Способы транспортировки деталей

Современный подход к решению проблемы автоматизации внутрицеховых погрузочно-разгрузочных, транспортных и складских операций состоит в создании автоматических транспортно-складских комплексов (ТСК), которые освобождают рабочий персонал, участвующий в этих работах, сокращают время ожидания грузов на рабочих местах, объем запасов на промежуточных складах, простои оборудования, улучшают ритмичность производства [12].

В составе ТСК различают следующие транспортные потоки между единицами технологического оборудования:

-межучастковые;

-складские.

Первый вид перемещения осуществляется промышленными роботами или вспомогательными устройствами, входящими в состав РТЯ, остальные относятся к функциям ТСК.

Транспортные потоки ТСК характеризуются рассредоточенностью объектов сбора информации и управления, случайным характером потока заявок на обслуживание, высокой интенсивностью грузопотоков и большим объемом учетных задач.

Одно из основных направлений реализации автоматических транспортных систем — создание транспортных роботов с управлением от микроЭВМ или микропроцессоров.

Транспортные роботы предназначены для автоматической транспортировки заготовок, готовой продукции, инструмента и технологических отходов [21]. Они отличаются от традиционных транспортных средств гибкостью, т. е. возможностью автоматической смены маршрута и перевозимого груза в зависимости от технологического процесса. В составе ТСК они должны выполнять следующие основные задачи:

- получение заготовок со склада и транспортировку их к заданному рабочему месту;

- загрузку рабочих мест необходимыми заготовками;

- взятие готовой продукции с рабочего места и транспортировку ее на следующее место или на склад;

- планирование оптимальных маршрутов обслуживания по заданному критерию качества;

- транспортировку технологических отходов;

- получение инструмента со склада и транспортировку его на рабочие места или места контроля инструмента;

- выдачу командной информации автоматическому технологическому оборудованию;

- информационный обмен с системой управления склада.

Транспортные системы по типу трассы могут быть разбиты на два класса: механические и информационные.

Маршрут движения транспортных роботов по механической трассе задается положением механизмов трассы (стрелок, поворотных столов и т. д.), которые управляются системой управления транспортной системы.

Информационная трасса обеспечивает задание маршрута движения транспортного робота и точек совершения маневра по развороту, переходу на боковое ответвление трассы или обслуживанию рабочих мест. Маршрут движения отслеживается системой управления транспортным роботом. В качестве информационной трассы могут быть использованы светоотражательная полоса или индукционный кабель. При этом транспортный робот отслеживает курс относительно информационной трассы с использованием датчиков слежения за трассой. Для информационного обмена между транспортным роботом и автоматическим складом используют два способа обмена: оптический и индукционный.

Для организации оптического обмена служат специальные станции, где устанавливаются оптические устройства приема- передачи информации. В состав устройства входят линейка светодиодов, излучающих инфракрасные лучи, и приемник, состоящий из прямоугольного объектива и линейного прибора с зарядовой связью. Данный способ обмена требует высокой точности позиционирования транспортного робота и обеспечивает обмен информацией только в местах установки станций обмена. Во время движения связь транспортно-складской системы с роботом отсутствует.

Индукционный способ обмена реализуется с помощью кабеля, проложенного по трассе перемещения робота (принцип электромагнитных волн). На транспортном роботе устанавливается катушка индуктивности, настроенная на определенную частоту (частоту передаваемой информации). В этом случае кабель используется как информационная трасса и одновременно служит каналом обмена информацией. Связь с транспортным роботом и системой управления может быть организована в любом месте трассы, что обеспечивает хорошую управляемость роботом на трассе и согласованность его функционирования в составе ТСК.

На основе опыта разработки ТСК можно сформулировать следующие основные требования к ним:

- полная автоматизация транспортно-складских процессов;

- совместимость с системой управления РТК и ГПС;

- рациональное использование производственных площадей;

- гибкость к изменяющемуся технологическому процессу;

- модульность конструкции и унификация элементов;

- высокая надежность.

