2888

маторов как отдельных устройств, облегчающих формирование программ Про-

стейшие программаторы выполняют функции накопления программ частичной обра-

ботки данных (сжатие информации), хранение и запись программ в память роботов.

Расчета программы здесь еще нет, так как оператор формирует ее методом обучения.

Программаторы, разработанные для сборочных роботов, обладают большими возможностями. Они включают эффективные средства общения операторов с систе-

мой управления роботом: телетайп, пишущую машинку, дисплей. В этом случае про-

граммирование ведется на специальном языке терминов и команд, соответствующих программируемому технологическому процессу. Так, например, сборочный робот

«Скилам» (Япония) программируется на проблемно-ориентированном языке СЕРФ.

Программирующее устройство включает: дисплей, печатающее устройство и кассет-

ный накопитель. Сборочный очувствительный робот ПРАГМА (Италия) программи-

руется на проблемно-ориентированном языке ХЕЛП. Для отладки программ исполь-

зуется пишущая машинка либо дисплей.

Программирование на программаторам, как правило, ведется в координатах ра-

бочей зоны и в абсолютной системе отсчета. Вычислительные средства программато-

ра (на микропроцессорах, микроЭВМ) осуществляют пересчет данных с учетом ки-

нематической схемы манипулятора и особенностей измерительной системы. При этом изменяется возможность редактирования программ, вывода их на печать или магнит-

ную ленту и записи сформированных программ в рабочую память устройств управле-

ния типа ППЗУ (с электрической записью). Все это освобождает оператора от рутин-

ной работы, позволяет сосредоточить внимание на алгоритме функционирования ро-

бота, в также эффективно разрабатывать сложные программы.

Программирование промышленных роботов, включенных в робототехнические комплексы, должно осуществляться в автоматической режиме. Технолог-

программист формулирует задачу системе на входном языке, задавая геометрические размеры детали, последовательность обработки и прохождения детали через оборудо-

вание участка. Система автоматического программирования по введенной информа-

ции рассчитывает оптимальные траектории перемещения детали, определяет времен-

ные параметры программы и условия синхронизации роботов и технологического оборудования. Рассчитанные и подготовленные для отработки программы по каналу связи передаются в систему управления комплексом и далее в автономные устройства

управления роботами. Эффективность разработки программ здесь обеспечивается всем комплексов средств аппаратного и программного обеспечения ЭВМ.

Создание адаптивных систем для управления очувствленными роботами является важнейшим направлением развития систем: управления. Разработка систем управления с повышенной точностью и быстродействием, большим объемом памяти и средствами гибкого программирования на микропроцессорной основе является ша-

гом к созданию систем для очувствленных роботов, оснащенных сенсорными устрой-

ствами.

Совершенные сенсорные устройства — основа очувствленных роботов с адап-

тивным управлением. Исследования в области создания и применения систем очувст-

вления для промышленных робoтoв выявили три основных типа систем: технического зрения, измерения усилий и моментов, тактильной информации. Наиболее перспек-

тивным представляется применение первых двух видов очувствления и особенно тех-

нического зрения. Система технического зрения, аналогичная глазу человека, облада-

ет высокой универсальностью и обеспечивает измерение координат, идентификацию известных предметов, распознавание по некоторым признакам новых предметов. Ука-

занные функциональнее возможности обеспечивают в перспективе широкую область применения устройств технического зрения на сборочных, контрольных и измери-

тельных, операциях.

Технический уровень систем обработки визуальной информации в значитель-

ной мере зависит oт прогресса микровычислительной техники и оптоэлектроники.

Современные устройства технического зрения не обладают достаточным быстродей-

ствием, разрешающей способностью и имеют большие габаритные размеры. Их при-

меняют для анализа несложных изображений. В ряде случаев используют системы,

ориентированные на определенные параметры. При этом необходимо специальное освещение для подчеркивания контрастности изображений.

