Реферат: Технология и автоматизация производства РЭА

носа большого числа предметов или тяжелых предметов;

     - информационно сложные операции (сборки и контроля).

                                - 42 -

     Основным направлением совершенствования роботов является развитие

применения микро-ЭВМ с 8, 16 и 32-разрядными микропроцессорами, разви-

тыми операционными системами и задачеориентированными языками програм-

мирования высокого уровня. Перспективным направлением является исполь-

зование аналоговых микропроцессоров,  т.е.  больших интегральных схем,

где в одном кристалле реализованы как цифровые элементы - микропроцес-

сор,  так и цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи, схемы

управления периферийными устройствами.

     Для реализации  высоконадежных  систем  управления  роботами  все

больше находят применение адаптивные микропроцессоры  с  БИС,  т.к.  в

этих устройствах имеются резервные узлы,  средства диагностики отказов

и  самовосстановления,  реализующие   адаптивные   внутренние   связи,

способствующие  увеличению  надежности  роботоориентированных вычисли-

тельных устройств до показателей, отвечающих производственным требова-

ниям.

     Приведем основные термины и определения,  данные в ГОСТ  25686  и

26228  "  Манипуляторы,  автооператоры и промышленные роботы.  Системы

производственные гибкие. Термины и определения."

     Манипулятор -  управляемые  устройство  или машина для выполнения

двигательных функций, аналогичных функциям руки человека при перемеще-

нии объектов в пространстве, оснащенное рабочим органом.

     Манипулятор с ручным управлением - манипулятор,  управление кото-

рым осуществляет оператор.

     Сбалансированный манипулятор  - манипулятор с ручным управлением,

содержащий систему уравновешивания устройства рабочего органа.

     Автооператор - автоматическая машина, состоящая из исполнительно-

го устройства в виде манипулятора или совокупности манипулятора и уст-

ройства передвижения и неперепрограммируемого устройства управления.

     Промышленный робот - автоматическая машина,  стационарная или пе-

редвижная,  состоящая из исполнительного устройства в виде манипулято-

ра,  имеющего несколько степеней подвижности,  и  перепрограммируемого

устройства  программного  управления для выполнения в производственном

процессе двигательных и управляющих функций.

     Промышленные роботы  бывают  с цикловым программным управлением и

числовым программным управлением (робот, управляемый устройством ЧПУ с

позиционным и (или) контурным программным управлением).

     Адаптивно-промышленный робот -  промышленный  робот,  управляемый

устройством адаптивного управления.

     Агрегатный промышленный робот - промышленный робот,  в котором по

крайней мере исполнительное устройство изготовлено путем агрегирования

из деталей,  узлов и агрегатов,  входящих в унифицированный набор  для

построения определенных модификаций промышленных роботов.

     Агрегатно-модульный промышленный робот - робот, в котором исполь-

зуют исполнительные модули.

     Составные части промышленных роботов, автооператоров:

     Исполнительное устройство - устройство,  выполняющее все его дви-

гательные функции.

     Исполнительный модуль промышленного робота - агрегат,  входящий в

унифицированный набор, или образуемый из деталей и узлов этого набора,

способный  самостоятельно выполнять функцию реализации движений по од-

ной или нескольким степеням подвижности промышленного робота.

     Рабочий орган  -  составная часть исполнительного устройства про-

мышленного робота  для  непосредственного  выполнения  технологических

операций и (или) вспомогательных переходов.

     Устройство управления - устройство для формирования и выдачи  уп-

равляющих  воздействий исполнительному устройству в соответствии с уп-

равляющей программой.

     Основными характеристиками манипуляторов и  промышленных  роботов

                                - 43 -

являются:

     - номинальная грузоподъемность - наибольшее значение массы  пред-

метов  производства  и  (или) технологической оснастки,  включая массу

захватного устройства,  при которой гарантируется их удержание и обес-

печение установленных значений эксплуатационных характеристик;

     - рабочее пространство - пространство, в котором может находиться

исполнительное  устройство  при функционировании манипулятора или про-

мышленного робота;

     - рабочая зона - пространство, в котором может находиться рабочий

орган при функционировании;

     - зона  обслуживания - пространство,  в котором рабочий орган вы-

полняет свои функции в соответствии с назначением;

     - число  степеней  подвижности - количество возможных направлений

перемещения или поворотов рабочего органа робота;

     - скорость  перемещения по степени подвижности - максимальная ли-

нейная или угловая скорость движения рабочего органа робота в заданном

направлении;

     - погрешность позиционирования  рабочего  органа  -  максимальное

отклонение положения рабочего органа от заданного управляющей програм-

мой;

     - погрешность отработки траектории рабочего органа - максимальное

отклонение траектории рабочего органа от заданной управляющей програм-

мой.