Производство можно рассматривать как комплекс взаимосвязанных материальными потоками производственных участков, РТЯ и накопителей (складов). Напряженность автоматических производственных процессов требует хорошо функционирующей системы материально-технического обеспечения и предъявляет высокие требования к автоматическому транспорту и автоматическим складам. Одно из основных направлений реализации этой задачи — использование транспортных роботов с управлением от микроЭВМ и микропроцессоров.

Для автоматизации перемещения грузов в настоящее время применяют различные подвесные, напольные, толкающие, ленточные и шагающие конвейеры, а также монорельсовые дороги.

Современные конвейеры могут работать как в автоматическом (под управлением ЭВМ), так и в ручном режимах, оснащаются датчиками контроля движения, датчиками подсчета продукции, датчиками расстояния, а также системами технического зрения для идентификации движущихся объектов. Системы конвейеров снабжаются специальными поворотными столами для перемещения грузов на другой конвейер, устройствами сбрасывания груза и т. д.

Конструкция конвейеров постоянно совершенствуется. В литейном цехе на одном из заводов Англии внедрена система конвейеров для транспортировки нагруженных и пустых подносов для отливок. Система работает под управлением ЭВМ. Используются конвейеры роликового типа с двусторонним электромеханическим приводом, обеспечивающим перемещение поддонов со скоростью 12 м/мин, а за 300 мм до остановки — со скоростью 4 м/мин. Для контроля движения поддонов использованы специальные нажимные устройства, расположенные через определенные интервалы и соединенные с датчиками приближения.

На участках выдачи установлены устройства, определяющие ориентацию поддона. Поворотные столы роликового типа соединены с поворотными кругами, снабженными электромеханическим приводом. Предусмотрены датчики, информирующие о наличии или отсутствии поддона на столе. Поддоны снимаются с конвейера с помощью подъемника. Для этого они предварительно приподнимаются над плоскостью конвейера специальным устройством, снабженным кулачковым механизмом. Данная система обеспечивает достаточно бесперебойную транспортировку поддонов в соответствии с требованиями техпроцесса.

В последние годы наметилась тенденция совместного использования конвейеров и промышленных роботов (стационарных или передвижных). Однако эти традиционные средства обладают существенными недостатками. Во-первых, автоматизируются транспортные операции, а для автоматизации погрузочно-разгрузочных операций, т. е. для взаимодействия этих транспортных средств со складом или технологическим оборудованием, необходимы дополнительные технические средства. Во-вторых, при изменении плана размещения оборудования или переходе на качественно новый тип транспортируемых изделий необходимо перерабатывать всю конструкцию конвейера. Другими словами, автоматизируемый комплекс с такими транспортными средствами теряет свою гибкость, так как теряется возможность его автоматической переналадки на новый вид продукции.

Техническим средством, лишенным этих недостатков, является транспортный робот, ориентированный на выполнение погрузочно-разгрузочных и транспортных операций. Процесс загрузки-разгрузки рабочих мест осуществляется автоматически с помощью манипуляторов, рольгангов, подъемно-выдвижных столов и т. д., установленных на подвижной платформе, транспортирующей груз. При переходе РТК на новый тип изделия изменяется только программа обслуживания рабочих мест в соответствии с новым технологическим маршрутом, а в случае более радикальных перемен (например, новая компоновка РТК) изменяются трасса движения робота и программа ЭВМ, управляющая движением ТР.

Основным классификационным признаком транспортных ПР является тип передвижения. По этому признаку транспортные устройства передвижения делятся на колесные, гусеничные, на воздушной подушке, шагающие и т. д. В настоящее время наибольшее применение в составе РТК нашли устройства передвижения колесного типа (рельсовые, безрельсовые) в напольном и подвесном исполнениях.

Основное преимущество подвесных ТР — экономия производственных площадей. Они могут эффективно использоваться в условиях тех производств, где затруднено применение напольных транспортных средств. Подвесные транспортные роботы бывают двух типов: портальные и консольно-крановые. Портальные ТР перемещаются по направляющим, закрепленным под потолком цеха. Это может быть монорельс или двухрельсовый путь. Использование монорельсовой конструкции портальных ТР позволяет обеспечить компактность линии, свободный доступ к оборудованию и т. д. Трасса движения подвесных монорельсовых ТР может быть разветвленной. Она строится из-стандартизованных взаимозаменяемых элементов. Отдельные монорельсовые конструкции соединяются между собой стрелочными переводами. Для изменения направления движения ТР предусмотрены поворотные круги.