Существенный прогресс в создании систем технического зрения возможен:

-при создании малогабаритных и быстродействующих телекамер с высокой линейностью и разрешающей способностью и стабильным видеосигналом;

-при применении для обработки видеоинформации микровычислительных средств с более высоким быстродействием, и степенью интеграции БИС па-

мяти.

Использование таких технических средств позволит принципиально изменить методы обработки визуальной информации — перейти от последовательной обработ-

ки частей видеоинформации к оперированию полными образами анализируемой схе-

мы как единицами видеоинформации.

Повышение качества оптоэлектронных устройств позволит применять миниа-

тюрные видеодатчики на фотоматрицах, которые можно устанавливать на манипуля-

торе, встраивать в захват, палец. Высококачественные световолокна позволят практи-

чески без потерь передавать видеоинформацию от различных точек поверхности зах-

вата к отдельно размешенной телекамере для последующей обработки.

Силометрические сенсорные устройства и методы управления по усилию начи-

нают широко применяться в сборочных и других роботах с адаптивным управлением.

Прогресс в этой области связан с повышением точности силометрических устройств и разработкой алгоритмов управления по информации об усилиях и моментах.

Применение систем с очувствлением по усилию кроме операций сборки будет связано с созданием роботов с повышенной автономностью действия, перемещаю-

щихся по производственным помещениям, осуществляющих контроль, а в отдельных случаях и устранение мелких производственных неполадок, несложный ремонт путем замены сменных компонентов и т.п. Эти роботы будут манипулировать с широким кругом предметов производства, органами регулирования и контроля, с которыми обычно взаимодействует рабочий или оперaтоp.

В исследуемых решениях многомерных силометрических yстройств, измеряю-

щих 3-4 составляющих силового воздействия, существенная доля погрешности вно-

сится вследствие взаимного (перекрестного) влияния усилий по различным координа-

там. Построение схем обработки сигналов с силометричеткого устройства на микро-

процессорном узле позволяет учесть взаимное влияние различных каналов и благода-

ря соответствующей корректировке сигналов «развязать» каналы, значительно повы-

сить точность измерения усилий и моментов, улучшить линейность характеристики.

Применение тактильных датчиков, а также датчиков ближней локации ограни-

чивается следующими причинами:

-датчики при относительно высокой точности измерения расстояния до предмета имеют низкую избирательность (точность определения направле-

ния на предмет) и небольшой диапазон измерения;

-результаты измерения для локационных датчиков обычно зависят от мате-

риала предметов, фактуры поверхности, цвета, а также внешних условий;

-для получения высокой точности позиционирования в зоне измерения ско-

рость движения робота должна быть минимальной, но это снижает его быст-

родействие. Однако в сочетании с другими системами измерения тактиль-

ные и локационные датчики применяют для контроля наличия детали в по-

дающем механизме, захвате и других устройствах, а также для защиты кон-

струкции роботa и технологического оборудования от столкновений при не-

запрограммированных движениях и т.п.

В области разработки алгоритмов управления роботами наибольшее внимание будет уделяться методам группового управления промышленными роботами и алго-

ритмам адаптивного управления очувствленными роботами.

Очувствленные роботы получат дальнейшее развитие при применении сенсор-

ных устройств с возможностью корректировки программы робота при манипулирова-

нии неопределенно расположенными или подвижными предметами. Особое внимание будет уделяться способам управления с использованием алгоритмов идентификации и распознавания предметов на основе применения устройств технического зрения.

Для сложных задач управления, когда невозможно конкретно запрограммировать все действия робота, найдут применения методы управлении, включающие элементы ис-

кусственного интеллекта. В этом случае системе управления формулируется общий принцип решения определенного класса задач. Система анализирует условия работы по информации сенсорных устройств и в соответствии с текущей задачей вырабаты-

вает программу функционирования робота.

Реализация алгоритмов управления очувствленными роботами и управления с использованием элементов искусственного интеллекта требует включения в систему мощного вычислительного устройства или комплекса вычислительных устройств с соответствующим матобеспечением.

