Системы адаптивного управління роботами

Сибирский державний аерокосмічний університет імені академіка М. Ф. Решетнева.

Кафедра ТМС.

РЕФЕРАТ.

Тема: Системи адаптивного управління роботами.

План:

Стр.

1.

Введение

.

2. Рівні адаптації 4.

3. Особливості адаптивних системам управління 6.

4. Структура адаптивних системам управління 8.

5. Програмне забезпечення системам управління адаптивних роботів 11.

6. Основні функції програмного забезпечення 12.

7.

Заключение

.

8. Список використаної літератури 15.

Адаптація (аккомодация) є основним реакцією живого організму, які забезпечують можливість виживання. Вона означає пристосування організму до змінюваним зовнішнім та внутрішньою умовам. Реалізація цього принципу в технічних системах, приміром у робототехніці, очевидно, має чимало достоїнств, котрий іноді просто необхідна. Поняття адаптації чи адаптивності у техніці має дуже широкий характері і має тому багато тлумачень. На жаль, досі немає точної узвичаєного визначення адаптивної системи, тому спробуємо пояснити зміст цього терміна такими рассуждениями.

Як відомо, з допомогою разомкнутого управління без зворотний зв’язок можна виключити впливом геть вихідні параметри об'єкта деяких передбачуваних зовнішніх обурень за умови, що характеристики окремих компонент і елементів системи управління досить прості та їх властивості не изменяются.

Ліквідувати вплив непередбачуваних зовнішніх обурень на поведінка об'єкта можливе рамках традиційної теорії управління. І тому необхідно дотримуватися принципу зворотний зв’язок, тобто. організувати замкнуту систему управління, властивості всіх елементів якої покладаються відомими і не изменяющимися у часі. Іноді може допускатися дрейф деяких характеристик, але у дуже незначних межах. Проте за практиці часто зустрічаються такі об'єкти управління, амплітудні і частотні параметри яких варіюються в межах під впливом зовнішні причини з перебігом часу й з властивостей самого об'єкта. У кілька разів може змінюватися момент інерції маніпулятора в складеному стані стосовно повністю витягнутому; в’язкість робочої рідини в пустотах гидроцилиндров підводного робота, працюючого різними глибинах моря що за різних глибинах і температурі води; тертя в опорах двигунів у процесі забруднення і старіння мастила і ще характеристики. У той самий час при управлінні складними об'єктами — гнучкими виробничими модулями, лініями чи ділянками, які з багатьох одиниць устаткування, кількість зовнішніх й міністерство внутрішніх чинників, надають що обурює дію з їхньої роботу, різко зростає. У тому числі може бути помилки позиціонування заготовок чи їх виправдатись нібито відсутністю потрібну, знос обробного інструмента, відхилення стику свариваемых деталей від заданої траєкторії руху електрода зварювального автомата, розхитування деталей на підвісному конвеєрі у процесі захоплення їх роботом й інші чинники, потребують адаптації керуючої системи, тобто. самонастройки і пристосування до реальних умовам експлуатації. Реакція системи управління проявляється у зміні структури, параметрів, котрий іноді алгоритму дій те щоб гарантувати досягнення поставленого цели.

Існують загальні властивості, що характеризують процес адаптации:

— вихідні параметри об'єкта регулювання і характеристики збурюючих факторів перебувають під контролем і що з допомогою пристроїв, додатково які включаємо у складі керуючої системы;

— бачимо поведінка об'єкта описується деяким показником якості, які оцінюватимуть в кількісної формі характер перебігу процесу управления;

— відхилення показника якості межі допуску тягне у себе автоматичну настроювання параметрів регулятора чи заміну алгоритму управління, результатом якого є досягнення бажаного показника якості чи реалізації поставленої цели.

Описані властивості притаманні на більш більш-менш яскраво вираженої формі всім адаптивним системам управління, завжди можуть бути системами із другого связью.

Рівні адаптации.

Залежно від України цілі управління адаптивні системи в робототехніці можна умовно розділити ми такі уровни.