Примером портального транспортного робота, перемещающегося по монорельсу, является робот ТРТ-Т-250. Он предназначен для транспортировки грузов со склада к рабочим местам в рамках участка, цеха или завода и использовался на ряде петербургских предприятий с доработкой системы управления для обеспечения автоматической адресации грузов. Грузоподъемность манипулятора 250 кг, скорость перемещения 0, 5 м/с, скорость опускания и подъема захватного устройства 0, 25 м/с. Транспортный робот ТРТ-Т-250 работает следующим образом. Оператор или микроЭВМ вышестоящего уровня управления задает два адреса: адрес позиции, с которой нужно взять тару, и адрес позиции, на которую нужно поставить тару. Манипулятор перемещается по первому адресу, берет тару с первой позиции, транспортирует ее по второму адресу и устанавливает на загрузочную позицию. Затем манипулятор возвращается в исходную позицию и выдает сигнал «Свободен».

В качестве другого примера портальных ТР можно привести транспортное устройство СРС/Т12 шведской фирмы МТ. Робот предназначен для обслуживания токарного станка, обрабатывающего крупногабаритные детали (масса заготовок до 20 кг, длина 1000 мм, диаметр 300 мм). Он состоит из портала (четыре горизонтальных профиля) и движущейся по нему тележки, на которую подвешена консоль с направляющими для кареток гидравлического захватного устройства. Устройство может передвигаться по направляющим и совершать вращательные движения в горизонтальной плоскости. Управляется СРС/Т12 по одной программе со станком. Его задачи — поставка заготовок к станку в требуемый момент времени и вывоз готовых деталей.

К типу навесных ТР относятся также подъемно транспортные манипуляторы консольно-кранового типа. Они в основном используются как вспомогательное средство и применяются при переносе грузов на малое расстояние. Иногда консоль вводят в конструкцию монорельсовых ТР для увеличения рабочей зоны. Такая конструкция — транспортный робот КАР-1000 — создана фирмой «Luzngheinrich» (Великобритания). Этот робот может перемещать детали и заготовки по трем осям: Y (основной монорельс) — 2, 5—15 м; X (консольная балка) — до 1, 3 м; Z (вертикаль) — до 2 м. Максимальная скорость перемещения вдоль осей 1, 5 м/с. Роботом управляет многопроцессорный контроллер (по одному процессору на каждую степень). В ТР предусмотрены различные типы схватов (механические и вакуумные). Робот перемещает продукцию на поддоны, которые транспортируются самоходной тележкой к месту назначения.

Подвесные системы транспортных роботов имеют ряд преимуществ (например, экономия производственных площадей, уменьшение возможности столкновения с препятствиями и т. д.) и в основном позволяют обеспечить ритмичность транспортных операций в соответствии с требованиями технологического процесса. Однако трасса движения таких ТР представляет собой достаточно тяжелые металлические конструкции, требующие значительных затрат на сооружение, перестройку и ремонт.

В последнее время в целях обеспечения функциональной гибкости транспортных роботов большое внимание уделяется использованию и созданию напольных ТР. Они состоят из подвижной платформы и снабжены устройством для манипулирования грузами, а также устройствами восприятия информации — датчиками. Управляемые современными микроЭВМ и микропроцессорами, напольные транспортные роботы способны определять координаты своего положения, поддерживать заданную траекторию движения, управлять операцией по обслуживанию рабочего места, обмениваться информацией с ЭВМ верхнего уровня.

Использование автоматического напольного транспорта в промышленности обеспечивает следующие преимущества: эксплуатационную гибкость; уменьшение количества препятствий на полу помещений (например, конвейеров); улучшение доступа к оборудованию; уменьшение перерывов в работе транспортной системы (если один ТР в ремонте, движение остальных по маршруту продолжается); возможность быстрого изменения трассы движения ТР при изменении планировки цеха; возможность использования различных погрузочно-разгрузочных устройств (многозвенный манипулятор, несущий стол с поворотным и подъемным механизмами, вилочный захват, различные виды конвейеров: цепной, двухтактный, роликовый) и т. д.

