Упрощенная блок-схема робота и его инфраструктуры представлена на рис. 1.3. Приводы по командам блока управления (обычно системы про­граммного управления) через кинематические цепи перемещают выходные элементы последних — звенья "скелета" руки робота. Параметры звеньев скелета руки и их кинематические связи друг с другом определяют объем и конфигурацию рабочего пространства робота, которые следует устанавли-

Рис. 1.3. Упрощенная блок-схема промышленного робота

вать, исходя из особенностей согласования промышленного робота и техно­логического оборудования. С этой точки зрения иногда определенными преимуществами обладают агрегатные конструкции роботов (рис. 1.4).

Воздействие робота на внешнюю среду и манипулирование объектами в соответствии с поставленной технологической задачей осуществляются захватным устройством, которое устанавливают на руке робота. При конструировании захватных устройств учитывают свойства среды и манипу­лируемого объекта. Скорость, точность выполнения движений и нагрузоч­ная способность робота зависят от типа используемого привода (электри­ческий, гидравлический, пневматический), а также системы управления. Управление приводами строится либо по разомкнутой схеме ("работа по упорам"), либо по замкнутой (по датчикам состояния звеньев).

Различают ПР с цикловым, позиционным и контурным управлением.

Цикловые роботы составляют простейший и самый распространенный класс. У таких роботов по программе, задаваемой обычно от микро­контроллера, меняется только цикл движений — последовательность вклю­чений приводов по степеням подвижности и временные интервалы между включениями. В результате можно программно изменить последова­тельность выхода в различные, но жестко определенные точки пространст­ва. Значения перемещений (координат позиций) и скоростей по степеням подвижности настраивают каждый раз при внедрении робота в тот или иной технологический процесс. Перемещения по степеням подвижности настраивают жесткими упорами, а скорости — соответствующими регули­ровками систем питания приводов.

Роботы с позиционным управлением имеют более совершенные систему привода и устройство управления. У таких роботов в соответствии с программой могут изменяться не только цикл движений, но и значения перемещений по степеням подвижности. В отличие от цикловых робо­тов они обеспечивают обслуживание значительного числа дискретных позиций в рабочем пространстве. При этом скорости движений между позициями у таких автоматов либо настраивают при регулировании привода, либо меняют по программе ступенчато.

Рис. 1.4. Агрегатная конструкция робота фирмы "Bosch"

/ — агрегат горизонтального перемещения; 2 — агре — гат качания; 3 — агрегат поворота; 4 — агрегат верти — кального перемещения

И наконец, роботы с контурным уп­равлением имеют такие систему привода и устройство программного управления, которые обеспечивают выполнение как заданных последовательностей переме — 2 щений, так и бесступенчатое регулирова­

ние их значений и скоростей. Эти роботы могут выполнять программные движения в пространстве по любым заданным тра­екториям.

Программирование любого ПР сво­дится к составлению, вводу и отладке уп­равляющей программы. Существуют два способа программирования ПР — аналити­ческое программирование и обучение. При аналитическом программировании управляющую программу составляют на основе расчетов по математической мо­дели роботов и затем заносят в устройст­во управления. При обучении ПР состав­ление и ввод управляющей программы осуществляет человек-оператор посред­ством предварительного движения рабо­чего органа по намеченным позициям или траекториям с занесением в устройство управления значений параметров этого движения в виде управляющей программы. Выполняя процесс обучения, оператор обычно пользуется выносным пультом управления, который позволяет, включая приводы от­дельных движений робота, задавать траектории или позиции рабочему ор­гану. Если построенные таким образом траектории или позиции соответст­вуют требуемым в будущем технологическом процессе, они запоминаются.

Все три выделенных класса роботов не имеют устройств, позволяющих воспринимать информацию о внешней среде, в том числе об объектах манипулирования, и действуют по неизменяемой в процессе работы (жест­кой) программе. Поэтому при их применении внешняя среда должна быть организована настолько хорошо и "жестко", насколько это необходимо для правильной работы робота. Объекты манипулирования должны быть вовремя, с заданной ориентацией и достаточно точно поданы на загрузоч­ную позицию, действия робота и обслуживаемого им оборудования жестко синхронизированы. Для выполнения перечисленных требований необхо­димы средства сопутствующей автоматизации, что усложняет переналадку производства на новый вид продукции.

Необходимость устранить указанный недостаток традиционных систем
робототехники стимулировала развитие исследований по созданию адап­тивных роботов [4, 11]. Адаптивный робот — автоматическая машина с разветвленной системой датчиков состояния внешней среды. В силу этого он приобретает возможность оперативно собирать и обрабатывать информацию о рабочей среде и об объектах манипулирования, с которыми непосредственно взаимодействует. Другими словами, адаптивный робот приобретает новое и очень важное качество — двигаться и работать в условиях не полностью определенной среды. Разумеется, реализовать это качество можно лишь при условии, что разработаны и применяются рациональные алгоритмы управления, обеспечивающие выполнение двига­тельного задания в реальном масштабе времени. Эти алгоритмы должны быть адекватны свойствам устройств очувствления, особенностям среды и объектов манипулирования, а также двигательным возможностям механи­ческой руки робота [7,9].

Следует отметить, что роботы с цикловым управлением обычно не оснащают устройствами адаптации в силу сравнительной простоты решае­мых ими задач, связанных с быстрым обслуживанием сравнительно малого числа позиций. При этом технологический процесс, как правило, удается организовать достаточно жестко. Поэтому вероятность возникновения непредвиденной ситуации невелика.

Характер работы, выполняемой роботами с позиционным и контурным управлением, сложнее, трудности жесткой организации технологического процесса выше и соответственно выше вероятность возникновения непред­виденных ситуаций. Поэтому оснащение роботов этих типов устройствами адаптации дает значительный эффект, связанный как с увеличением надежности системы в целом, так и с сокращением количества сопутствую­щей оснастки.

Управление исполнительными устройствами адаптивного ПР ведется на основе информации, получаемой от развитой системы датчиков, реагирую­щих на параметры внешней среды. Обработку информации проводят встроенные в роботы ЭВМ по специальным алгоритмам, отражающим специфику того или иного технологического процесса. При этом сложность алгоритмов определяется как решаемой технической задачей, так и видом и объемом получаемой от датчиков информации. В одних случаях алгоритмы обеспечивают обработку и логический анализ небольшого числа простей­ших сигналов типа "да-нет" и выработку на этой основе управляющих команд для робота и оборудования. В других — обеспечивают анализ огромного числа сигналов различных уровней (например, от систем технического зрения), отсев малоинформативных сигналов, анализ и коррекцию математических моделей исполнительных устройств робота и выдачу управляющих сигналов роботу с учетом результатов многочислен­ных расчетов и преобразований информации. При этом важной особен­ностью является то, что управление роботом должно вестись в реальном масштабе времени. Это означает, что обработка информации и расчеты по математическим моделям должны проводиться со скоростями, превышаю­щими скорости выполнения роботом двигательных операций. Только в этом случае адаптивное устройство управления не будет "сдерживать" движения исполнительного устройства робота.