Перший рівень характеризується здатністю самонастройки параметрів регулятора з урахуванням інформації про стан об'єкта, що під возмущающим дією довкілля. Оцінка стану об'єкта може здійснюватися або прямим виміром необхідних параметрів, або шляхом їх ідентифікації. У разі на об'єкт подаються певні пробні управляючі впливу, фіксується його реакція і основі аналізу поведінки об'єкта дається оцінка апріорно невідомим чи зміненим його параметрами. Характерним прикладом цієї рівня адаптації робототехнической системи може бути регулятор, управляючий замкнутим за станом электрогидравлическим приводом маніпулятора підводного апарату. Особливість експлуатації підводних роботів залежить від необхідності підтримки на заданому рівні статичних і динамічних параметрів гідроприводів широтою діапазону температур і тисків довкілля. Температура верств води може мати відчутні відмінності, що може спричинити до зміни в’язкості робочої рідини як наслідок, до непередбаченому дрейфу характеристик приводу. Усунути це неприємне явище здатна адаптивна систему управління, идентифицирующая зміна характеристик і забезпечує відповідну самонастройку параметрів регулятора.

Для другого рівня адаптації робототехнічних систем характерно включення до складу управляючого устрою додаткових інформаційних коштів, які забезпечують збирання та обробку даних про стан довкілля. З аналізу змін довкілля здійснюється корекція керуючої програми робота, яка у умовах досягти поставленої мети. Хоча в таких межах адаптації корекція програмних дій допускається лише невеликих межах, ефект від участі застосування адаптивних системам управління практично значний. Прикладом може бути электродуговая роботизированная зварювання великогабаритних виробів. У цьому вся технологічному процесі важко забезпечити сталість просторового розташування лінії стику свариваемых частин від вироби до виробу. Тому зварювальний робот мусить уміти коригувати програмну траєкторію руху електрода відповідно до реальним станом лінії стику, що вимірюється спеціальними датчиками.

Поняття мети самонаведення адаптивних робототехнічних систем третього рівня випливає з вимоги реалізації максимальної продуктивності забезпечивши відсутності шлюбу. Характерні при цьому рівня адаптації розвинені кошти на збору інформації про зовнішнього середовища, самодиагностирования, а, можливо, і саморемонта компонент керованої виробничої системи. Пояснимо сказане примерами.

Однією за складних з погляду автоматизації є операція абразивною зачистки лиття, особливості якої полягають у криволинейности форми виливків, відсутності ними базових поверхонь, які можна було б взяти за початок відліку для наступних точних переміщень і знос абразивного інструмента, тому виконати абразивную зачистку чи шліфування виробів, використовуючи робот із програмною управлінням, практично неможливо. Виконання цього завдання можна знайти у п’ятому класі адаптивних систем, доповнивши котра управляє пристрій робота коштів контролю за якістю обробки поверхні виливки, датчиками сил різання і зносу абразивного инструмента.

Систему керування адаптивного модуля абразивною зачистки, аналізуючи ступінь шорсткості поверхні, може затвердити рішення про повторному циклі обробки поточного ділянки деталі або команду роботу перемістити в зону шлифования наступний її ділянку. Одночасно, використовуючи інформацію про силах різання і оцінюючи знос абразивного інструмента, адаптивна система управління може організовувати оптимальні з погляду продуктивності режими обработки.

Іншим прикладом адаптації робототехнической системи, коли він відбувається зміна алгоритму управління, служить гнучка виробнича система, наприклад, механообработки, куди входять у собі кілька одиниць чи десятків металорізальних верстатів, об'єднаних автоматичної транспортної складської системою. Така система функціонує по заданої програмі до того часу, доки станеться будь-якої збій. Якщо, наприклад, вийде з ладу одне із обробних центрів, то систему управління ДПС повинна, оперативно оцінивши обстановку, ухвалити рішення про наступних діях, розробити, можливо ціною зниження продуктивності, нову технологічну схему послідовної обробки виробів, випущених даної гнучкою виробничої системою, й забезпечити функціонування верстатів і транспорту знову маршрутної схемою до того часу, поки ремонтна бригада не поверне до ладу аварійний станок.

Розглянуті рівні адаптації робототехнічних систем різняться не стільки кількістю додаткових пристроїв, які забезпечують збирання та обробку інформацію про зміні параметрів устаткування, зовнішнього середовища й характері їх взаємодії, скільки можливістю організовувати системи, здатні функціонувати в дедалі більш складних, непередбачуваних змінах умов эксплуатации.

Особливості адаптивних систем управления.

Загальні принципи організації адаптивної системи управління можна простежити з прикладу промислового робота, здійснює з'їм деталей з підвісного конвеєра і вкладання в тару.