Применение напольных транспортных роботов позволяет без использования других видов транспорта организовать межцеховую транспортную связь (например, с применением автоматических дверей).

УПРАВЛЕНИЕ РОБОТОМ

Общие сведения

Устройство робота должно быть простым, отказоустойчивым, и ремонтопригодным. Робот оснащается двумя ведущими колесами по бокам, и одним поддерживающим сзади, что позволит увеличить маневренность. Это позволит применять робота там, где другие модели не смогут функционировать из-за недостаточного пространства для разворота.

Для возможности транспортировки деталей разных габаритов, поверхность для укладки деталей находится в верхней части робота, которая снабжается креплением для тары или спутника.

Так как управление робота адаптивное, то для этого используются дистанционные датчики, которые размещаются по периметру робота под верхней панелью. Для достаточного восприятия окружающей робота среды, размещается шестнадцать датчиков, направленных по нормали от робота, и горизонтально, относительно плоскости пола.

В программной среде Webots для создания моделей используется древо сцены, в котором иерархически располагаются объекты, их функции и свойства.

Адаптивное управление

До недавнего времени среди ученых существовали различные интерпретации поня­тий «робот» и «робототехника», что затрудняло понимание проблемы вне круга технических работников [20]. Робототехника как наука возникла в результате синтеза многих дисциплин. И каждый занимающийся ею специалист, будь то инженер в области механики, электроники, автоматики, информатики, медицины, эргономики и т. д., рассматривал проблему под своим углом зрения, часто преувеличивая свои собственный потенциальный вклад и преуменьшая вклад коллег, работающих в смежной области.

Первая стадия робототехники на уровне поисков завершена и уже произошло ее частичное внедрение в сферу промышленного производства [22]. Наиболее интенсивно оно осуществляется в высокоразвитых странах благодаря сущест­вующим в них большим экономическим возможностям. Промышленное применение нашли в основном роботы в виде многозвенных механических систем с программным управ­лением. Завершение этой стадии вовсе не означает, что все поставленные в ней задачи решены оптимальным образом. Однако можно сказать, что установлены основные условия для использования в промышленности результатов исследо­ваний по робототехнике, проведенных на этой стадии.

Существует область исследований под на­званием «искусственный интеллект». Элементами искусственного интеллекта являются: доказательство теорем, решение задач, музыкальные сочине­ния с помощью компьютера, распознавание образов, теория игр и принятие решений.

Возникает вопрос: можно ли под термином «разумный» понимать робота, использующего методы, развиваемые в рам­ках перечисленных выше областей применения искусствен­ного интеллекта на уровне управления? Ответ совсем не оче­виден, так как понятие «разумности» связано не с применяе­мыми методами, а с окончательными результатами. Ведь мно­гие усовершенствования робота, значительно повышающие его рабочие характеристики, непосредственно не связаны с понятием искусственного интеллекта. Иногда их можно рассматривать как важный шаг па пути создания этого гипо­тетического интеллекта.

Совместное применение роботов и других машин имеет два основных преимущества в сравнении с традиционными формами производства, по крайней мере, с точки зрения про­изводимой продукции. Прежде всего, это автоматизация про­изводства, которой может сопутствовать более высокое каче­ство готовой продукции и лучшее соответствие требуемым показателям, а также гибкость перестройки оборудования при переходе от изготовления одного вида продукции к дру­гому или же в случаях полного или частичного отказа одного или нескольких станков. Внедрение програм­мных роботов в производственную сферу связано с возмож­ностью создания программного движения робота, учитываю­щего состояние окружающей обстановки. В этом смысле ро­бот сравним со станком с числовым программным управле­нием, однако перед ними ставятся разные задачи.

Степень развития робота непосредственно связана с количеством вводимой в его «искусственный мозг» (вычислительное устройство) априорной информации. Ввод ее составляет стадию обучения или программирования.

