Рейнгард Геттнер - Роботы сегодня и завтра

• Название: Роботы сегодня и завтра
• Автор: Рейнгард Геттнер
• Издательство: Педагогика
• Жанр: Техническая литература
• Год: 1988
• ISBN: 5-7155-0119-9

Книга ученых ГДР посвящена актуальным направлениям совершенствования промышленного производства — роботизации и компьютеризации. Школьники узнают о том, как использование роботов и различных электронных систем способствует ускорению научно-технического прогресса, расширят свои представления о робототехнике.

Для старшеклассников.

---

Рабочая программа содержит комплекс указаний по исполнению цепочки операций, предусматривающих не только четкое исполнение каждого отдельного шага, но и условия, при которых либо операция должна быть прекращена, либо должны быть внесены определенные изменения. В такие рабочие программы заложены указания по исполнению операций цикла движений для информационной и управленческой связи с периферийными узлами и узлами основного технологического оборудования, а также информация, необходимая для выполнения операций по осуществлению технологического, организационного и обеспечивающего техническую безопасность рабочего процесса.

Для программирования промышленных роботов применяют программные языки, представляющие собой определенное число последовательно расположенных знаков для фиксации данных обрабатывающих процессов. Существуют элементарные языки программирования и языки с проблемной ориентацией, требующие высококвалифицированного обслуживающего персонала. В настоящее время разрабатываются робототехнические языки более высокого порядка, когда обилие данных о деталях, технологическом процессе, роботе и о периферийных устройствах образует основу по управлению операциями.

К традиционным видам программирования относится ручное программирование. При этом траектория движения робота закладывается в память машины со специального пульта (компьютера) набором ее отдельных точек. Для этой цели управляющая ЭВМ робота связывается через цифровой канал центрального процессора с клавиатурой компьютера, имеющей клавиши ввода, несколько функциональных клавиш и клавиши осевого манипулирования, а также аварийный выключатель. Как правило, эти устройства предназначены лишь для программирования видов эксплуатации (например, для ввода числовых величин в накопитель данных системы управления) и для ручных операций (передача данных о скоростях, функциях коммутации и т. п.).

Возможно и прямое «обучение» промышленного робота человеком — обучающее программирование. Пример тому — программирование робота-краскопульта.

Вначале на основе опыта лучших рабочих определяют наиболее рациональные движения при покраске той или иной детали. Затем, в соответствии с полученными расчетами, рабочий манипулирует «рукой» робота с краскопультом, и все манипуляционные движения фиксируются в блоке памяти в качестве программы. «Обученный» таким образом робот может работать самостоятельно. Для этого данные постоянно запрашиваются из блока памяти и передаются на регулировочные контуры осей. Важную роль здесь играет соблюдение точности при процессе передачи, т. е. согласованность между позицией, установленной вручную, и позицией, воспроизводимой машинным путем. При непосредственном обучающем программировании операций в ходе выполнения программы могут осуществляться по замедленной или ускоренной шкале времени.

Этот вид программирования применяется и в других технологических процессах: нанесении защитных слоев, дуговой сварке и т. п.

Существует и непрямое обучающее программирование, при котором выбранные элементы манипуляционных движений вводятся ручным способом, а соответствующие координатные данные подаются в блок памяти. Другие части программы, например ввод данных о времени или скорости, приказы на осуществление операций и программы, поступают в блок памяти с поля управления или же с соединенного с системой управления переносного блока обслуживания и программирования. Подобная смешанная форма программирования применяется в процессе дуговой сварки, при осуществлении сложных программ для обслуживания машин, при очистке литьевых заготовок и т. п.

Третий вид — машинное программирование, при котором содержание рабочей программы переводится программистом в приемлемую для машины форму. Электронно-вычислительной машиной осуществляется обработка первоначальной программы и составляется рабочая программа, рассчитанная на соответствующего робота. За счет использования программ можно подразделять объемные приказы на отдельные детализированные указания и дополнять специфические данные робота, инструмента и обрабатываемой детали указаниями относительно очередности.

Весьма перспективно текстуальное программирование: программа либо излагается проблемно ориентированным программным языком с последующим шифрованием, либо вводится в память обычным языком, без шифрования. Такое программирование используется и при решении комплексных задач по обработке типа монтажа функциональных блоков.

