Автоматизация роботов манипуляторов

Управление промышленными роботами осуществляется с помощью специального программного обеспечения, которое разрабатывается на основании заранее проведенных расчетов (аналитическое программирование) или путем обучения (запоминания команд оператора).

В ходе программирования может задаваться информация как о конечных точках траектории движения рабочего органа, так и всей траектории движения. Существует и еще один способ программирования – с использованием элементов искусственного интеллекта, когда перед роботом ставится только цель, а метод ее достижения (траекторию движения) машина должна разработать самостоятельно. Программа может записываться на любые материальные носители, от перфоленты или перфокарты и механических упоров до оптических дисков. Роботы бывают жестко-программируемыми, адаптивными и гибко-программируемыми.

Так же выделяют перепрограммируемые машины и роботы, не подлежащие последующему перепрограммированию (автооператоры). Жесткое программирование предполагает строгое выполнение роботом последовательности заложенных в память команд. Считается, что окружающая среда детерминирована (изменения во времени предсказуемы), однородна и постоянна (неизменна, или изменения заранее известны и заданы). Такие условия сохраняются, например, в условиях массового, крупносерийного или серийного производства однородной продукции. Последовательность выполнения команд неизменна, или же изменяется по установленной функции. В ряде случаев функция зависит от показателей контролируемой внешней или внутренней среды робота, что предполагает наличие датчиков.

Программное обеспечение адаптивного робота представляет собой набор нескольких программ, одна из которых основная (аналогична программе жестко-программируемого робота), а остальные – вспомогательные, к которым бортовой компьютер обращается в случае изменения окружающей среды. При этом основная программа помимо содержания команд по непосредственному управлению исполнительным механизмом содержит порядок подключения вспомогательных программ или подпрограмм, когда аппарат сталкивается с трудностью.

Предполагается, что среда может изменяться во времени, но количество таких изменений ограничено и заранее предсказуемо. Каждое возможное изменение предварительно рассчитано, разработан алгоритм преодоления возникающей трудности. Для восприятия информации об изменениях окружающей среды используется набор датчиков, в том числе видео. Поэтому подобные механизмы часто называют системами «глаз – рука». Последовательность выполняемых команд может самостоятельно изменяться, если того требуют изменяющиеся условия окружающей среды.

Гибко-программируемые промышленные роботы наиболее совершенны, но и наиболее сложны. Их программное обеспечение представлено математической моделью окружающего мира, а так же систему анализа входящей информации (с датчиков давления, видеокамер, звуковых датчиков и пр.). Программа должна уметь самостоятельно (на начальных этапах с помощью оператора, в случае самообучающихся систем) принимать решения, человек лишь задает конечную цель. Гибко-программируемые машины получили наименование «искусственного интеллекта».

Условно, указанные типы роботов относятся к первому, второму и третьему поколению соответственно. В случае биотехнических систем (управляемых человеком манипуляторов) программное обеспечение представляет собой обработчик аналоговых или цифровых сигналов, поступающих с блока управления и преобразующих их в команды, понятные исполнительному механизму. Вне зависимости от типа робота (биотехнический или автоматический) диалог человека и программы неизбежен. Он может проходить на объектно-ориентированном языке, в виде текстовых сообщений и даже языковых команд (слабо подходит для флективных языков, к которым относится русский), не говоря уже о кнопочном и рычажном управлении.

Программа задается в виде цифрового кода (числовое программное управление, ЧПУ), аналоговых сигналов (АПУ), комбинированным способом или набором последовательно выполняемых рабочих операций (цикловое ПУ). Современные роботы почти всегда выпускаются с ЧПУ. В случае ЦПУ память, как правило, рассчитана на объем в 10-50 операций. ЦПУ разумно применять в условиях, когда робот выполняет ограниченное число движений с небольшим числом точек позиционирования, а сама технологическая операция занимает непродолжительное время (роботы первого типа). Если количество возможных перемещений, точек позиционирования значительно, а операция требует относительно много времени, то используют позиционное управление (второй тип).

Наконец, при выполнении движений по заданной траектории с заданной скоростью используют контурное программное управление (третий тип). Позиционное программное управление предполагает контроль позиций рабочего органа, без отслеживания траектории его движения. Контурное управление – отслеживание движения, без фактического контроля конечных позиций.

Адаптивные механизмы бывают только с контурным и позиционным управлением. В большинстве случаев система программного управления физически отделена от механической системы промышленного робота (манипулятора). Это делается для возможности постепенной модернизации оборудования, а так же, чтобы управлять роботом или корректировать его поведение с выносного пульта, когда тот задействуется в неблагоприятных для человека условиях.