По этому признаку роботы можно разделить на две боль­шие группы:

1.Роботы, которые по завершении стадии обучения, вы­полняют задачи, не прибегая к внешней информации. Это — слепые роботы, они функционируют по циклу, не связанному с внешней средой. Все рабочие циклы определены заранее.

2.Роботы, которые по завершении этапа обучения, выпол­няют задания при условии дополнительного получения сведе­ний о внешней среде. Они функционируют в интерактивном между роботом и внешней средой режиме.

То, что к первой группе относятся роботы с более низкой организацией, вовсе не означает, что в ней нет роботов, для управления которыми привлекаются элементы искусствен­ного интеллекта, например понимание речевых команд. В основе приведенного деления лежит способ, с помощью которого получается информация, необходимая для выполне­ния роботом поставленной задачи.

Существуют четыре основных направления поиска путей развития и усовершенствования роботов.

Первое, относительно второстепенное, касается самого принципа функционирования робота, имеющего даже много степеней свободы. Сущность этого подхода состоит в покры­тии всего рабочего объема множеством траекторий, выводимых одна из другой через моделирование. Эти траек­тории могут быть более сложными, чем прямая или окружность, или вообще какая-либо кривая второго порядка. Разу­меется, не каждая траектория может реализоваться конкрет­ным роботом. И в такой постановке задачи необходимо или найти для данного робота множество доступных ему траекторий, или же, наоборот, для заданного множества траекторий искать многозвенные механические системы, которые могли бы их осуществить. Особенно хорошо параметризации и программированию поддаются многостержневые системы, управляемые единственным двигателем (и имеющие тем самым одну степень свободы) благодаря возможной регулировке длин некоторых элементов. Для такой системы достаточно задать лишь одну точку траектории, чтобы полностью ее определить.

Этот подход возможен, когда есть условия для проведения корректного анализа задач и реализации получаемых траекторий на многостержневых системах, и имеет широкое практическое применение.

Второе направление исследования, основанное на преж­них принципах функционирования промышленных роботов, связано с усовершенствованиями конструкций промышлен­ных роботов для улучшения таких показателей, как скорость и точность манипуляций, а также простота обучения. Именно этими проблемами в основном заняты разработчики про­мышленных роботов. Это направление поисков сравнимо с моделированием автомобилей: улучшением регулирования, усовершенствованием отдельных блоков, снижением веса и расхода топлива и т. д., но автомобиль все же по-преж­нему имеет четыре колеса и управляется человеком за рулем.

Третье направление состоит во введении, в зависимости от вида поставленной задачи, некоторой адаптивности к ра­бочей среде в ходе производственного процесса. Подобная адаптивность необходима, когда требуется повторное вос­произведение не последовательности промежуточных состоя­ний процесса выполнения, а лишь окончательных результа­тов. Применение элементов искусственного интеллекта в таком подходе не неизбежно, но и не исключено. Пояснить сказанное поможет пример человека, работающего на поточной линии. Он берет с конвейера детали различной формы и устанавливает их на станок. Для простоты предполагается, что на конвейер подаются детали двух типов. Конечное положение деталей каждого типа геометрически воспроизводимо, если детали не имеют дефектов. Однако при этом возникают две проблемы: последователь­ность поступления каждого типа деталей может не описываться математически, а ориентация деталей данного типа по отношению к поточной линии может изменяться. Этот про­стой пример показывает, что существуют широкие классы применения роботов, когда в ходе производственного процес­са необходимо получать информацию об ориентации деталей, расстояниях, усилиях и т. д., т. е. о всех величинах, изменяю­щихся на протяжении частично воспроизводимого выполне­ния одной и той же задачи.

Четвертое направление развития охватывает работы по автономному принятию решений роботом, т. е. посвящено его способностям проявлять инициативу и воспринимать внеш­ний мир.

Этот внешний мир представляет человек, который дает роботу команды для выполнения некоторого ряда задач. Человеку удобней всего общаться с роботом, как с другим человеком, т. е. устно на обычном раз­говорном языке. Однако подобное замещение телетайпа, по­сылающего модулированные и идеально понятные вычисли­тельному устройству сигналы, создает двоякую проблему:

а) Необходимо преобразовать речевые звуки в точно за­кодированные сигналы. Эта проблема анализа и распознавания речи уже осваи­вается.

