочей зоны робота. Различают несколько постановок задач по организации рабочей зоны роботов.
Функции робота могут изменяться в очень широких пределах— от проверки наличия ОМ в кассете до извлечения заданного ОМ из навала. Поэтому при построении адаптивных роботов необходимо учитывать конкретную организацию рабочей зоны. В подавляющем большинстве случаев рабочая зона может быть организована таким образом, что ОМ поступают в поле зрения датчика по одному.
Выбор того или иного типа датчиков или их сочетания при построении системы восприятия адаптивного робота определяется конкретным типом решаемой задачи. На основе информации, получаемой о состоянии внешней среды, реализуется адаптивное управление робототехническими системами.
1.2. Принципы восприятия, обработки информации и управления
Информацию, необходимую для выполнения задания, поставляет роботу система очувствления — важнейшая подсистема адаптивного робота. Чаще всего эта информация непосредственно связана с состоянием пространства, в котором функционирует робот, и ее источниками являются системы технического зрения, силомоментньге, локационные и тактильные системы. Однако иногда эту информацию удается получить косвенно, измеряя лишь параметры самого исполнигельного механизма, и на основании этих измерений сделать некоторые выводы о состоянии рабочего пространства.
Система очувствления может выполнять либо функции простой передачи полученной информации о рабочем пространстве в систему управления, где эта информация обрабатывается соответствующим образом, либо функции обработки этой информации. В последнем случае система очувствления кроме датчиков содержит еще устройства преобразования и предварительной обработки информации, а также микроЭВМ или микропроцессоры.
Развитая система очувствления робота может автономно формировать задание но обработке информации о внешней среде и осуществлять согласованный обмен данными и командами с системой управления. Поэтому в общем случае система очувствления адаптивного робота должна быть рассчитана на работу с оператором.
Номенклатура систем очувствления, включаемых в состав промышленного робота для обеспечения ему возможности адаптации к изменениям параметров как собственных, так и внешней среды, определяется многими факторами, среди которых можно указать следующие: 1) сложность построения априорной модели технологического процесса; 2) сложность учета параметров принципиально предсказуемых возмущающих факторов; 3) технические и вычислительные трудности расчета законов изменения управляемых координат на основе сложной априорной модели; 4) доступность и стоимость средств очувствления необходимых типов; 5) возможность и простота сопряжения средств очувствления с системой управления робота; 6) наличие программного обеспечения для обработки информации датчиков очувствления, разработанного применительно к данной технологической операции.
Таким образом, основное назначение систем очувствления промышленных роботов состоит в том, чтобы существенно снизить объем необходимой априорной информации. Кроме того, их включение в состав систем управления позволяет существенно упростить процедуру обучения робота, повысить его динамическую точность и быстродействие.
Значительная часть информации о внешней среде, собираемая с помощью средств очувствления, представляет собой геометрические характеристики объектов манипулирования и предметов, окружающих робот, их местоположение, форму, размеры и т. п. Кроме того, для автоматизации некоторых технологических операций необходимо знать модуль и направление сил и моментов, действующих в точке контакта захвата или инструмента робота с изделием, усилие захватывания или шарнирные моменты в подвижных сочленениях робота.
В соответствии с наиболее часто используемыми методами измерения геометрических характеристик и силовых параметров взаимодействия робота с окружающей средой средства очувствления по способности воспринимать информацию на различных расстояниях от ее источника могут быть условно разделены на контактные и бесконтактные (рпс. 1.3).
Бесконтактные средства очувствления, оперирующие с геометрическими характеристиками объектов внешней среды робота, включают два класса устройств: системы технического зрения и локационные системы очувствления, а средства очувствления контактного действия, которые измеряют действующие на манипулятор силы и моменты, а также фиксируют координаты точек их приложения, представлены системами силомоментного и тактильного очувствления.
Целесообразность разделения средств очувствления на четыре класса обусловлена характером технологических операций, для автоматизации которых они предназначены.
Создание силомоментных систем вызвано необходимостью измерения сил и моментов в процессе взаимодействия захвата или инструмента с объектом манипулирования при выполнении механической сборки, абразивной зачистки н шлифовки изделий. Применение в автоматических манипуляторах силомоментных систем очувствления позволяет автоматизировать указанные технологические операции При минимуме затрат на разработку и создание дополнительного оборудования, например, конвейеров и позиционеров, обеспечивающих высокую точность начальной установки собираемых деталей. Эти системы очувствления могут быть с успехом использованы также и для решения многих манипуляционных задач, особенно при работе с жесткими деталями, когда незначительные погрешности позиционирования робота могут вызвать большие усилия, которые проконтролировать и измерить другими средствами не представляется возможным.