Якщо момент проходження деталлю заданого становища відомий, то завдання може бути здійснене роботом, керованим по жорсткої програмі. І тому досить буде задати координати точок позиціонування в вихідному становищі, становищі захоплення й у становищі тари, у якому ориентированно вкладаються деталі. Алгоритм, лежить у основі програми дій робота, можна явити у наступному виде:

1 — поставити координати точок позиционирования;

2 — перенести захватное пристрій у безвихідь захоплення детали;

3 — перейти у безвихідь захоплення детали;

4 — включити пневматичне захватное устройство;

5 — перейти у початковий положение;

6 — перенести захватное пристрій з деталлю до таре;

7 — вимкнути пневматичне захватное устройство;

8 — повторити з мітки 2.

Проте успішна перевантаження деталей з конвеєра тару буде тривати, доки виникне навіть незначне відхилення становища деталі від заданого у програмі. Причиною відхилення то, можливо нерівномірність швидкість руху конвеєра чи розхитування деталі. У цьому вся разі деталь буде захоплена роботом не так ні захоплена зовсім. Природно, робот не помітить подібного збою і продовжуватиме здійснювати помилкові дії, доки втрутиться людина-оператор і вимкне его.

Збої через нерівномірність руху конвеєра можна виключити, зберігши програмний режим роботи. І тому досить оснастити конвеєр датчиком, срабатывающим в останній момент проходження гаком конвеєра заданого становища захоплення, встановивши в керуючої програмі між знаками 2 і трьох умовний оператор, що дозволяє перехід на мітку 3 лише після отримання сигналу датчика.

Проте введення у систему управління датчика становища крюку конвеєра виключає збоїв від розгойдування деталей. З іншого боку, програмне управління виявляється безсилим, якщо деталі не так підвішені на конвеєрі. Вочевидь, що розв’язати це завдання у змозі лише адаптивної системи управління. І тому існуючий робототехнический модуль необхідно оснастити як датчиком становища крюку, ще гроші і засобами для розпізнавання деталей й вимірювання координат точки їхнього захоплення. У цьому випадку розглянутий вище алгоритм дій робота модифікується в таку последовательность:

1 — поставити координати точок позиціонування: вихідної і тары;

2 — перенести захватное пристрій у початковий положение;

3 — за сигналом датчика становища крюку зробити розпізнавання деталі, виміряти координати точки захоплення і орієнтацію детали;

4 — перейти у безвихідь захоплення, орієнтувати захватное пристрій стосовно осі детали;

5 — включити пневматичне захватное устройство;

6 — перейти у початковий положение;

7 — перенести захватное пристрій з деталлю до таре;

8 — вимкнути пневматичне захватное устройство;

9 — повторити з мітки 2.

Отже, додаткові устрою, запроваджене систему управління, і модифікація вихідної програми дозволяють обслуговувати конвеєр, переміщується з апріорі невідомої швидкістю і довільним, в певних межах, розташуванням деталей.

Структура адаптивних систем управления.

Аналізуючи функції програмної і адаптивної системам управління роботом, вирішальним аналізовану завдання, можна побачити, що вони різняться лише пристроями, сприймають інформацію про зовнішнього середовища. Ці устрою обробляють цю інформації і вибирають послідовність обходу вже наявних у програмі робота точок позиціонування (рис.1).

[pic].

Мал.1. Схеми управління адаптивним і програмним роботом.

Компоненти адаптивної і програмної середовища, відповідальні за виконання обраної послідовності обходу заданих точок, виявляються сходными.

Отже, основне властивість адаптивних систем — реалізація мети управління у умовах недетерминированной зовнішнього середовища й дрейфу параметрів робота — відбивається у структурі двома новими елементами: інформаційної системою, і навіть пристроєм для обчислення координат цільових крапок і послідовності їх обходу, використовує інформацію про зміни, що сталися у зовнішній середовищі і компонентах робота.

Функції управління адаптивним роботом виконує обчислювальне пристрій, рівень складності визначається рівнем адаптації робота. У найпростішому разі це то, можливо мікропроцесор чи микроЭВМ, для складних адаптивних робототехнічних систем обчислювальне пристрій може являти собою мультимикропроцессорную сеть.

Для сучасних адаптивних робототехнічних систем характерно суміщення в обчислювальному устрої функції адаптацію змін зовнішнього середовища й параметрів приводів робота із широкою набором апаратурних і програмних засобів самодиагностики і усунення дрібних несправностей в самої системі управления.