б) Предполагая идеальным такое преобразование, теперь необходимо понять смысл сообщения. В разговорном языке существует так много способов выразить одну и ту же мысль (в смысле выражения желаемых действий), что проблема по­нимания разговорного языка очень сложна.

Упомянутый внешний мир также включает в себя и внеш­нюю среду,

т. е. пространство, в котором действует робот. Чтобы учесть его состояние, необходимо, прежде всего, его воспринять. Для этого требуется оснастить робота датчиками, которые образуют искусственные чувства. Выбор этих чувств диктуется поставленными задачами и соображениями без­опасности для робота и внешней среды. Очевидно, чтобы робот имел многоцелевое назначение, очувствляющие его датчики должны быть достаточно разнообразны. Поэтому по аналогии со случаем человека особый интерес представ­ляет осязание (тактильное обнаружение и определение уси­лий) и зрение (идентификация предмета без непосредствен­ного касания). При этом задача понимания сводится к рас­познаванию более или менее сложных оптических или иных изображений.

По определению изображение содержит значительное число элементов информации, и интерпретация производится за счет установления их внутренних связей и интеграции. При этом извлекают существенные признаки, позволяющие принять решение о том, какие действия следует выполнить роботу в зависимости от поставленной задачи на основании использования методов «распознавания образов». К сожале­нию, упомянутые методы применительно к роботам недоста­точно хорошо разработаны (например, в случае определения рельефа).

Наконец, для выполнения действий роботу недостаточно только понимания команд оператора и информации о состоя­нии внешней среды. Как, скажем, садовнику недостаточно лишь понимать, что ему требуется перепахать огород. Для достижения цели ему нужно выработать стратегию своих действий: проверить исправность минитрактора, выбрать глубину вспашки, день и время выполнения работы и т. д. и, наконец, перейти к исполнительным действиям. Аналогичная ситуация возникает и в случае робота. Любая данная ему команда рассматривается им как задача, кото­рую он должен выполнить, используя свои возможности. Как только решение найдено, он должен приступить к его осуществлению.

Цель трех последних упомянутых выше направлений ис­следования, берущих начало от многозвенного робота, об­щая: создать достаточно высокоорганизованного робота. Производственники подходят к про­блеме «снизу». Они рассуждают по схеме: улучшим то, что уже работает, даже если при этом не все проблемы будут решены, так как имеющееся состояние производства вполне отвечает нуждам промышленности. Исследователи пытаются увеличить объем знаний и подходят к проблеме «сверху». Необходимо, чтобы эти тенденции слились и позволили соз­дать эффективное оборудование.

Работы, связанные со вторым направлением развития: усовершенствование программного робота. Цель этого усовершенствования состоит в улучшении таких показателей, как скорость и точность исполнения робо­том манипуляций, а также простота программирования.

Пусть в процессе обучения требуется регистриро­вать и запоминать все меньшее число пространственных поло­жений, а траектории между ними робот начинает восстанав­ливать сам, проводя минимизацию по различным критериям.

Что же касается автоматизации управления, то его стре­мятся проводить в основном динамически, т.е. при движе­нии по траектории задавать одновременно положение и ско­рость или (что бывает чаще всего) вырабатывать данные об ускорениях, скорости и положении, позволяющие перейти от одной конфигурации к другой в заданное время, при со­блюдении некоторых ограничений: пуск и останов робота без перерегулирований, величина отклонения конечного положе­ния от заданного не может превышать некоторой величины.

В силу наличия обратной связи в системе робот - внешняя среда робот должен быть приспособлен к задаче на всех этапах ее выполнения. Управление им можно производить на основании измеряемого в каждый момент времени расхождения между заданными и фактическими зна­чениями параметров задачи. И это вносит новое затрудне­ние в сравнении с традиционной автоматикой. Действитель­но, управление металлообрабатывающим станком сводится к регулированию некоторого числа скоростей, развиваемых двигателями, и расхода жидкости, т. е. поддающихся изме­рению величин. И вообще в традиционной автоматике все параметры четко определены, так как регулировка произво­дится по величинам, однозначно связанным с измеряемыми физическими параметрами.