Силомоментные системы очувствления представляют собой датчик и устройство предварительной обработки информации, обеспечивающие измерение в общем случае трех проекций вектора силы и трех проекций вектора моментов, возникающих при взаимодействии захвата или инструмента робота с обрабатываемой деталью.
Датчики силомоментного очувствления размещают либо между последним звеном робота и захватом, либо непосредственно в его губках, что обеспечивает измерение тех компонент силового взаимодействия манипулятора с деталью, которые определяют качество выполнения заданной технологической операции.
Системы технического зрения (СТЗ), также представляющие собой отдельный тип систем очувствления, находят широкое применение в промышленном производстве на операциях распознавания и сортировки деталей, операциях разбора деталей из навала, для измерения координат движущихся деталей, подлежащих захватыванию, для определения положения характерных точек и ориентации
деталей на сборочных участках, на операциях контроля качества обработки или покрытия поверхностей деталей и на многих других операциях. Причем в ряде случаев эти системы могут быть использованы как совместно с автоматическими манипуляторами, так и независимо от них.
СТЗ представляет собой пример уровня иерархии системы управления, выделившегося в отдельную подсистему часто со своим собственным вычислителем. Появление быстродействующих и дешевых микроЭВМ и микропроцессоров позволило осуществить разработку и выпуск ряда систем технического зрения, внедрение которых в области сборки, дуговой сварки, окраски и контроля изделий дало большой экономический эффект.
Большинство существующих СТЗ — это перепрограммируемые, обучаемые автоматы, решающие в реальном времени протекания технологического процесса упрощенные задачи идентификации изделий, определения координат и характерных особенностей деталей.
СТЗ, используемые для операций контроля качества готовых и обрабатываемых деталей, могут обеспечить 100 %-ный контроль по внешнему виду (выявление трещин, пятен, сколов, определение цвета, качества этикеток, идентификация меток на изделиях и т. п.) и контроль размеров (длины, диаметра, шага, нелинейности и пр.) с выдачей статистических сведений о характере брака. Например, система технического зрения нашла применение на операциях шлифования отливок.
По мере совершенствования СТЗ их функциональные возможности все больше расширяются. Они находят применение, например, для решения таких сложных задач, как разбор отливок шатунов из навала и распознавание перекрывающихся плоских штамповочных заготовок. Особое внимание в последнее время уделяется разработке СТЗ, способных идентифицировать промышленные детали по зашумленным изображениям при изменяющемся уровне внешнего освещения.
Локационные системы очувствления используют для измерения координат изделия в тех случаях, когда применение СТЗ по тем или иным причинам нецелесообразно или невозможно. Установка датчиков локационных систем на захвате или рабочем инструменте автоматического манипулятора обеспечивает, например, возможность точного слежения сварочной головки за траекторией шва, а также позволяет захватывать и устанавливать изделия на подвесном или ленточном конвейерах. Кроме того, локационные системы очувствления применяют в качестве датчиков безопасности для предотвращения столкновения подвижных частей манипулятора с предметами или людьми, случайно оказавшимися в его зоне обслуживания. Локационные системы очувствления с активным или пассивным методом обнаружения предметов часто в литературе называют датчиками безопасности.
Широкое применение в системах очувствления роботов находят ультразвуковые локационные системы. В силу специфических свойств ультразвуковых волн этот тип датчиков очувствления нспользуется в основном для определения местоположения мобильных роботов и для обеспечения безопасности движения тележек внутрицеховой автоматической транспортно-накопительной системы, выпуск которых сейчас осуществляется в больших масштабах.
Локационные средства очувствления могут быть также использованы для простейшего распознавания деталей, имеющих различную отражающую способность поверхности.
Для установления факта касания губок захвата (или других частей робота) объекта манипулирования служат датчики тактильного типа. Расположенные на внутренних и внешних поверхностях захвата или в тех местах звеньев манипулятора, которые могут войти в соприкосновение с объектами окружающей среды, тактильные датчики помимо регистрации факта соприкосновения могут измерить значение контактного давления и определить наличие проскальзывания между соприкасающимися частями робота и объекта. Кроме того, так как всегда известно точное место установки каждого датчика на манипуляторе, тактильные системы очувствления позволяют определить координаты точки касания с объектом манипулирования относительно системы координат захвата или соответствующего звена робота.
Исследование областей применения тактильных датчиков показало, что их целесообразно использовать при поиске объектов, идентификации и определении их пространственного положения, а также при определении формы и положения объектов, зажатых в захвате, для обнаружения проскальзывания детали и при регулировании усилия захватывания.
Для обеспечения надежного захватывания тяжелых, но хрупких деталей, например, наполненных стеклянных колб и т. п., весьма эффективными оказываются тактильные датчики проскальзывания. Используя формируемые ими сигналы, удается установить усилие захватывания на минимально необходимом уровне так, что предмет оказывается надежно зажатым, не выскальзывает из захвата и в то же время не разрушается.