На мал.2 показаний одне із можливих варіантів структури мультимикропроцессорного устрою, управління адаптивним роботом. Пристрій включає у собі однотипні мікропроцесори (МП), об'єднані загальної магістраллю і обменивающиеся інформацією із загальним оперативним запам’ятовуючим пристроєм (ОЗУ). Кожен із мікропроцесорів має власне локальне запам’ятовуючий пристрій (ЛЗУ) для зберігання команд і даних, і пристрій вводу-виводу інформації (УВВ) для зв’язки й з периферійної апаратурою, роботою якою управляє даний мікропроцесор. Зв’язок між мікропроцесором, його пам’яттю і пристроєм виводу-введення-висновку здійснюється з допомогою локальної магистрали.

Попри те що, що мікропроцесорні модулі мають однакову структуру, виконують різні функції. Так, них здійснює збирання та обробку зовнішньої інформації, інший забезпечує зв’язку з терміналом і інтерпретує команди оператора, третій обчислює управляючі впливу і контролює роботу приводів робота, а четвертий відпо-відає зв’язку з зовнішнім технологічним обладнанням і верхнім рівнем управління автоматичної лінією чи участком.

[pic].

Рис. 2. Структура мультимикропроцессорного устрою адаптивного управління роботом.

Особливістю цієї структури обчислювального устрою є можливість самодиагностики і саморемонта, що реалізується з допомогою блоку контролю магістралі (БКМ). Функції самодиагностики та дрібного саморемонта ставляться одних з найважливіших у сприйнятті сучасних системах управління адаптивним роботам, бо їх виконання забезпечує безаварійну роботу гнучкого виробничого модуля навіть за умов збоїв і часткового відмови аппаратуры.

Аналізуючи порядок проходження сигналів із загальної магістралі та його параметри, БКМ оцінює справність окремих мікропроцесорних модулів і приемопередатчиков, що пов’язують мікропроцесори із загальною магістраллю. Якщо будь-якої микропроцессорный модуль ладу, то поруч із повідомленням про поміченою несправності, переданих оператору на верхній рівень управління, блок контролю магістралі формує команду відключення аварійного модуля і передачу його функцій працездатним микропроцессорам. Якщо ж ладу лише приемопередатчик мікропроцесора, то команді БКМ може змінитися структура перетинів поміж мікропроцесорами. Наприклад, використовуючи резервні канали виводу-введення-висновку, мають, зазвичай, меншу пропускну спроможність, ніж загальна магістраль, можна проводити передачу інформації між мікропроцесорами, з'єднавши їх за принципом «кожен із каждым».

Звісно, саморемонт адаптивної системи є часове, вимушеної мірою, бо за цьому трішки знижується продуктивність обчислювального устрою, проте живучість робототехнического модуля виявляється дуже высокой.

Програмне забезпечення системам управління адаптивних роботов.

Функції програмного забезпечення адаптивного робота перебувають у обслуговуванні зовнішніх стосовно системи управління об'єктів: людиниоператора, приводів робота, інформаційної системи, технологічного устаткування й обчислювального устрою верхнього управління (рис.3).

[pic].

Рис. 3. Структура програмного забезпечення адаптивного робота.

Систему керування взаємодіє зі человеком-оператором як активного діалогу, де людина виконує такі действия:

— формує робочу програму, яка то, можливо представленій у вигляді набору даних, що описують точки позиціонування загарбного устрою робота та управляючі сигнали на технологічне устаткування, або у вигляді набору інструкцій на проблемноорієнтованому языке;

— редагує робочу програму з допомогою программы-редактора даних чи редактора тексту, оскільки, як уже зазначалося вище, програма може бути або дані, або инструкции;

— створює об'єктний і завантажувальний модулі робочої програми, забезпечує видалення старих файлів, включення нових, перейменування і збереження програм, у библиотеке;

— налагоджує робочу програму, тобто. з допомогою програмного забезпечення здійснює її покрокове виконання, аналізує результати налагодження і за задовільному ролі програми дає команду їхньому исполнение;

— реалізує функцій контролю справності устаткування, зокрема, перевіряє канали зв’язки Польщі з технологічним устаткуванням, калибрует вимірювальні системи робота і виконує інші операції диагностирования.