В случае выполнения задачи роботом выходные величины могут быть менее явными, а их измерение крайне затруднен­ным. Кроме того, одну и ту же задачу можно выполнить бес­численным множеством способов. И чтобы робот имел много­целевое назначение, необходимо отыскивать параметры, не теряющие смысла при переходе от одной задачи к другой. Таким образом, на первый план выдвигается проблема соз­дания описаний задач, выражаемых в связи с использова­нием цифровых компьютеров на языках описания задач.

Даже при рассмотрении одного класса вид описания кон­кретной задачи зависит от заложенной в вычислительное устройство априорной стратегии. Это можно показать на примере сборки двух деталей, причем одна деталь входит в другую. Для достижения конечной цели, можно действовать раз­ными путями:

а) за счет управления роботом обеспечить точность траек­тории, достаточную для введения детали А в деталь Б;

б) вместо точного управления положением робота изме­рить усилия, возникающие при контакте двух деталей, и на основании измерений произвести коррекцию траектории так, чтобы трение было бы минимальным;

в) ко входному отверстию детали Б подвести деталь А и нажать на нее в почти правильном направлении, чтобы сборка осуществилась за счет упругости рабочего органа робота.

Даже на этом простом примере нетрудно видеть, насколь­ко сложно создать универсальное и удобное для пользова­теля описание и язык описания.

К сожалению, «датчиков задачи» не существует, и, как правило, непосредственных измерений про­вести не удается. Если робот функционирует во внешней среде, то нужно создать датчики «внеш­ней информации», при обработке которой можно извлечь ве­личины, полезные для выполнения задачи, т. е. мгновенные значения параметров задачи. Именно по этому принципу действует и человек: с помощью органов чувств он получает информацию о внешней среде, но использует лишь сведения, полезные для достижения поставленной перед ним цели.

Два предыдущих направления эволюции роботов можно рассматривать как непосредственно используемые усовер­шенствования, в действительности скорее напоминающие «кирпичики», прибавляемые к зданию, архитектуру и основу которого составляет искусственный интеллект. Размещение этих «кирпичиков» и установление связи между ними на дан­ный момент с помощью достаточно детерминированных про­грамм осуществляет человек.

Привлечение элементов искусственного интеллекта для управления роботом часто подвергалось критике со стороны тех, кто желал получить практические результаты немедлен­но. Можно предположить, что перед роботом ста­вится хорошо известная задача о башнях Ханоя (она заклю­чается в том, что по определенным законам необходимо разместить кольца на трех стержнях так, чтобы кольцо боль­шего диаметра никогда не было выше кольца меньшего диа­метра). Алгоритмы решения этой задачи давно известны. Однако реализовать их с помощью робота, который был бы в состоянии идентифицировать кольца и стержни и осуществ­лять их перемещения в пространстве, до сих пор никому хо­рошо не удавалось. Так что для выполнения задачи просто выработать алгоритм мало: необходимо еще создать датчики для сбора информации и механизмы, способные выполнять определенные операции.

Чтобы подчеркнуть широту обсуждаемых проблем, в об­щих чертах стоит упомянуть лабораторные исследования роботов, использующих элементы искусственного интеллекта. Они раз­деляются на две большие категории:

— составление математических моделей роботов, т. е. за­сылаемых в компьютер программ, представляющих органи­зацию— «мышление» высокоорганизованного робота,

— создание «интеллектуальных» роботов или многозвен­ных систем, связанных с вычислительным устройством, на­деленных искусственными чувствами, самостоятельно ориен­тирующихся в сложной обстановке и выполняющих различ­ные задачи.

Робот- это управляемая машина, обладающая следующими двумя свойствами:

-универсальными возможностями, т. е. способностью выполнять различные механические действия в реальном пространстве. Для этого роботу необходимо иметь механиче­скую структуру с изменяемой геометрией звеньев.

-адаптивностью к внешней среде, т. е. способностью само­стоятельно изменять свое поведение в зависимости от изме­нений ее состояния.