                 1.13. Алгоритмы управления роботами

     Алгоритмы и методы обучения  роботов  подразделяются  на:

     - прямое обучение;

     - роботоориентированное  программирование;

     - метод задачно-ориентированного программирования.

     При прямом обучении предполагается ручное перемещение  робота  во

все требуемые положения и запись соответствующих им обобщенных коорди-

нат сочленений.  Выполнение программы заключается в перемещении сочле-

нения робота в соответствии с заданной последовательностью положений и

не требует универсальной вычислительной машины.  Ограничением является

то,  что невозможно использовать датчики.  Этот метод программирования

эффективен для точечной сварки,  окраски и простых  погрузочно-разгру-

зочных работ с фиксированными положениями рабочего органа и  обрабаты-

ваемой детали в защищенной от попадания посторонних предметов и  людей

зоне.

     При роботоориентированном программировании используются датчики и

суть программирования заключается в том, что происходит опрос датчиков

и определяется движение робота в зависимости  от  обработки  сенсорной

информации.  Преимуществом этого метода является то, что при использо-

вании сенсорной информации робот может функционировать в условиях  не-

которой неопределенности. Этот метод используется для сборки или конт-

роля качества сборки. Упростить процедуру программирования можно путем

использования  в роботоориентированных языках метода машинной графики,

который связан с заменой метода прямого обучения моделированием  рабо-

чего пространства роботов. Этот метод в значительной степени воспроиз-

водит процесс прямого обучения роботов с такими его достоинствами, как

возможности свободной смены точки зрения,  визуального контроля взаим-

ного положения всех элементов рабочего пространства, интерактивной от-

ладкой. Подключение САПР к процессу программирования роботов позволяет

резко повысить степень интеграции робота с производственной  системой,

т.е. одна и та же БД может быть использована для всей производственной

системы.

     При методе задачно-ориентированного программирования определяется

                                - 44 -

не движение роботов, а желаемое расположение объектов. Исходной инфор-

мацией  для  этого метода программирования является геометрическая мо-

дель рабочего пространства и робота. Такие системы называются система-

ми  моделирования  рабочей обстановки.  Характерной особенностью таких

систем является отказ от детального программирования конкретных  дейс-

твий  робота  и программирование задачи в терминах взаимного положения

объектов в рабочем пространстве и его изменений.  Фактически  действия

робота  строятся с помощью методов искусственного интеллекта на основе

модели робота и окружающих его объектов.  Здесь также большое значение

имеет геометрическая модель.

     Программирование роботов с использованием модельных представлений

включает 3 основных этапа:

     1. формирование необходимых информационных моделей;

     2. построение программных перемещений деталей с контролем  взаим-

ного положения, выполнения технологических операций, в т.ч. смены зах-

ватного устройства и инструмента, проверок условий и организации логи-

ческих переходов,  синхронизации с другими устройствами;

     3. получение исполнительной программы управления роботом на языке

низкого уровня.

     Построение геометрической модели рабочего пространства может быть

осуществлено одним из трех способов:

     1. с помощью манипулятора;

     2. средствами машинной графики;

     3. с помощью системы технического зрения.

     Первые два были рассмотрены выше (прямое обучение и  роботоориен-

тированное и задачно-ориентированное программирование),  а третий спо-

соб - это по-существу модификация первого -  интерактивное  зрение,  в

котором  оператор,  пользуясь лазером как указкой,  указывает световым

пятном характерные точки объектов рабочего пространства,  а координаты

измеряются системой технического зрения.

                                - 45 -

                2. ТЕХНОЛОГИЯ РЭА КАК СЛОЖНАЯ СИСТЕМА.

          2.1. Общие принципы управления сложными системами.

     При определении некоторого объекта как системы предполагается на-

личие следующих признаков:

     1. объекта (системы),  состоящего из  множества  элементов  и  их

свойств, которые могут рассматриваться как единое целое благодаря свя-

зям между ними и их свойствами;

     2. исследователя,  выполняющего  любую  целенаправленную деятель-

ность (исследовательскую,  проектную, организационную и др.);

     3. задачи, с точки зрения решения которой исследователь определя-

ет некоторый объект как систему;

     4. языка, на котором исследователь может описать объект, свойства

его элементов и связи.

     Любой целенаправленный процесс, происходящий в любой сложной сис-

теме, представляет собой организованную совокупность операций, которые

условно  можно разбить на две группы:  рабочие операции и операции уп-

равления.

     Рабочие операции - это действия,  необходимые непосредственно для

выполнения процесса в соответствии с природой и законами, определяющи-

ми ход процесса. Например, процесс обработки детали на токарном станке

состоит из таких рабочих операций, как закрепление детали, подача рез-

ца, снятие стружки и др.

     Для достижения цели процесса рабочие операции должны направляться

и организовываться операциями управления. Совокупность операций управ-

ления образует процесс управления.

