Распределенная система терминального управления техническим объектом (стр. 3 из 15)

Этим определяется высокая эффективность дистанционного управления в период ввода программы в систему автоматического управления, т.е. в режиме обучения. Действительно, при дистанционном обучении робота человек-оператор имеет возможность непосредственно оценивать условия в рабочей зоне. Зрительный и слуховой аппараты человека достаточно совершенны, чтобы обеспечить действия манипуляционного робота при выполнении весьма сложных операций без привлечения каких-либо систем технического зрения и стереофонических систем, входящих в информационное обеспечение автоматически действующего робота [1].

Степень участия человека-оператора в управлении манипуляционным роботом не только определяется сложностью выполняемой операции, но и существенно зависит от структуры системы и принципа дистанционного управления. Так, при командном, копирующем и полуавтоматическом управлении манипулятором человек постоянно обеспечивает формирование движений его исполнительного устройства.

Супервизорное и диалоговое управления позволяют в значительной степени освободить человека от выполнения простейших, повторяющихся движений, работать в режиме диспетчирования действий робота. Очевидно, что при этом используется микропроцессорная система управления движением манипулятора. В ряде случаев требуется силомоментное или тактильное очувствление робота, позволяющее организовать наиболее рациональное взаимодействие с объектами работы.

Весьма эффективными при выполнении разнообразных операций с помощью манипуляторов универсального назначения являются системы комбинированного дистанционно-автоматического управления. В подобных робототехнических системах оператор подключается к управлению лишь в моменты выполнения наиболее сложных действий манипуляционного робота.

Наличие дистанционного режима позволяет обеспечить и оперативную коррекцию программы движения автоматически действующего робота, которую осуществляет человек-оператор, непосредственно наблюдающий за ходом работы.

Наиболее актуальным является переход с автоматического на дистанционное ручное управление в непредвиденных, заранее не запрограммированных ситуациях и особенно в аварийных условиях. Оперативное вмешательство человека-оператора в процесс автоматического действия робототехнической системы позволяет в целом ряде случаев осуществить сложные ремонтные работы без существенного усложнения самой системы управления робота.

Все это свидетельствует о необходимости широкого привлечения методов дистанционного управления при организации структуры автоматизированного производства. Однако наиболее актуальным остается использование дистанционно управляемых манипуляторов в недетерминированных условиях экстремальных сред, где необходимо выполнять сложные операции исследовательского характера, проводить монтажно-сборочные работы с использованием универсального инструмента или оснастки. К таким средам в первую очередь относятся зоны с наличием радиоактивных излучений, опасных для здоровья человека. Подводно-технические работы, осуществляемые на больших глубинах, также рациональнее проводить с помощью манипуляционных роботов с дистанционно-автоматическим управлением.

Принципы дистанционно-автоматического управления представляются весьма перспективными при создании манипуляционных роботов, обслуживающих атомные электростанции и, в будущем, термоядерные энергетические установки. Большие возможности открывает использование манипуляционных роботов с дистанционно-автоматическим управлением в горнодобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности.

2.2Основные методы и уровни дистанционного управления манипуляционными роботами

Отличительным признаком дистанционно управляемых манипуляционных роботов, однозначно выделяющим их из всего семейства робототехнических систем, является обязательное участие человека-оператора в процессе управления их действиями. Способность человека к быстрой ориентации в рабочей обстановке, анализу окружающей среды, принятию решений и выбору алгоритмов выполнения технологических операций, формированию рациональных законов движения в процессе работы – все эти естественные для него возможности весьма сложно реализуются даже с помощью самых совершенных систем восприятия информации и управляющих систем с элементами искусственного интеллекта.

Именно этим определяется необходимость использования дистанционного управления для выполнения нетиповых и сложных технологических операций в недетерминированных условиях рабочей зоны. Очевидно, что дистанционное управление оказывается единственно возможным способом обеспечения функционирования манипуляционных роботов в средах, недоступных для человека или опасных для его здоровья.

