Роботы сегодня и завтра

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.

< image l:href="#"/>

При программировании на месте установки промышленного робота система замера расстояний и путей подготавливает сигналы относительно пути и углов движений, выполняемых осями. При эксплуатации в «автоматическом режиме», т. е. при проигрывании программы, система управления задает соответствующие данные в качестве исходных величин. Одновременно осуществляется определение путевых и угловых позиций и посылаются соответствующие сигналы. Получаемая таким образом информация сравнивается с исходными позициями и затем подвергается анализу и дальнейшей обработке в системе управления, на основании чего выводятся новые команды управления роботом.

Программы управления для промышленных роботов получают также данные координат для определения точек в рабочем пространстве робота. Эти данные используются для управления осями.

В соответствии с заданной по программе последовательностью запрашиваются данные координат (номинальные величины позиции) по сигналам датчика времени или по точкам прерывания процесса. Таким образом, шаг за шагом прочитывается содержание блока памяти. Программа учитывает также необходимые технологические данные: рабочую скорость, давление и т. п.

Степень согласованности между заданной номинальной позицией движения и полученной позицией обозначается как точность позиционирования. Она имеет очень важное значение, например, при выполнении прецизионных работ, монтажных работ с мельчайшими деталями и т. п. Точность позиционирования зависит, наряду с безупречным функционированием монтажных узлов, и от надежности системы управления, которая зачастую играет решающую роль в том, сможет ли соответствующий тип робота выполнять те или иные манипуляции.

Не менее важную роль играет и точность повторов, т. е. степень согласованности в достижении определенных позиций, вызываемых одинаковыми командами управления в различные промежутки времени.

В зависимости от решаемых задач в промышленных роботах находят применение запоминающие устройства, которые различаются по виду, емкости, а также тем, может ли содержание запоминающего устройства быть стерто или нет. Сейчас на первый план выходят цифровые запоминающие устройства.

В зависимости от вида выполняемых задач промышленный робот оснащается точечной системой управления или системой управления с направляющими.