     Система, в которой осуществляется процесс управления,  называется

системой управления.  В структурном аспекте любую  систему  управления

можно  представить  взаимосвязанной  совокупностью  объекта управления

(управляемой подсистемы) и управляющего органа (управляющей  подсисте-

мы). Обобщенная структура системы управления приведена на  рисунке  7.

──────────────────────────────────────────────────────────────────────

                                           цель управления

                               ┌──────────────

                               │

                 ┌─────────────┼───────────────────┐

                 │            \│/                  │

                 │         ┌───┴─────────┐         │

                 │ X(t)    │ управляющий │<────────┼──────┐

                 │  ┌─────>│  орган      ├────────┐│      │

                 │  │      └─────────────┘        ││      │

                 │  │                        U(t) ││      │

                 │  │      ┌─────────────┐        ││      │

                 │  │      │объект управ-│<───────┘│      └─────

                 │  └──────┤ления        │<────────┼─────────────

                 │         └─────────────┘         │возмущающие

                 └─────────────────────────────────┘воздействия

     Рис. 7.  Обобщенная структура системы управления, где: X(t) - ин-

     формация о состоянии системы; U(t) - управляющее воздействие.

──────────────────────────────────────────────────────────────────────

Т.к.  любой  процесс  управления  является целенаправленным процессом,

должна быть известна цель управления. Это значит, что управляющему ор-

гану должна быть известна цель управления,  т.е. информация, используя

которую можно определить желаемое состояние объекта управления. Управ-

ляющий орган воздействует на объект управления так,  чтобы его состоя-

ние соответствовало желаемому.

     Объект управления представляет собой открытую систему, т.е. нахо-

                                - 46 -

дится в динамическом взаимодействии с окружающей средой. Влияние внеш-

ней среды носит неконтролируемый характер и выражается в случайном из-

менении его состояния. Воздействие окружающей среды на объект управле-

ния называется возмущающим воздействием.

     Для формального описания задачи управления введем некоторые опре-

деления.  Предположим,  что доступная информация об объекте управления

содержится в n функциях от времени X 4i 0(t),  i=1,2...n. Будем рассматри-

вать  переменные X 4i 0 как компоненты многомерной векторной функции X(t),

называемой вектором состояния объекта управления. В системе управления

эти  переменные являются контролируемыми выходными переменными объекта

управления и одновременно  входными  переменными  управляющего  органа

(см. рис. 7).

     Состояние объекта управления изменяется под воздействием возмуща-

ющих факторов F(t)={f 41 0(t),f 42 0(t),....,f 4k 0(t)},  называемых вектором воз-

мущения,  и целенаправленного влияния управляющего органа, называемого

вектором управления U(t)={u 41 0(t),u 42 0(t),...,u 4m 0(t)}. В системе управления

переменные u 4j 0(t) являются входными переменными  объекта  управления  и

одновременно выходными управляющего органа.

     В любой момент времени t состояние объекта управления X(t)  явля-

ется функцией векторов U(t), F(t), а также начального состояния X 4o 0(t),

т.е. X(t)=X{U(t),F(t),X 4o 0(t)} (7).

     Уравнение (7) есть математическая модель объекта управления, опи-

сывающая закон его функционирования, в котором единственным изменяемым

целенаправленно  фактором является вектор управления U(t).  Задача уп-

равления формулируется следующим образом:  найти такие вектор управле-

ния и вектор состояния,  которые обеспечивают достижение цели управле-

ния.  Цель управления может иметь  различную  формулировку,  однако  в

большинстве случаев ее можно формально определить значением J 5* 0 некото-

рого функционала J,  который называют критерием управления или целевой

функцией: J= J{ X(t),F(t),U(t)} (8).

     В реальных объектах управления вектор состояния и вектор управле-

ния   могут  находиться  в  определенной  конечной  области  значений:

U(t)сA(t),  X(t)сB(t) (9).  Здесь А и В - замкнутые области  соответс-

твенно векторного пространства управлений и состояний.

     Решение задачи заключается в том, чтобы найти такие значения век-

торов состояния X 5* 0(t) и управления U 5* 0(t),  при которых выполняется ус-

ловие J{X 5* 0(t),F(t),U 5* 0(t),X 4o 0(t)}=J 5* 0 (10) и одновременно удовлетворяются

ограничения (9).

     Если задачу управления поставить несколько по-другому,  тогда она

примет  следующий вид:  найти и реализовать функциональную зависимость

U 5* 0(t)=U{X(t),F(t)} (11), обеспечивающую наилучшее приближение к задан-

ному значению критерия управления.  Выражение (11) называется алгорит-

мом управления.  Определение программы управления заключается в  выра-

ботке  траектории  движения системы X 5* 0(t) в пространстве параметров ее

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22