in 1^ й

40 II

Специфические особенности робото­технических устройств как управляемых объектов обусловлены в первую очередь многообразием видов реализуемых траек­торий, а также существенно более широ­ким диапазоном изменения скоростей и нагрузок по сравнению с традиционным технологическим оборудованием. Задача выбора из данного многообразия конкрет­ных траекторий и режимов, т. е. синтез программы движения, должна решаться системой с помощью человека-оператора (в режиме обучения), или автоматически при наличии соответствующих управляю­щих программ и технических средств сбо­ра и обработки информации о среде [7].

Рис. 2.7 (окончание)

Как правило, робот работает не на установившихся режимах (с задан­ными и постоянными скоростями), а на управляемых переходных режимах. При этом характерная для его работы цикличность представляет собой периодически повторяемый набор движений, каждое из которых составлено из участков интенсивного разгона и торможения. Это связано с тем, что роботы используют в качестве вспомогательного оборудования и они не должны ограничивать время цикла работы обслуживаемого технологичес­кого оборудования, а следовательно, от них требуется максимальное быст­родействие.

Необходимость повышения быстродействия при существенно увели­ченных диапазонах скоростей и нагрузок обуславливает трудности синтеза систем регулирования с требуемым запасом устойчивости и качеством переходных процессов. Эти трудности усугубляются кинематической сложностью двигательной механической системы робота, а иногда, если не приняты специальные меры по так называемой динамической развязке, и существенным динамическим взаимовлиянием по различным степеням подвижности. В отличие от традиционного технологического оборудования в роботах исполнительные звенья базируются не на одном элементе типа станины, а последовательно друг на друге, образуя "скелет" в виде разомкнутой кинематической цепи. При движении каждое последующее звено динамически нагружает предыдущие, и в результате существенно искажает закон движения звеньев, заданный программой. Такое динами­ческое взаимодействие, обусловленное инерционными, диссипативными и кориолисовыми силами, в общем случае не позволяет рассматривать многомерную систему робота как совокупность соответствующего числа одномерных автономных систем. Именно этот факт определяет трудности задач управления двигательной системой робота. Однако предложения по инерционному уравновешиванию звеньев руки в сочетании с пред­ложением по вынесению приводов на основание, положенные в основу концепции динамической развязки движений, позволяют в одних случаях исключить динамическое взаимовлияние, а в других — существенно его уменьшить.

Перечисленные особенности робототехнических устройств приводят к необходимости построения иерархических структур систем управления (рис. 2.8). Нижний уровень I системы решает задачи регулирования поло­жений и скоростей звеньев двигательной системы по поступающим с верхнего уровня II синтезированным программным значениям.

При рассмотрении блок-схемы системы управления робота следует обращать внимание не столько на физическую реализацию блоков, сколько на их функциональное назначение, меру их необходимости в том или ином случае, взаимосвязь между ними.

Объектом управления является механическая рука, в которой, как указывалось, можно выделить скелет 1 — разомкнутую цепочку шарнирно­соединенных звеньев и систему привода, содержащую механические передачи и двигатели 2. Приводные двигатели могут быть установлены либо на звеньях скелета руки, либо на основании. В последнем случае от

On

N

[с. 2.8. Функциональная структура системы управления роботом

Переход в обоб­щенные коорди­наты робота

Г Н

Формирование

программного

Обработка дан­ных и плани­рование дви­жений

|!fs >. *

движения

двигателей к звеньям скелета руки протянуты кинематические переда­чи 3. В шарнирах звеньев (или на валах двигателей) для организации кон­туров регулирования устанавливают датчики положения звеньев 4 — дат­чики обратных связей.

В общем случае робот должен содержать системы очувствления [13], регистрирующие состояние внешней среды. В зависимости от решаемой задачи такие системы могут быть различными по физической природе и разными по степени сложности. С их помощью могут осуществляться как дискретные, так и непрерывные измерения, а датчики этих систем могут быть либо сосредоточены в отдельных местах рабочего объема робота (например, телекамера и информационная поверхность), либо рассредо­точены по его элементам (датчик усилия 77) и даже по обслуживаемому оборудованию. Наиболее перспективными системами очувствления являют­ся системы искусственного зрения, позволяющие получать информацию до начала движения робота.

Все задачи по управлению механической рукой, включающие задание цели действия робота с той или иной степенью детализации, "обучение" его некоторым из них, обработку информации о состоянии внешней среды и планирование с учетом этого действий, формирование программного дви­жения приводов и обеспечение требуемого качества программных дви­жений, осуществляются управляющей системой.