Очень важна мобильность

Для выполнения задач, возникающих в процессе производства с малыми и средними сериями, где требуется частая замена манипуляционной программы, применяют роботы с программируемой системой управления.

Программируемая система управления предполагает возможность изменять ход выполнения программы, для чего необходима фиксация в памяти последовательности рабочей (манипуляционной) программы. Чем лучше система управления промышленного робота может быть приспособлена для выполнения необходимых манипуляций, самого технологического процесса и для подчинения вышестоящей системы управления и чем меньше времени требуется для перехода от одной рабочей задачи к другой и, соответственно, для изменения связанной с этим программы, тем более гибкой считается управление и тем мобильнее может быть использован робот. При электронном вводе программы в блок памяти расход времени весьма незначителен по сравнению с механическим вводом.

Гибкие системы управления промышленных роботов должны соответствовать многочисленным параметрам, обрабатывать большие объемы информации и отвечать следующим требованиям:

замеры манипуляционных путей и условия их исполнения, в том числе поисковые действия и обработка образца по трем измерениям;

высокая четкость в выполнении манипуляционных движений, прежде всего обеспечение пуска и торможения по возможности без толчков (задается соответствующий режим для регулирования контура скорости);

способность к выполнению логических условий, например немедленная остановка рабочей «руки» робота при помощи аварийной программы.

Система управления промышленного робота должна реагировать на события, происходящие в его окружении, и принимать логические решения. Например, если имеется возможность при обслуживании нескольких машин осуществлять эксплуатацию каждой машины в произвольной последовательности, то в этом случае каждая машина должна иметь свою собственную программу управления, которая может быть вызвана через центральную контрольную программу.

Для гибкого управления роботом необходимы специальные средства вычислительной техники, поскольку роботы используются для выполнения все более сложных технологических процессов.

Одновременное использование нескольких различных промышленных роботов в рамках какой-либо автоматизированной технологии порождает необходимость в создании систем ЭВМ с иерархической подчиненностью и обширным комплексом программного обеспечения. В подобных системах ЭВМ нуждается и сочленение нескольких технологических узлов. Соответственно возрастает абсолютная и относительная доля затрат на разработку и совершенствование программных обеспечений для роботов. Но эти расходы вполне оправданны, поскольку программное обеспечение будет способствовать более полному использованию микроэлектроники, а это повысит эффективность внедрения гибких автоматизированных процессов.

Датчики

Так как робот не обладает способностью видеть и ощущать, то он нуждается в системе, которая позволила бы ему распознавать предметы или хотя бы информировать его относительно присутствия предмета. Составная часть систем распознавания — датчики, регистрирующие определенные состояния или всю картину событий и посылающие сигналы анализаторам.

Если брать за основу те задачи, которые должны выполнять датчики промышленных роботов (исключая специальные области применения), то можно выделить следующие группы датчиков:

позиционирования, скорости и ускорения для осуществления динамического управления промышленным роботом;

силовые — для регистрации внешних сил и моментов;

усилий на грейферах;

для распознавания внешних прикосновений;

для определения профиля обрабатываемых деталей или смещений деталей, для распознавания деталей и их позиционирования;

визуальные — для фиксирования происходящего, а также для инспектирования и анализа событий в рабочей зоне промышленного робота;

слежения за траекториями для предотвращения столкновений и прочие датчики, обеспечивающие безопасность рабочего процесса.

Датчики прикосновения могут сигнализировать о приближении к определенному предмету или о соприкосновений с ним, а также фиксировать некоторые физические величины — температурные режимы, размеры, массу предмета и т. п. В то же время промышленный робот нуждается в информации относительно внешних условий, пройденного пути и т. д., чтобы осуществлять собственное движение. Эту информацию также фиксируют датчики. После соответствующего преобразования сигналы, адекватные зафиксированным на датчиках, посредством сравнения поступившей информации с находящимися в блоке памяти заданными величинами перерабатываются в необходимые приказы по управлению для выполнения операций или для внесения соответствующих корректив. В этом случае мы говорим о сенсорной системе управления.