В процессе функционирования робот можно описать на языке параметров четырех взаимосвязанных систем, изобра­женных на рисунке 2.1. Современный промышленный робот не включает в себя рабочую среду, имеющую свои собственные входы-выходы. В дальнейшем будет рассматриваться взаимо­действие робота с внешней средой, а также ее взаимосвязь с другими системами.

Рисунок 2.1- Принцип функционирования робота

Робот действует в реальном пространстве и поэтому под­чиняется его законам.

Первая группа законов касается взаимодействия робота с внешней средой и действия на него силы тяжести. Внешняя среда может быть жилкой или газообразной и оказывать противодействие перемещениям робота. Чаше всего это воз­дух, а в некоторых случаях инертный газ (аргон), а при под­водных работах — вода под давлением, зависящим от глу­бины погружения.

В условиях Земли действие силы тяжести выражается ускорением свободного падения. В космосе роботы могут по­падать в области гравитационного притяжения Луны. Солнца или другого небесного тела, обусловливающие соответствую­щие ускорения.

Другая группа законов связана с взаимодействием ро­бота с переносимым им полезным грузом, т.е. заготовкой, различными инструментами и т.д. Необходимо учитывать, что этот груз изменяет массу и момент инерции робота, тем самым затрудняя создание ускорений составляющих его частей. От величины массы груза также зависит и сила, с которой робот должен его удерживать. Геометрическая форма и размеры груза, впрочем, как и его масса, могут препятствовать роботу принимать некоторые положения, возможные при отсутствии груза. Так что образ действий робота в значительной степени определяется и видом переносимого им груза.

Даже ненагруженный робот перемещается в пространстве, наполненном твердыми телами (предметы для переноса, ра­бочая поверхность, различные препятствии). Стоит привести пример взаимодействия между роботом и рабочим столом. Пусть робот пересекает стол своим рабочим органом. При этом в момент касания со стороны стола возникнет сила реакции опоры, действующая на робота и изменяющая его состояние.

Наконец, если робот оснащен соответствующими датчи­ками, возможно взаимодействие на расстоянии. Опознание предмета, определение его положения и ориентации, напри­мер, с помощью телекамеры, сказывается на образе действий робота в случае, когда ему требуется этот предмет захватить.

В качестве примера рассматривается пересечение роботом препятствия. Когда нет непосредственного сопри­косновения, взаимодействие робот—препятствие носит потенциальный характер. При этом возможны две стратегии:

а) избегать взаимодействия, что будет выражаться в виде геометрических ограничений. Например, можно запретить ро­боту перемещаться в некоторых зонах рабочего пространства;

б) управлять взаимодействием. Например, робот не дол­жен давить на препятствие с силой, превышающей 20 Н.

В обоих случаях взаимодействия выражаются ограниче­ниями тина равенства или неравенства. Тем не менее, стратегии а и б при фактическом выполнении роботом макрозадачи разли­чаются весьма существенно.

В первом случае при соблюдении ограничений движение свободно, иными словами, нет контакта с рабочей средой. Если ввести запретные зоны, то с достаточно большим коэф­фициентом безопасности относительно небольшое несоблюде­ние ограничений не приведет к серьезным последствиям, кроме потерь времени.

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Воронение (огневое оксидирование) второстепенных деталей
2. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКОЙ СВАРКОЙ В СРЕДЕ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА.
3. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ХРОМИРОВАНИЕМ.
4. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ЭПОКСИДНЫМИ КОМПОЗИЦИЯМИ.
5. Восстановление изношенных деталей давлением
6. Выберите сталь обладающей высокой сопротивляемостью к износу и контактным напряжениям для изготовления деталей подшипников качения?
7. Выбор средств и способов транспортировки готовых изделий
8. Выполнение градации лекал основных деталей женского (мужского) плечевого изделия с втачными рукавами по размерам и ростам.
9. ВыполнениЕ рабочих чертежей деталей
10. Движения партии деталей в процессе обработки
11. ДЕФЕКТАЦИЯ ДЕТАЛЕЙ МЕТОДОМ МАГНИТО-ПАРАШКОВОГО КОНТРОЛЯ.
12. Е23-6-1. Установка деталей крепления и опорных конструкций