Структура системы программного управления промышленными роботами ПР

Система управления ПР имеет в общем случае многоуровневую структуру (рис. 3.11).

Классификация СУ ПР представлена следующей схемой.

Первый(низший) уровень включает устройства управления движениями отдельных звеньев манипулятора и других исполнительных механизмов ПР. Данный уровень содержит автоматизированные приводы и устройства автома­тики для всех степеней подвижности манипулятора, механизмов зажима, фиксации и т. п. Управляющие программы этого уровня задают значения координат каждой из степеней подвижности манипулятора, величины скорости и другие команды, необходимые для осуществления их частных циклов.

На второмуровне системы формируются сигналы управления всеми приводами и устройствами автоматики манипулятора, обеспечивающие необходимые перемещения его рабочего органа (захвата) в пространстве и их последовательность при выполнении элементарных операций во взаимо­действии с другим технологическим оборудованием. Элементарные операции включают несколько частных циклов движений исполнительных механизмов манипулятора, станка и другого оборудования, например, при установке детали в патроне станка, перемещении обработанной детали на разгрузочную позицию и т. д.

Рис. 3.11. Многоуровневая структура системы управления ПР

На третьем уровне решаются укрупненные задачи управления при обслуживании ПР станка. Для этого операция обслуживания представляется в виде необходимой последовательности элементарных операций и их параметров, записанных на общем программоносителе, например перфоленте, или введенных в устройство памяти ЧПУ – ЭВМ. Для реализации этого уровня управления необходимы устройства для обучения робота или системы автоматического программирования ПР с использованием миниЭВМ.

Каждый уровень системы управления ПР имеет обратные связи, по которым передается информация об исполнении команд на нижних уровнях, о внутреннем состоянии устройства данного уровня, а также о характеристиках внешней среды, например об обслуживаемом станке и объекте манипулирования. Оператор может непосредственно участвовать в управлении ПР через специальные устройства второго и третьего уровней. Обычно участие оператора в управлении ПР сводится к предварительной настройке и коррекциям движений при выполнении частных циклов манипулятора или программированию необходимых опе­раций методом обучения ПР.

Основные подходы к решению задачи управления и связанные с ними методы подготовки к работе представлены на рис. 3.12.

Рис. 3.12. Классификация систем программирования ПР

Широкое применение получил принцип классификации ПР с точки зрения способа отработки управляющей программы. Различают цикловой, позиционный, контурный и комбинированный методы программного управления ПР.

При цикловом управлении программируются последовательность дви­жений и временные интервалы между частными циклами; информация о положении испол­нительных механизмов задается обычно средствами путевой авто­матики только для определенных (например, крайних) точек зоны перемещения по каждой из координат. Такой тип управления свойственен Пр с пневматическим приводом.

Позиционное управление позволяет программировать независимые перемещения по осям координат в произвольные точки рабочей зоны манипулятора.

При контурном управлении захват манипулятора перемещается по заданной программой траектории впределах рабочей зоны робота.

Комбинированный метод управления объединяет возможности позици­онного и контурного ПУ.

В зависимости от метода программирования различают два варианта ПУ роботом:

1) с непосредственным программированием путем обучения, при котором оператор предварительно с помощью специального пульта выполняет необходимые действия манипулятора;

2) косвенным (расчетным).

Управление движениями ПР в этом случае должно осуществляться программируемым управляющим устройством. Помимо рабочих движений необходимо управлять холостыми ходами: выход на исходную позицию в начале работы, возврат в исходную позицию после окончания работы и др.

Помимо решения задач позиционирования (в том числе контурного движения), при выполнении технологических операций необходимо в ряде случаев управлять положением инструмента в заданной позиции. Так, при электродуговой сварке необходимо поддерживать неизменным расстояние между электродом и свариваемым материалом по мере оплавления электрода. Кроме того, для зажигания дуги также необходимо выполнить ряд манипуляций (коснуться электродом материала для возникновения дуги; отвести электрод на расстояние, соответствующее устойчивому горению; обеспечить в дальнейшем условия стабильного горения).

Очевидно, для контроля относительного положения электрода и свариваемого материала необходимо в системе управления иметь чувствительные элементы – датчики (оптические или пневматические), по сигналам которых осуществляется перемещение сварочной головки с электродом. В некоторых случаях для обеспечения качественной сварки (особенно для толстых материалов) головке должно сообщаться качательное движение поперек шва для проваривания материала. В этом случае требуются более сложные программы движений.

Программирование движений осуществлялось заранее – на основе рабочих чертежей изделий или четко определенных разметок перемещения (при транспортных операциях). Однако существуют процессы, которые нецеле­сообразно заранее программировать, а воспользоваться фиксированием движений высококвалифицированного опытного рабочего (например, при окраске краскораспылителем изделия сложной формы). При этом программи­рование осуществляется методом обучения оператора командами; с пульта управления осуществляются последовательно операции покраски, которые запоминаются управляющим устройством. После окончания процесса он может быть автоматически воспроизведен многократно при последующей работе. Метод обучения может использоваться и в более простых случаях, например при перемещении изделий из начального положения в заданное по наиболее выгодной траектории.

На рис. 3.13 показана общая функциональная схема системы управления движением исполнительных систем робота с использованием сенсорной информации о внешней среде. Основные сенсорные системы – это сис­темы технического зрения и близкие им локационные системы (радиотех­нические, лазерные, ультразвуковые), системы силомоментные тактильные. Они обеспечивают для управления движением робота общую обратную связь по положению, усилиям и различным параметрам внешней среды, ин­формация о которых необходима при выполнении роботом конкретных технологических операций.

Рис. 3.13. Функциональная схема управления очувствленным ПР

Как и ранее, под исполнительным устройством будем понимать прежде всего манипуляционную систему. Особенности управления передвиже­нием робота будут рассмотрены особо.

В управляющее устройство при встройке ПР в технологический комплекс поступают сигналы от внешних по отношению к роботу датчиков и систем. Управляющее устройство может быть связано с ЭВМ, координирующей работу оборудования, входящего в технологический комплекс.

Групповое управление роботами строится исходя из следующих общих рекомендаций:

1. Общее решение этой задачи – иерархическая централизованно-децентрализованная система группового управления.

2. Ее основа – нижний уровень децентрализованного управления с распределением общей цели между роботами. Поэтому ключевая про­блема группового управления роботами – оптимизация состава ро­ботов этого уровня, включая их число, специализацию, способы распределения общей цели и, наконец, координацию действий от­дельных роботов.

3. Для решения последней задачи необходимо руководствоваться соот­ветствующими конкретным целям критериями оптимальности. Ими могут быть время достижения цели (быстродействие), общие энерго­затраты, стоимость и т. п., а также комбинация подобных критериев при заданных ограничениях других показателей (надежность, ресурс, возмущающие воздействия и т. п.). Основные варьируемые параметры при заданной общей цели (целях) – это число роботов, распределение между ними общей цели, соответствующая их специализация, объем информационного обмена между роботами.

4. Следующие задачи – разработка всей иерархической системы управ­ления группой роботов, вплоть до верхнего уровня целеполагания и планирования, а также техническая диагностика и восстановление функционирования группы при отдельных отказах и т. д. примени­тельно к конкретным типовым назначениям и целям группы.

5. Наконец, последняя задача – разработка алгоритмов обработки ин­формации и управления для систем управления, синтезированных таким образом. Во временном аспекте эта задача подразделяется на две: задачу оценки ситуации, принятия решений к действию и планирования этих действий