Распределенная система терминального управления техническим объектом (стр. 4 из 15)

Первый уровень управления, называемый исполнительным, обеспечивает организацию управления движением отдельно в каждой степени подвижности ИУ манипуляционного робота. Распределение сигналов управления по степеням подвижности осуществляется на втором – тактическом уровне управления. Поэтому входной информацией для него является траектория и закон движения конечной точки манипулятора, т. е. рабочего органа, в частном случае – захватного устройства (захвата).

Формирование траекторий и законов движения манипулятора при выполнении элементарной операции происходит на стратегическом уровне управления путем расчленения операции на элементарные действия и движения. Следовательно, входной информацией на этом уровне является формализованное представление всей операции в целом.

На высшем, интеллектном уровне управления осуществляется формирование алгоритма выполнения каждой операции с учетом общих задач технологического процесса и обстановки в зоне проведения работ.

Человек-оператор, обладающий возможностью восприятия, анализа условий выполнения работ и принятия решения, может обеспечить управление на каждом из этих уровней. Однако наличие любого из верхних уровней управления усложняет техническую реализацию всей робототехнической системы, поэтому формирование иерархической структуры системы управления необходимо проводить с учетом возможностей ее технической реализации для каждого объекта автоматизации технологического процесса.

2.3Командное управление манипуляторами и роботами на исполнительном уровне

Под исполнительным уровнем управления понимается организация управления движением отдельно в каждой из степеней подвижности ИУ манипуляционного робота, что, как правило, реализуется последовательным включением исполнительных приводов того или иного сустава манипулятора. Поскольку такое включение может осуществляться со специального пульта оператора (стационарного или выносного), то данный способ относится к дистанционному виду управления манипулятором. При этом в процессе управления человек-оператор как бы формирует команду на включение того или иного привода, обеспечивающего движение соответствующего звена в нужном направлении. Поэтому подобный метод получил название командного управления манипулятором. Схема системы командного управления представлена на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 – Схема управления манипуляционным роботом на исполнительном уровне

Человек-оператор включает исполнительные приводы с помощью специальных устройств командного управления. Наличие датчиков обратной связи (ДОС) по частоте вращения вала двигателя в каждом из приводов позволяет обеспечить регулирование скорости движения звеньев манипуляционного механизма, а следовательно, и рабочего органа, воздействующего на объекты манипулирования.

В том случае, если оператор не имеет возможности непосредственно наблюдать за движениями рабочего органа манипулятора и его взаимодействием с объектом манипулирования, необходимо использовать информационные видеосигналы. Наибольшей эффективностью при восприятии оператором обстановки в рабочей зоне обладают телевизионные системы со стереоскопическим изображением.

Метод командного управления на исполнительном уровне наиболее удобен применительно к транспортным средствам, которые, как правило, работают в прямоугольной системе координат. Этим объясняется широкое использование командного управления и для обеспечения транспортных движений манипуляционного робота при его выводе в рабочую зону.

Командное управление оказалось весьма эффективным и при обучении промышленных роботов процессу выполнения технологических операций. Именно поэтому закономерно оснащение большинства современных промышленных роботов специальным выносным пультом дистанционного командного управления. Формирование траекторий перемещения ИУ робота с помощью подобного пульта позволяет оператору вводить в блок памяти сигналы датчиков положения по каждой степени подвижности без какого-либо дополнительного преобразования и пересчета координат.

Как правило, человек-оператор, имея в руках переносной пульт командного управления, формирует все перемещения робота, непосредственно наблюдая за его движениями. Это обеспечивает высокую точность позиционирования в процессе обучения. Однако командное управление можно осуществлять и при дистанционном наблюдении за процессом работы.

Командное управление на исполнительном уровне оказывается предпочтительным не только для обучения промышленного робота, действующего в автоматическом режиме, но и для управления его действиями в непредвиденных и особенно в аварийных ситуациях. Возникновение сложной ситуации при заклинивании деталей, поломке механизма и т. п. связано с необходимостью перехода с автоматического управления на ручное. И наиболее предпочтительным в этом случае является командное управление на исполнительном уровне. Именно ручное командное управление позволяет обеспечить быстрый вывод манипулятора из сложной ситуации и привести его в исходное положение для дальнейшей работы в автоматическом режиме.

