3.2. Робототехника и автоматизированное производство.

— Техника управления с помощью ЭВМ основана на непрерывном сравнении потока данных о реальном состоянии объекта с заданным состоянием. Блоки сравнения и коррекции образуют цепь обратной связи.

— Только с широким внедрением микропроцессоров в системы управления появилась возможность использовать роботы в промышленности в большом объеме.

— Основной проблемой, которую предстоит решить, прежде чем можно будет использовать роботы в полную силу, является создание искусственной сенсорной системы с разрешающей способностью, сравнимой с комбинацией глаз – мозг у человека. Но для автомата недостаточно иметь способность посылать и принимать сигналы, он должен уметь интерпретировать полученную информацию. Автоматическое устройство должно уметь строить модель или внутреннюю картину своего взаимодействия с окружающей средой, в которой оно перемещается и которую видоизменяет.

— Наиболее слабым местом робототехники является примитивный уровень возможности интерпретации и познавательных способностей роботов. Второе слабое место – это примитивный уровень познавательной способности робота.

— С точки зрения кинематической схемы и конструкции можно выделить четыре общих типа компоновки промышленных роботов, различающихся между собой системой координат применительно к руке робота: декартова (прямоугольная) система координат (x, y, z); цилиндрическая система координат (r, z, w); сферическая система координат (r, , ); ангулярная система координат (w, , ).

— Каждый из роботов имеет три степени подвижности, что достаточно для того, чтобы рука робота могла достать до любой точки в пределах его зоны обслуживания, ограниченной максимальной протяженностью руки. Формы зоны, обслуживаемые в каждом случае, различны.

— В первом случае зона обслуживания представляет собой параллелепипед; в определенной степени в такой зоне обслуживания функционирует мостовой кран. Во втором случае зона обслуживания представляет собой цилиндр; "кисть" перемещается сверху вниз и описывает окружности разного диаметра. Сочетание таких двух кинематических схем реализует робот, используемый для снятия формовых сапог с колодок после вулканизации. Сапоги зажимаются трехпалой "кистью", снимаются с колодок в результате движения "кисти" вверх и затем перемещаются по окружности к приемному устройству. Роботы с такой компоновкой, видимо, в будущем применяться не будут, за исключением тех случаев, когда требуется обеспечить очень высокую точность позиционирования.

— Третья кинематическая схема обеспечивает перемещение закрепленной на одном конце руки вверх, вниз и по окружностям разных радиусов; следовательно, зона обслуживания представляет собой полушарие. Для достижения любой точки в пределах рабочей зоны необходимы три степени свободы, еще три степени свободы требуются для обеспечения любой произвольной ориентации инструмента или детали. Поэтому в четвертой из рассмотренных компоновок "кисть" имеет шарнирные сочленения.

— К числу основных технических характеристик ПР (кроме типа системы управления и возможности перепрограммирования) относятся следующие: грузоподъемность, размеры зоны обслуживания, скорость, точность позиционирования и повторяемость. Все эти характеристики тесно увязаны между собой. Можно добиться улучшения одного параметра за счет ухудшения других. Нет такой конструкции робота, которая была бы оптимальной для всех случаев применения, и для каждой задачи можно подобрать свою наилучшую схему компоновки, отличную от других.

— Так, в частности, большая грузоподъемность несовместима с большими размерами зоны обслуживания, большой скоростью работы, высокой точностью и повторяемостью. Точно так же большой максимальный размер зоны обслуживания несовместим с большой скоростью работы.

— Обычно в робототехнических устройствах применяются три типа приводов: пневматический (с сжатым воздухом), гидравлический и электрический. В первых двух случаях мощность передается на кинематический узел в виде давления. Это давление преобразуется во вращательный момент и кинетическую энергию с помощью простого двигателя. Пневматические приводы проще и дешевле гидравлических и электрических, но они не могут обеспечить такой большой грузоподъемности при высоких скоростях работы, какие достигаются в гидравлических системах. Пневмопривод используют в небольших дешевых моделях роботов типа "возьми – положи", работающих по фиксированной программе "от точки до точки". Применение электропривода усложняет конструкцию робота из-за необходимости использовать механические передачи. Это также увеличивает массу и стоимость системы. Главным преимуществом электропривода является обеспечиваемое при этом превосходство в точности и простота управления.

— Простые (неробототизированные) машины выполняют в каждый момент времени только одну команду, обычно под управлением переключателя вкл.-выкл. Оператор сам решает, когда включить, когда выключить. Делает он это на основе обработки информации. Это механизация. Чтобы перейти к автоматизации, надо добавить еще одно качество – возможность заранее запрограммировать последовательность отдельных операций без непосредственного вмешательства оператора во время их выполнения.

— Наличие сервоуправления избавляет оператора от необходимости заранее решать, где именно необходимо выдать новую команду. Вместо этого машина непрерывно контролирует свое собственное положение и скорость перемещения рабочего органа и сверяет свою траекторию с идеальной траекторией, которая хранится в памяти. В робот закладывается алгоритм управления, согласно которому система управления стремится свести к минимуму все отклонения положения и скорости перемещения рабочего органа как при подходе к конечной точке или цели, так и вдоль всей траектории движения. Главное – заранее описать выполняемую задачу во всех деталях. Это очень сложно, для этого имеются специальные языки программирования.

— Чаще всего по мере выполнения задачи необходимо вносить корректировки. Причины необходимости таких корректировок: а) поступающие на обработку заготовки могут иметь различную ориентацию, переменную форму или свойства; б) в выполняемую операцию должны вносится изменения в зависимости от изменения свойств заготовки; в) операции зависят от непредсказуемых факторов в окружающей среде; г) требуется координация движений нескольких рабочих органов.

— Задачи, выполняемые ПР можно классифицировать на: 1) простое перемещение; 2) перемещение и обработка; 3) перемещение и контроль. Сообразно количеству движений, которое робот способен выполнять, различают элементарные ПР (3-4 движения), наиболее распространенные (9-10), сложные (до 20). К интеллектуальным характеристикам робота относится наличие памяти, тип управления, быстродействие, способность к самообучению, оценка обстановки.