Роботы сегодня и завтра

Зейдевиц Нина

Данным требованиям соответствует пока не каждая схема управления промышленным роботом. На практике же каждая система управления должна соответствовать всем пунктам этого перечня.

В основном для процессов управления в промышленных роботах используются электронные и пневматические схемы.

Пневматические системы управления хорошо зарекомендовали себя в большинстве промышленных роботов I поколения. Их преимущества по сравнению с электронными — относительно низкая стоимость одной функциональной единицы управления, хороший обзор для оператора, незначительная восприимчивость к помехам и малые затраты на устранение помех. Поэтому и в будущем они будут находить применение в простых конструкциях.

Электронные системы управления обладают рядом замечательных свойств, позволяющих

использовать их в самых разнообразных конструкциях промышленных роботов: высокой надежностью и долговечностью, удобством в обслуживании, программировании и демонстрации рабочих показателей, эффективной техникой накопления данных, высокой частотой переработки информации — до нескольких сот мегагерц, передачей сигнала на большие расстояния с минимальным запаздыванием, а также высокой комплексностью функций управления.

Современные промышленные роботы оснащаются одной или несколькими микроЭВМ. Система управления на микроЭВМ имеет высокие временные и вычислительные показатели. МикроЭВМ анализируют информацию и перерабатывают ее в новые команды управления, передаваемые, например, на оси приводов. Они пользуются запоминающим устройством для компоновки программы робота, берут на себя организацию управления, привлекаются для выполнения других задач.

Системы управления промышленными роботами на микроЭВМ имеют иерархическую структуру исполнения (в соответствии с важностью их задачи), причем центральный координационный блок осуществляет управление по двум каналам — геометрическому (определяющему движение основных узлов робота и управляющему ими через сервоприводы отдельных осей) и технологическому (выполняющему технологические операции робота и его периферийных органов через узлы установки и включения).

Взаимодействие системы управления, основу которой образует микроЭВМ, с другими системами наглядно представлено на схеме. Через блоки программирования и обслуживания оказывается воздействие на систему управления и тем самым на промышленный робот. В шарнирном роботе микроЭВМ координирует взаимодействие между системой управления, измерения и механической системой. МикроЭВМ обрабатывает связанные с рабочим процессом или с периферийными задачами сигналы либо осуществляет подачу сигналов. Необходимые исходные программы, обеспечивающие функционирование промышленного робота, содержатся в блоке памяти. Различные рабочие программы, содержащие разнообразные движения, разрабатываются в соответствии с предусмотренным рабочим циклом и в зависимости от дифференцированных частных задач могут быть изменены или заменены на новые.

^{Принципиальное построение электронной системы управления роботом (по Шпуру и Зиннингу).}

^{Иерархическое структурное построение системы управления промышленного робота. Для различных элементов построения характерны информационные обратные связи. Свое выражение они находят в способности управления реагировать на изменение ситуации. Обратная связь типа А (без обработки в системе управления) осуществляется через соответствующие механические элементы конструкции, например устройства для манипулирования. Уровень иерархии В (обратная связь на уровне сервоприводов) и С (геометрическое управление) характерны для роботов второго поколения. Они обеспечивают количественные коррективы траектории (тип С) в зависимости от сигналов датчиков и качественные изменения траектории, например при обходе препятствий (тип С). Обратная связь на уровне координационного управления (тип D) делает возможным самостоятельное планирование движений и действий на основе комплексного охвата технологического процесса (третье поколение) (по Хаферкорну и Шварцу).}

Сервоусилители,

составляющие упомянутую на схеме сервосистему, быстро и точно превращают слабые электрические сигналы управления в сильные механические движения по изменению положения и таким образом принимают участие в исполнении команд в рамках определенного контура управления. Сервопривод может перемещать робот или один из его элементов по управляющему сигналу. Сервомотор (установочный мотор) — это вспомогательное устройство, предназначенное для увеличения усилий по регулированию, управлению и торможению. В зависимости от вида применяемой энергии различают пневматические, гидравлические и электрические сервомоторы.

Электронные системы управления промышленных роботов — зачастую комбинированные устройства, действующие по принципу временного плана или последовательного порядка. Система управления по принципу временного плана осуществляет управление, опираясь на запланированное на каждую операцию время (часто это необходимо для некоторых монтажных роботов). Программа задается в блок памяти при помощи перфоленты, магнитной ленты или другими подобными носителями информации. Система последовательного порядка построена по принципу зависимости отдельных шагов в программе управления от функционального выполнения технологического процесса. Здесь на определенных участках бывает необходимым применение микроЭВМ. Основываясь на логических решениях механизма управления, выполняются отдельные шаги рабочего процесса. В этих системах нет датчика времени.

^{Схематическое изображение взаимодействия системы управления с другими системами промышленного робота (по Шниезе).}

Система управления промышленным роботом может дополняться управлением последовательного порядка для отдельных отрезков процесса (это могут быть температура или качественные показатели обрабатываемой детали), в то время как весь процесс осуществляется на основе управления по принципу временного плана. В рамках общей системы управления может возникнуть необходимость использования регулировочных контуров для выполнения частных функций.

В соответствии с задачами роботов применяются и различные системы управлений на основе микроэлектроники. Для роботов в специальных технологических процессах в ГДР была разработана система управления типа «IRS 650». Эти роботы должны совершать координированные, одновременные движения несколькими осями (например, роботы, выполненные по шарнирной схеме). Данное управление отличается гибкостью и может быть легко приспособлено к различным технологическим процессам. Подсоединяемый при помощи кабеля командный щит позволяет осуществлять управление и программирование с наиболее благоприятной с технологической точки зрения позиции. Программирование осуществляется косвенным обучающим методом, причем здесь применяются текстуальные программы через встроенный кассетный магнитофон. Во время работы системы управления ведется контроль за всеми важными операциями. Потребитель располагает для эксплуатации и обслуживания комплектным набором программ, которые записываются на кассету с магнитной пленкой. При пользовании этими программами к управлению подключается дисплей, позволяющий обслуживающему персоналу или ремонтникам вести диалог с системой управления.

Траектория, координаты, точки и направления

Чтобы добиться от робота соответствующего исполнения движений, необходимо замерять выполняемые его осями отрезки расстояний и углы. Для этих целей применяются системы замерения расстояний и проходимых путей. Они состоят из датчика замеренных величин и электронных схем для формирования и усиления сигналов. При необходимости подключается преобразователь сигналов, позволяющий подготовить их к дальнейшему использованию.

<