Читать книгу Робототехника в промышленности - Юрий Степанович Почанин - Страница 4

По методу управления, или степени непосредственного участия человека в управлении, роботы подразделяются на три класса:

1) биотехнические,

2) интерактивные и

3) автоматические.

Биотехнические роботы функционируют только с непосредственным участием человека-оператора, который фактически берет на себя управление исполнительными механизмами.

В зависимости от способа реализации биотехнического управления можно выделить:

–дистанционно управляемые копирующие роботы – управление с помощью задающего механизма,

–командные – управляются с кнопочного или клавишного пульта;

–экзо скелетоны (киборги) – управляются биоимпульсами;

–полуавтоматические роботы – управляемые с помощью ЭВМ.

Биотехническое управление может использоваться также в интерактивных и автоматических системах эпизодически в режиме обучения робота или в аварийных ситуациях, при выполнении отдельных ответственных операций, которые по каким-либо причинам невозможно произвести автоматически.

Если ручное управление выполняется непрерывно, то робот теряет один из главных признаков – автоматичность и, по существу, вырождается в ту или иную машину – манипулятор, автокар, грузоподъемный кран и т.п.

Копирующие роботы имеют задающий (управляющий) орган, кинематически связанный в определенном масштабе с исполнительным. Перемещение человеком-оператором задающего органа полностью копируется исполнительным органом робота с учетом геометрического и силового масштабов.

Командные роботы управляются оператором с помощью кнопок, клавиш или рукояток отдельно по каждой из степеней подвижности; при этом движение рабочего органа не связано кинематически с задающим устройством, а на пульт управления поступает информация о среде функционирования робота. Так, с помощью одного переключателя можно заставить "руку" двигаться вперед или назад; другого – регулировать скорость движения; третьего – задавать положение схвата и т.д. Очевидно, что этот способ непригоден для работ, где требуется высокая точность движений.

Экзо скелетоны представляют собой антропоморфные конструкции, обычно "надеваемые" на тело человека и управляемые им, значительно расширяющие его физические и двигательные возможности. К таким устройствам можно отнести также механические протезы и искусственные конечности, в том числе с биоуправлением (от биотоков мозга), для возмещения физических и двигательных функций инвалидов с искалеченными или отсутствующими конечностями.

Полуавтоматические роботы, помимо задающей системы в виде рукоятки, управляющей несколькими степенями подвижности, имеют малую ЭВМ или специальный вычислитель, которые преобразуют сигналы с рукоятки в сигналы, управляющие движениями исполнительных органов.

Этот метод управления предпочтительнее, чем командный, так как обеспечивает выполнение согласованных движений под контролем компьютера.

Интерактивные роботы в отличие от биотехнических имеют устройства памяти для автоматического выполнения отдельных действий и могут управляться попеременно оператором или автоматически.

В зависимости от формы участия человека-оператора интерактивное управление может быть, следующих видов:

1) автоматизированное, когда происходит чередование во времени автоматических режимов управления с биотехническими;

2) диалоговое;

3) супервизорное, когда все части заданного цикла операций выполняются роботом поэтапно, но переход от одного этапа к следующему осуществляется после подачи оператором соответствующей команды;

4) предполагающие разнообразные формы общения оператора с роботом во время выполнения задачи на языках любого уровня, вплоть до подачи команд голосом, текстом и т. п.

Большое число биотехнических и интерактивных роботов управляются оператором на расстоянии, зачастую весьма значительном, т.е. относятся поэтому признаку к дистанционно управляемым аппаратам. Они используются главным образом там, где пребывание людей сопряжено с опасностью или просто невозможно:

–в некоторых отраслях промышленности (например, на атомных станциях),

–военном деле,

–научных исследованиях (космос, подводные глубины и т. д.).

Наиболее совершенным классом роботов являются роботы с автоматическим управлением, которые могут полностью или частично функционировать без участия оператора. К ним относятся:

–автооператоры и

–автономные роботы.

Автооператоры – непрограммируемые автоматические манипуляторы, т.е. устройства, выполняющие цикл несложных действий по жестко заданной, неизменяемой программе. К роботам автооператоры относятся достаточно условно (автоматы-манипуляторы). Они находят применение главным образом в промышленном производстве для автоматизации процессов литья, штамповки, механической обработки и др.

Автономные роботы могут функционировать вполне самостоятельно без непосредственного участия в их управлении человека-оператора. Как правило, это очувствленные роботы с элементами искусственного интеллекта. К ним относят космические и подводные роботы.

Автономные роботы для более эффективного функционирования должны наделяться также элементами интерактивного дистанционного управления, что позволяет в случае необходимости переходить от автономного режима управления на режим по командам оператора. Такие аппараты названы гибридными роботами.

Гибридные системы управления роботами особенно перспективны для исследований космоса и подводных глубин. Комбинация человек-машина имеет большую надежность, чем каждый из этих компонентов в отдельности. Целесообразно организовать совместную работу нескольких людей, наделенных высокими интеллектуальными способностями, с множеством машин, имеющих средний "уровень интеллекта"

По принципу управления роботы можно подразделить на следующие виды.

1) Жестко программируемые представляют собой такие роботы, программа действий которых содержит полный набор информации, не изменяющейся в процессе работы, несмотря на изменение внешних условий.

2) Адаптивные роботы имеют сенсорное обеспечение, позволяющее корректировать программные действия в соответствии с получаемой информацией о внешней среде и состоянии самого робота, т.е. приспосабливать свои действия к изменению внешних условий.

3) Гибко программируемые роботы способны полностью формировать программу своих действий на основе поставленной цели и получаемой информации об окружающей среде.

4) Интеллектуальные управляющие системы– это наиболее совершенный вид адаптивных систем. Их основу составляют уже описанные адаптивные управляющие системы, дополненные элементами искусственного интеллекта. Функции и принцип действия таких систем в какой-то мере можно сравнивать с интеллектуальной деятельностью человека. Интеллектуальное управление имеет четко выраженную иерархическую структуру и содержит следующие основные уровни управления:

– самонастройку закона управления;

– само программирование и планирование движений;

– само моделирование и моделирование внешней среды;

– самообучение понятиям и распознавание обстановки;

– самоорганизацию целенаправленного поведения.

В последние годы все шире начинают применять принципы и средства группового управления роботами. Это связано, в частности, с интенсивным развитием робототехнических систем и комплексов, составляющих основу гибких заводов-автоматов.

Цель группового управления заключается в обеспечении согласованной, строго скоординированной работы нескольких роботов совместно с обслуживаемым ими технологическим оборудованием. Для достижения указанной цели используются принципы централизованного, децентрализованного и комбинированного управления. При централизованном управлении коллектив роботов управляется от одной ЭВМ, которая выполняет обычно расчеты программ движения и координацию работы отдельных роботов и программно-управляемого оборудования. Управляющие системы роботов локально отрабатывают требуемые программы движения под общим контролем центральной ЭВМ. Все возникающие неполадки автоматически анализируются и выводятся на центральный пульт, что дает возможность оперативно производить необходимые исправления. При децентрализованном управлении каждый робот индивидуально самоуправляется, но при этом он связан информационно-управляющими каналами с другими роботами и технологическим оборудованием. Комбинированное управление группой роботов основывается на централизованном управлении от общей ЭВМ с использованием перекрестных информационно-управляющих связей между их индивидуальными микропроцессорами. Следует отметить, что переход к групповому управлению позволяет улучшить технико-экономические показатели сложных роботизированных комплексов и придает им необходимую гибкость.