Важной характеристикой систем управлении промышленными роботами явля-

ется их надежность. При эксплуатации промышленные роботов в составе участка не обходимо предусмотреть в системе управления различные блокировки как при воз-

можных сбоях технологического процесса, так и при отказе отдельных частей обору-

дования. Обеспечение надежной работы комплекса в этих условиях тpебует также на-

личия развитой системы контроля и диагностики Серийно выпускаемые устройства управления промышленными роботами

обычно не имеют резервированных узлов. Контроль функционирования устройства ограничивается контролем питания, передачи информации и сохраняемости програм-

мы, а также контролем исходного состояния манипулятора. При отказе осуществляет-

ся индикация причини отказа и останов системы. Локализация отказавшего узла, как правило, не обеспечивается, и средства автоматического восстановления работы от-

сутствуют.

Наиболее совершенные системы управления, построенные на базе микровычис-

лительной техники, имеют средства контроля и диагностики с расширенными воз-

можностями. Так, система управления робота «Мотомен-Л10» (Япония) контролирует до 20 видов неисправностей и сбоев: отказ датчиков положения, тахогенераторов, вы-

ход степени подвижности на граничную зону, ошибку привода, превышение темпера-

туры внутри устройства, ошибку порядка действий, программную ошибку и т.д.

Обеспечивается четкая локализация неисправного узла и соответствующая индикация на пульте системы.

В перспективных системах управления высокая надежность и ремонтоспособ-

ность будут обеспечиваться:

-резервированием наиболее критичных в отношении функционирования уз-

лов системы;

-наличием глубокого контроля функционирования частей системы и диагно-

стирования неисправностей программным путем с локализацией вышедшего из строя узла;

-осуществлением перестройки структуры системы управления с отключени-

ем неисправного узла и переключением на исправный или распределением функций среди работающих узлов.

Технической основой высоконадежных систем является модульный принцип построения и мультипроцессорная структура средств обработки информации на базе микропроцессоров и микроЭВМ.

4.2. Развитие структуры систем управления роботами

В перспективных системах управления роботами получит развитие принцип иерархической организаций структуры управления. Применение микровычисли-

тельной техники приведет к дальнейшему совершенствованию структуры систем управления.

Возможность построения малогабаритных и быстродействующих вычислитель-

ных узлов позволит локализовать обработку информации в узлах непосредственно сопряженных с источниками информации и организовать для каждого потока инфор-

мации свой процессор. При этом более четко определяются уровни обработки ин-

формации.

Мультипроцессорное структурное построение наиболее плодотворное направ-

ление развития вычислительных и управляющих систем.

В настоящее время для построения устройств управления применяются микро-

процессоры, работающие с 8- и 16-битными данными и емкость памяти 8-32 К байт.

Следующим этапом развития явится применение 16-разрядных микропроцессоров с встроенной постоянной памятью емкостью 32-256 К байт. Это позволит накапливать значительное программное обеспечение в микровычислительных устройствах.

Дальнейшим развитием явится микропроцессоры (МП) 16или 32-разрядные с расширенной системой команд и возможностью выполнения операций над данными,

представленными в формате с плавающей занятой. Объем памяти МП этого класса от

128 К байт до 1 М байт, что позволит встраивать в МП ядро операционной системы и другие программные средства, включая средства защиты памяти.

И, наконец, высший классом микропроцессорных средств в перспективе будет

32разрядная микросуперЭВМ с встроенной памятью объемом от 256 К байт до 8 М

байт. Система команд этого МП в отличие от МП предыдущие классов не предусмат-

ривает использования языка ассемблера. Программирование будет осуществляться только на языке высокого уровня, что примерно на порядок уменьшит нагрузку на программистов.