Несомненно, системы очувствления промышленных роботов, конструкция этих .систем, характеристики и алгоритмы обработки информации нельзя рассматривать вне взаимосвязи с системой управления робота. Следует отметить, что многие проблемы согласования параметров систем очувствления, языков их программирования и процесса обучения с соответствующими характеристиками промышленного робота требуют своего решения и совершенствования. Среди таких проблем в области использования массива информации о внешней среде, формируемого с помощью систем очувствления роботов, необходимо отметить следующие три группы: представление информации, планирование обработки информации и организация адаптивного управления.
Для рационального использования информации, собираемой системами очувствления, необходимо разработать формализованное описание данных о параметрах робота и окружающем его рабочем пространстве в форме, обеспечивающей легкость доступа, удобства
кодирования и последующего ввода в цифровую систему управления манипулятора, а также организовать обработку сенсорной информации сразу па нескольких иерархических уровнях системы управления.
Планирование обработки информации — один из важнейших путей повышения эффективности работы всей системы управления адаптивного робота. Оно включает определение последовательности этапов преобразования модели внешней среды робота, обеспечение мультипроцессорного режима обработки данных, планирование последовательности опроса систем очувствления как перед началом выполнения роботом технологических операций, так и в ходе ее выполнения с указанием приоритета каждой из операций. Кроме того, целесообразно разработать интерактивные методы планирования последовательности обработки сенсорной информации с участием оператора-программиста, а также распространить результаты решения перечисленных выше проблем на системы группового управления промышленными роботами.
Проблемы организации адаптивного управления состоят в необходимости обеспечения одновременной обработки большого объема информации и формирования команд управления в реальном масштабе времени, моделирования процессов функционирования адаптивного робота с целью разработки методов самообучения систем управления на основе сенсорной информации, используемой и в процессе функционировании робота. Среди проблем управления адаптивными роботами следует отметить разработку методов управления с использованием элементов теории искусственного интеллекта и совершенствование проблемно-ориентированных языков для программирования процессов обучения и управления роботов, оснащенных системами очувствления.
Приведенный перечень проблем, которые приходится решать при создании совершенных адаптивных роботов, свидетельствует, что дальнейшее развитие систем очувствления в значительной степени определяется уровнем развития теории искусственного интеллекта.
Система управления адаптивного робота выполняет следующие основные функции: прием информации от системы очувствления и ее обработка, обеспечение связи с человеком-оператором, управление манипулятором в соответствии с задачей, сформулированной оператором, и той информацией, которую система управления получает от системы очувствления.
Одной из характерных особенностей адаптивного робота является чётко выраженная иерархия его систем управления. Наличие иерархических уровней может быть присуще системам управления и неадаптивных роботов, однако иерархия — это необходимый способ организации целенаправленного поведения адаптивного робота. Этот способ заключается в декомпозиции функций системы управления робота, определении потоков информации между подсистемами, реализующими эти функции, и, наконец, реализации этих функций на соответствующих вычислительных устройствах.
Рис. 1.4. Структура адаптивного двурукого робота
Ядром системы управления адаптивных роботов является, как правило, управляющая мини- или микроЭВМ, хотя в последнее время наметилась тенденция использования мультипроцессорных вычислительных систем.
Одним из основных направлений развития систем управления очувствления адаптивных роботов является увеличение мощности используемых вычислительных средств, являющихся важнейшей компонентой этих систем, что реализуется путем увеличения числа используемых процессоров, их функциональных возможностей, быстродействия, адресуемой памяти.
Так, система фирмы «Хитачи» (Hitachi, Япония) предназначенная для выполнения операции сборки одновременно двумя руками под управлением СТЗ с двумя телевизионными камерами, содержит шесть процессоров, образующих, по сути, вычислительную сеть, выполняющую все функции по согласованному управлению манипуляторами и анализу зрительной информации (рис. 1.4). В состав системы управления робота может входить мультимикропроцессорная система, содержащая пять микропроцессоров, в том числе один 16-битовый центральный микропроцессор.
Остальные четыре микропроцессора выполняют в основном арифметические функции, обеспечивая высокую точность позиционирования (<2 мкм). Тенденция усложнения вычислительной системы будет доминирующей по крайней мере в ближайшее время, особенно, если учитывать, что промышленный робот, особенно адаптивный, необходимо рассматривать не обособленно, но как важнейшую компоненту ячейки гибкого автоматизированного производства, где его связи с технологическим оборудованием, а также с управляющими устройствами высшего уровня невозможны без развитой вычислительной системы, являющейся главной составной частью систем управления.
KOHEЦ ФPAГMEHTA КНИГИ
|
