Особенности непрерывного (контурного) управления роботами

Типичные роботы с непрерывным, т. е. контурным управлением — это промышленные роботы для дуговой сварки и резки, для нанесения по­крытий. На рис. 8.1 и 8.2 показаны примеры таких роботов. Их главное отличие от роботов с дискретным позиционным управлением заключает­ся в непрерывном движении рабочего органа манипулятора по траекто­рии. Сама программная траектория при этом может задаваться и в виде дискретной функции времени, т. е. последовательности точек. Важно, что рабочий орган должен проходить эти точки без остановок, как это про­исходит при дискретном позиционном управлении.

Рис. 8.3. Динамическое запаздывание q(t) при отработке программной траектории q₃(t)

Управляющую программу можно находить и экспериментально методом обучения на реальном роботе. Существуют два способа такого обучения. Первый — путем непрерывного перемещения рабочего органа манипу­лятора рукой оператора с записью сигналов с датчиков обратной связи приводов. Для того чтобы двигатели манипулятора не препятствовали этому, его конструкция должна предусматривать возможность их отсо­единения от механической системы манипулятора (с сохранением соеди­нения с ней датчиков обратной связи).

Другой способ основан на последовательной установке рабочего органа с помощью приводов в точках, заранее выбранных на программной тра­ектории с записью показаний датчиков обратной связи приводов, как при программировании систем дискретного позиционного управления. Затем для формирования заданной траектории между этими точками при воспроизведении запрограммированного движения используется интер­полятор. Необходимая динамическая коррекция при программировании таким методом обучения также подбирается экспериментально, путем многократного пробного воспроизведения требуемой траектории за за­данное время.

Второй путь уменьшения динамической ошибки — это повышение быст­родействия самой системы автоматического управления введением в нее динамической коррекции, которая будет формироваться непосредствен­но в ходе отработки подаваемой на вход системы требуемой программной траектории. Конечно, этот путь значительно сложнее, поскольку мы игнорируем априорное знание подлежащей реализации траектории, но зато он упрощает программирование робота, сводя его только к кинема­тическому синтезу программной траектории для приводов.

В целом различают 2 варианта программирования систем непрерывного (контурного) управления — кинематическое и динамическое. Первый вариант соответствует малым скоростям движения рабочего органа, примерно менее 0,5 м/с, когда динамической погрешностью отработки программной траектории при имеющемся быстродействии системы управления можно пренебречь. Второй вариант относится к большим скоростям, когда необходимо вводить динамическую коррекцию в управляющую программу, т. е. при аналитическом ее расчете решать об­ратную задачу динамики, а не кинематики как в первом случае.

Развитием описанных выше способов программирования методом обу­чения стало применение в них современных способов управления мани­пуляторами человеком-оператором (см. главу 10). Так, программирова­ние путем перемещения рабочего органа манипулятора рукой оператора может осуществляться с помощью трехстепенной задающей рукоятки, которая укрепляется на время программирования на рабочем органе ма­нипулятора. Оператор, смещая эту рукоятку с нейтрального положения в нужном направлении, осуществляет перемещение рабочего органа мани­пулятора, управляя с помощью контактов задающей рукоятки привода­ми манипулятора через его устройство управления. В таком варианте этот способ программирования применим ко всем манипуляторам и не требует отсоединения двигателей приводов как в его исходном варианте.

Способ программирования обучением путем управления приводами ма­нипулятора через его устройство управления (обычно с помощью пере­носного пульта) состоит в следующем. На время программирования на рабочий орган манипулятора укрепляется передающая телевизионная камера, дающая крупным планом на экран персонального компьютера изображение объектов внешней среды, с которыми манипулятор должен взаимодействовать. Управление манипулятором осуществляется через компьютер с помощью мыши или такой же задающей рукояткой, как в предыдущей системе. Преимущество этого варианта системы програм­мирования — в значительно большем быстродействии и точности.