Оснащение промышленных роботов устройствами дистанционного управления на исполнительном уровне существенным образом расширяет функциональные возможности роботов, обеспечивая возможность выполнения сложных, заранее не запрограммированных операций. Фактически такие роботы можно рассматривать как робототехнические системы с комбинированным дистанционно-автоматическим управлением. Устройства командного управления находят широкое применение в робототехнических системах, требующих максимального упрощения вычислительной аппаратуры при обеспечении ее высокой надежности.

Таким образом, командное управление, основанное на введении управляющих сигналов на исполнительном уровне позволяет считать его наиболее простым и надежным методом дистанционного управления, а также удобным способом формирования программ движения исполнительного устройства при обучении промышленного робота.

2.4Дистанционно-автоматическое управление манипуляционными роботами

Основная задача, стоящая перед создателями манипуляционных роботов, заключается в повышении их эффективности и облегчении условий работы оператора путем автоматизации процесса управления при выполнении типовых повторяющихся операций. Ее решение во многом зависит от выбора метода управления роботом.

Требования, предъявляемые к системе управления при выполнении различных операций, достаточно противоречивы. Так, для транспортирования грузов с помощью манипулятора требуется высокая точность позиционирования захвата при движении по задаваемой оператором траектории, особенно при наличии препятствий, а для выполнения операций при силовом взаимодействии с объектом, например, при сборке, шлифовании с помощью манипулятора и т.п., необходимо, чтобы система управления обладала свойством «податливости». В ряде случаев, например при выполнении «тонких» операций, необходимо обеспечить возможность дозирования развиваемых сил и моментов в рабочем органе манипулятора.

Очевидно, что каждый из рассмотренных способов управления обладает различной эффективностью при выполнении разнообразных конкретных операций, поэтому выбор одного из них для выполнения определенных технологических операций может значительно осложнить, а иногда и сделать невозможным выполнение других. Ограниченные возможности системы управления оператор всегда вынужден компенсировать повышенным вниманием и более осторожной работой. Это неизбежно приводит к его быстрой утомляемости и существенно снижает эффективность работы всего манипуляционного робота.

Очевидно, что наиболее перспективным является применение комбинированных систем управления манипуляционным роботом, которые могут допускать возможность работы в различных режимах. Оператор выбирает тот или иной режим в зависимости от вида и условий выполняемой работы. Это может сопровождаться изменением структуры и параметров системы управления манипулятором.

Реализация таких комбинированных систем управления возможна на основе использования совершенных, как правило, микропроцессорных устройств управления. Именно развитие микропроцессорной техники позволило приступить к созданию систем управления манипуляторами, которые могут обеспечить широкие функциональные возможности робота. Применение микроЭВМ позволяет сравнительно просто реализовать дистанционные и автоматические режимы управления как по заранее введенным программам выполнения простейших операций, так и по формируемым в процессе обучения робота программам. Именно такие системы дистанционно-автоматического управления наиболее предпочтительны для выполнения сложных и нетиповых работ в изменяющихся условиях рабочей зоны.

Система управления обеспечивает связь с используемыми в манипуляционном роботе ЗУ и датчиками исполнительного механизма, переработку информации, получаемой от них, формирование управляющих сигналов на задающие и исполнительные устройства в соответствии с заложенными законами и методами управления.

Важной особенностью системы дистанционно-автоматического управления робота является возможность проведения работ в различных режимах, наиболее эффективных в конкретной ситуации. Все элементы операций, поддающиеся формализации и программированию (в том числе с простейшей адаптацией), особенно те, которые часто повторяются, выполняются роботом в автоматическом режиме с управлением от ЭВМ. Оператор в этом случае лишь наблюдает за действиями робота. Программы для автоматического режима могут быть либо составлены заранее и вызываться оператором по мере надобности, либо вводиться в память ЭВМ путем обучения робота, когда оператор с помощью ЗУ перемещает в дистанционном режиме исполнительный механизм, движение которого программируется для последующего многократного повторения в автоматическом режиме.