Основні функції програмного обеспечения.

Стосовно виконавчому влаштуванню робота — маніпулятору — функції програмного забезпечення широкі і різноманітні. Залежно від рівня інтелекту робота можуть включати: докладний аналіз завдання; розбивка його за подзадачи і елементарні дії; планування руху інструмента чи загарбного устрою для цих дій; визначення послідовності точок позиціонування, обхід яких дозволить відтворити бажану траєкторію і, нарешті, перетворення координат точок позиціонування інструмента у необхідні становища зчленувань маніпулятора процес формування команд управління приводами.

Важливою з погляду організації взаємодії гнучких виробничих модулів, складових лінії ділянки, є підтримка програмним забезпеченням робота інформаційного обміну з верхнім стосовно нього рівнем управления.

Звісно, існують гнучкі виробничі модулі з адаптивними роботами, працюючі повністю автономно. Але цього разі на плечі системи управління робота і його програмного забезпечення лягають функції координації дій всіх компонент ГПМ. З іншого боку, у разі якихабо несправності чи збоїв у роботі неможливо послати запит про допомогу вищестоящої системі управления.

З іншого боку, якщо є канал зв’язку адаптивного робота з ЕОМ верхнього рівня життя та процес обміну підтримується з обох сторін програмним забезпеченням, з’являється можливість створення ієрархії рівнів управління із його чіткою поділом завдань кожного та супутньою уніфікацією програмного забезпечення і мов програмування каждого.

І тут ЕОМ, управляюча гнучким виробничим модулем, який, зазвичай, є верхнім рівнем стосовно роботу, перебирає координацію дій устаткування ГПМ, усунення можливості аварійних ситуацій, наприклад зіткнення маніпулятора з рухливими ділянками інших пристроїв, чи зіткнення двох маніпуляторів, оперують лише у зоні, діагностування устаткування ГПМ й інших функцій, здійснюваних програмним забезпеченням адаптивного робота при автономної роботі ГПМ під його управлением.

При обслуговуванні інформаційних систем функції програмного забезпечення адаптивного робота залежать вже від рівня інтелекту його сенсорів. Якщо обробка інформації про зовнішнього середовища здійснюється самої сенсорної системою, то програмне забезпечення робота має організувати лише прийом даних. Інакше у його функції включається також обробка і виділення інформації, придатної з метою управління, і навіть визначення адресата у складі програмних модулів, відповідальних за управління, якому цією сенсорна інформація предназначена.

Крім названих функцій програмне забезпечення має вирішувати загальносистемні завдання обробці сигналів переривань, із управління введеннямвисновком інформації, розподілу обчислювальних ресурсів немає і т.д.

Оцінюючи вищевикладені основні функції програмного забезпечення адаптивного робота, можна побачити їх схожість із функціями універсальних операційними системами реального часу. Справді, коли основні компоненти універсальних операційними системами і систем програмування адаптивних роботів, то простежується їх аналогия.

Система програмування адаптивного робота:

— команди оператора;

— робоче задание;

— проблемно-ориентированный мову програмування робота;

— обслуговування зовнішніх устройств;

— забезпечення обміну з верхнім рівнем управления.

Операційна система реального времени:

— команди монитора;

— файлова система;

— мови программирования;

— управління вводом-выводом;

— підтримка мережного обмена.

Така аналогія дозволяє під час проектування систем програмування роботів використати досвід, накопичений у області теорії універсальних операційними системами, а й користуватися самими операційними системами.

Заключение

.

Застосування в гнучких виробничих системах адаптивних роботів призводить до значного підвищення якості своєї продукції з допомогою застосування нових напрямів в автоматизації технологічних процесів, в тому випадку мікропроцесорних і сенсорних технологій. Застосування ЕОМ для контролю процесу самодиагностики істотно зменшує тимчасові витрати на налагодження й обслуговування ГПМ, зводячи до мінімуму роль «людського чинника» в дефектах конкретних операцій та помилках програмування робота.

Список використаної литературы.

1. Основи робототехніки / Під ред. Е. П. Попова і Г. В. Письменного.

М., 1990.

2. Системи очувствления і адаптивні промислові роботи / Під ред.

Е.П. Попова і В.В. Клюєва. М., 1985.

3. Управляючі системи промислових роботів / Під ред. І.М. Макарова и.

В.А. Чиганова. М., 1984.