Первый опыт в использовании дистанционно управляемых манипуляторов был накоплен еще в пятидесятые годы двадцатого столетия при создании копирующих манипуляционных механизмов, выполняющих в боксах и камерах исследовательские работы с радиоактивными веществами. Именно в тот период была подтверждена возможность воспроизведения двигательных функций руки человека на расстоянии. Механические манипуляторы включали кинематически подобные задающее и исполнительное устройства, связанные между собой с помощью тросов и лент таким образом, что все изменения взаимного расположения звеньев задающего устройства (ЗУ) повторялись (копировались) соответствующими звеньями исполнительного устройства (ИУ). Это позволяет в рабочей зоне воспроизводить с достаточной степенью точности движения кисти руки оператора, управляющего положением в пространстве кистевого узла ЗУ. Важной особенностью подобных манипуляторов является возможность ощущения оператором усилий, действующих со стороны объекта манипулирования на ИУ. Это дает возможность оператору формировать законы движения задающего, а, следовательно, и исполнительного устройств с учетом воздействия нагрузки, т. е. так, как это происходит при выполнении человеком работ непосредственно рукой.

Таким образом, механические копирующие манипуляторы обладают свойством двунаправленной передачи не только перемещений, но и усилий. Образно говоря, они как бы увеличивают возможности рук человека, «удлиняя» их и позволяя войти в зоны, недоступные самому человеку.

Опыт создания отечественных копирующих манипуляторов позволил обеспечить отработку принципа дистанционного проведения работ при непосредственном наблюдении оператором условий в рабочей зоне.

Однако существенными недостатками таких манипуляторов являются малая удаленность оператора от опасной зоны, небольшая грузоподъемность, определяемая физическими возможностями оператора, а также существенные потери развиваемых оператором усилий на преодоление трений в механических передачах. Это привело к необходимости разработки и создания уже в полном смысле дистанционно управляемых манипуляторов, оснащенных не только системами управления движением исполнительных манипуляционных устройств, но и развитой информационной системой. Задачами этих систем является обеспечение наибольшей естественности работы оператора, создание эффекта его присутствия в рабочей зоне при выполнении технологических операций.

Большое значение создания дистанционно управляемых манипуляторов определяется широким развитием исследовательских и практических работ, связанных с освоением подводного и космического пространств, а также с созданием атомной и термоядерной энергетики.

Во всех указанных случаях в экстремальных для человека условиях, как правило, выполняются разнообразные операции в изменяющихся условиях рабочей зоны, что требует использования высокоманевренных манипуляционных механизмов.

Однако использование дистанционного управления оказалось эффективным не только для манипуляторов, предназначенных для работы в экстремальных средах. Бурно развивающаяся промышленная робототехника также все чаще обращается к этому методу управления, позволяющему существенно расширить функциональные возможности манипуляционных роботов с автоматическим управлением. Именно в промышленной робототехнике стали все шире использоваться и наиболее прогрессивные принципы дистанционно-автоматического управления.

Использование современной вычислительной и в первую очередь управляющей микропроцессорной техники позволило довести дистанционное управление манипуляционными роботами до уровней диалогового управления, при котором участие человека-оператора характеризуется рациональным сочетанием возможностей естественного интеллекта человека и искусственного интеллекта информационных и управляющих систем робота.

Рассмотрим основные методы дистанционного управления манипуляторами и манипуляционными роботами, которые достаточно однозначно можно соотнести с уровнями управления иерархической системы автоматического управления различных поколений роботов.

Понятие об уровнях управления в робототехнике было впервые введено Е. П. Поповым [3] и является обобщающим как для роботов с автоматическим управлением, так и для дистанционно управляемых манипуляциониых роботов.

Иерархическая схема робототехнической системы может быть достаточно однозначно представлена в виде четырех основных уровней управления (см. рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 – Обобщенная схема дистанционного управления манипуляционным роботом