Перспективно применение аналоговых микропроцессоров, т.е. БИС, где в од-

ном кристалле объединены микропроцессор, аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи и схемы управления периферийными устройствами. Первый анало-

говый МП типа 2920 разработан фирмой «Интел» (США). Применение подобных

БИС может коренным образом преобразовать системы обработки аналоговой инфор-

мации и является чрезвычайно перспективным для систем управления и систем обра-

ботки сенсорной информации роботов с адаптивным управлением.

Для создания высоконадежных систем управления роботами широкое примене-

ние найдут адаптивные МП и адаптивные БИС памяти. Устройства данного типа со-

держат резервные узлы, схемы коммутации, средства диагностики отказов и самовос-

становления. Использование адаптивных внутренних связей позволяет на порядок увеличить наработку на отказ МП и БИС памяти.

Использование перспективных структур систем управления и микропроцессор-

ной элементной базы позволит создавать эффективные системы управлении для про-

мышленных роботов автоматических производств будущего.

Библиографический список

1.Адаптивное управление манипулятором с шаговыми приводами / В. М. Лачинов, В. Г, Самарский, А. В. Тимофеев, В. А. Якубович. — В кн.: Робототехника. Л.: ЛПИ, 1976, с. 66-74.

2.Алгоритмы построения программных движений роботов-манипуляторов с учетом ограничений и препятствий / В. А. Малышев, А. В. Тимофеев. – Изв. АН

СССР. Техническая кибернетика, 1978, №6, с. 64-72.

3.Андрианов Ю. Д., Юревич Е. И. Программирование примышленных ро-

ботов. т - В кн.: Робототехника Л.: ЛПИ, 1979, с. 3-10.

4.Архитектура параллельных вычислительных систем и тенденции их развития

/И.А. Мамзелев. — Зарубежная радиотехника, 1980, №11, с. 3.

5.Ахметжанов А. А. Высокоточные системы передачи угла автоматических устройств. М.: Энергия, 1975. 287 с.

6.Ахметжанов А. А., Лухиных Н.В. Индукционный редуктосин. М.: Энергия, 1971. 78 с.

7.Баканов М. В., Лыска В. А., Алексеев В. В. Информационные микромашины следящих и счетно-решающих систем (вращающиеся трансформаторы, сельсины). М.: Советское радио, 1977. 88 с.

8.Балащов Е. П., Кноль А. И. Многофункциональные запоминающие устройства. Л.: Энергия, 1972. 143 с.

9.Балашов Е. П., Пузанков Д. В. Микропроцессоры и микропроцессорные системы. М.: Радио и связь, 1981. 326 с.

10.Баранов С. И. Синтез микропрограммных автоматов. Л.: Энергия, 1974.

216 с.

11.Баумс А.К., Гуртовцев А.Л., Зазнова Н.Е. Микропроцессорные средства. Рига: Зинатне, 1977. 235 с.

12.Бекасов А.А., Кисельников В.М., Шейнин Ю.Е. Система трассировки программ для микропроцессора К580ИК80. – В кн.: Алгоритмы. АН УзССР, 1979, вып. 37, с. 27-32.

13.Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. М.: Наука, 1972. 767 с.

14. Борзов М.И. Индуктивные преобразователи угла в код. М.: Энергия, 1970.

73 с.

15.Воронов А.А. Основы теории автоматического управления (Часть 3. Оптимальные, многосвязные и адаптивные системы). М.: Энергия, 1970. 328 с.

16.Глейзер Л.Я., Кнаузер И.Б. Проектирование электрического сервопривода промышленных роботов. – В кн.: Научно-технический реферативный сборник «Оборудование с числовым программным управлением». М.: НИИМАШ 1977, вып. 2, с.

10-11.

17.Динамика манипулятора и адаптивное управление / В.А. Малышев, А.В. Тимофеев. – Автоматика и телемеханика, 1981, №8, с.90-98.

18.Динамика цифровых следящих систем / Под ред. Б.К. Чемоданова. М.: Энергия, 1970. 496 с.

19.Донской А.С., Королев В.А., Сергеев С.М. Позиционный пневмопривод со струйной системой управления. – В кн.: Промышленные роботы и их применение. Л.: ЛДНТП, 1980, с. 22-26.

20.Елимелех И.М., Сидоркин Ю.Г. Струйная автоматика (пневмоника). Л.: Лениздат, 1972. 211 с.

21.Игнатьев М. Б., Кулаков Ф. М., Покровский А. М. Алгоритмы управления роботами-манипуляторами. Л.: Машиностроение, 1972, 247 с,

22.Каган Б. М., Сташин В. В. Микропроцессоры в цифровых системах. М.: Энергия, 1979. 102 с.

23.Карданский Л. Л., Найдин Ю. В., Чудаков А. Д. Централизованное упра-

вление машиностроительным оборудованием от ЭВМ. М.: Машиностроение, 1977, 263 с.

24. Козлов В. В., Тимофеев А. В., Юревич Е. И. Построение и стабилизация программных движений автоматического манипулятора с электрическими при-

водами. - В кн.: Робототехника. Л.: ЛПИ, 1979, с. 76-86.

25.Козырев Ю. Г., Канаев Е. М., Чиганов В. А. Унифицированные устройства программного управления промышленными роботами. М.: ЭНИМС, 1980, с. 3-6.

26.Комплекс технических средств для локальных информационно-управля-

ющих систем на базе микросхем с повышенной степенью интеграции и микропроцес-

соров (КТС-ЛИУС-2). — В кн.: Отраслевой каталог № 10, т. 4, вып. 4. М.: ЦНИИТЭИ

приборостроения, 1981. 32 с.

27.Красовский А. А., Буков В. Н., Шендрик В. С. Универсальные алгоритмы оптимального управления непрерывными процессами. М.: Наука, 1977. 271 с.

28.Красовский Н. Н. Теория управления движением. М.: Наука, 1968. 476 с.

29.Майоров С. А., Новиков Г. И. Структура электронных вычислительных машин. Л.: Машиностроение, 1979. 394 с.

30.Малые ЭВМ и их применение / Под ред. Б. Н. Наумова. М.: Статистика, 1980. 231 с.

31.Малышев В. А., Тимофеев А. В. Представление среды, планирование, построение и адаптивная стабилизация программных движений роботов. — В кн.: II

Всесоюзная межвузовская конференция «Робототехнические системы». Тезисы докладов. Киев: КПИ, 198O, с. 138-142.

32. Медведев В. С., Лесков А. Г., Ющенко А. С. Системы управления ма-

нипуляционных роботов / Под ред. Е. П. Попова. М.: Наука, 1978. 426 с.

33.Методы тестового контроля микропроцессорных устройств / А. Ю. Гобземис, В. И. Удалов. — Автоматика и вычислительная техника, 1978, № 6, с. 18-26.

34.Микропроцессорные вычислительные системы / Под ред. В. А. Торгашева. Л.: ЛЭТИ, 1979. 118 с.

35.Мясников В. А., Игнатьев М. Б., Покровский А. М. Программное управление оборудованием. Л.: Машиностроение, 1974, с. 338-339.

36. Оптимальные конечно-сходящиеся алгоритмы адаптивной стабилиза-

ции программных движений / А. В. Тимофеев. — Вопросы кибернетики. Адаптивные системы управления. АН СССР. 1977, с. 38-41.

37. Основы проектирования следящих систем / Под ред. Н. А. Лакоты.

М.: Машиностроение, 1978. 391 с.

38. О сопряжении грубого и точного каналов при преобразовании угол-

фаза-код / Ю. Д. Сверкунов, Ю. В. Третьяков. — Вопросы радиоэлектроники, 1962, сер. XII, вып. 22, с. 38-42.

39. Пол Р. Моделирование, планирование траекторий и управление движением робота-манипулятора. М.: Наука, 1976. 103 с.