Тимофеев Г.А. - Теория механизмов и машин. Курс лекций, страница 42

Именно такие важные хае, маневренность, ть работы в стес- Манипуляционные роботы Робототехника — новое направление н "~;-",'=':,'='г,: Связанное с созданием и применением р систем. Робот, являющийся одним из ос '~',;:,.",.:,:,'; . изучения в втой науке, представляет собой '~г~;;:;.'::::: машину для воспроизведения двигательнь альных функпий человека. Существуют ~!,:::' роботов, среди которых важнейшими яв '-!~;:;.ь: ческие манипуляционные роботы. Части .-,";-.~~',::: тов — промышленные роботы. На сегодняшний день промьппленные '~!~~: '::.

'.ное им оборудование являются пракгичес '.;,,":-'~.':::::„'; „. средством автоматизации мелкосерийно '~'-':,",,'-'.':,':,' ": Важная особенность промышленных что они позволяют наиболее просто сов цикле как транспортные, так и основные операции, что позволяет создать на бак оборудования гибкие автоматизированны Ф',ь Среди всех частей промьппленного ро :~-,:;:!:,":" ' ное устройство — механизм, обеспечив рабочек о органа, — имеет определяющее от этого устройства во многом зависят рактеристики робота, как быстродействи точность позиционирования, возможное пенных пространствах.

Классификация, назначение и области применения История механики богата примерами, которые свидетельствуют о постоянном стремлении человека создать механизмы и устройства, подобные живым существам. Это стремление обусловлено многими причинами, среди кото- З22 Лекц я 24 Цлессификация,иезиячение и еблести применения Згз рых не последнее место занимает желание заменить человека при выполнении сложной и вредной работы. В 1940-х гг. в связи с потребностями атомной технологии появились манипуляторы, основное назначение которых — выполнение разнообразных технологических операций с радиоактивными вещесгвами.

Применение таких устройств позволило удалить человека из опасной зоны, за ним остались только функции дистанционного управления. Первыми такой манипулятор разработали сотрудники Лргонской национальной лаборатории СШЛ. Манипулятор под названием Мазсег-Б!аче состоял из исполнительной механической руки (з!аче), помещаемой в опасную для человека зону, и задающей механической руки (Мазгег), которой в безопасной зоне манипулировал оператор. Исполнительная рука отличалась от задающей только наличием охвата. Связь между ними осуществлялась кинематическими передачами так, что звенья исполнительной руки копировали движение звеньев задающей.

Отсюда название манипулятора — копирующий. В наше время на смену малоэффективным устройствам прошлого пришли более аффективные автоматически действующие робототехнические устройства. В основе создания современных робототехнических устройств лежат новые технологии, получившие развитие лишь во второй половине ХХ вз вычислительная техника и информатика. Робототехнические устройства стали важным средством комплексной автоматизации промышленного производства, они позволяют наиболее просто совместить в едином цикле как погрузочно-разгрузочные, так и основные технологические операции. Наиболее важные применения автоматических роботов связывают с разработкой и созданием автоматизированных участков, цехов и заводов.

Точного и однозначного определения ро(юга не существует. Скорее всего можно говорить о целой группе определений. Наиболее полно сущность роботов можно отрамсть, определив их как программируемые устройства 1маисины), предссазссаченссьсе для воспроизведения рабочих 4усскцийруки человека в процессе его трудовой деятельности. Понятие «программируемые» играет немаловажную роль: оно показывает, что действие робота не сводится к решению какой-то одной задачи, его функции можно целенаправленно изменять. Большинство современных роботов включают в себя компьютеры, которые помосают реализовать заданные программные действия. В данной главе рассматриваются манипуляционные роботы.

Манипуляционным роботом называют техническое усспройство (машину), предназначенное для вьтолнения работ универсального характера, исполнительными устройствами которого служат манипуляторы (механические %'. руки). В зависимости от степени участия человека в управ'з'.".';: ' ленни манипуляционные роботы подразделяются на три ;$':, типа: автоматические, биотехнические и интерактивные '$:;' Автоматические манипуляциогсньсе роботы возникли и ;я',;: развились из систем программного управления станками. Процесс управления их действиями может происходить с участием и без непосредственного участия человека.

Функциональная схема автоматического манипуляционноф„го робота представлена на рис. 24.1. Манипуляционный ро!а,';" бот состоит из манипулятора, исполнительных устройств, 'Й! устройств очувствления, устройств связи с оператором и !ч!!с ЗВМ. Манипулятор имитирует движения руки человека и :":,Й предсгавляет собой многозвенный разомкнутый механизм с одноподвижными вращательными и поступательными кинематическими парами. Число степеней подвижности р« Рис. 24А З2Е Кяассябвяяцяя,нязяячеяяе я сбяести применения 22б Леяцяя 24 манипуляторов изменяется в пределах от 3 до 10.

Функцию кисти в манипуляторе выполняет гак называемый схват, конструкция которого предусматривает выполнение операций с определенным типом объектов манипулирования, Информационная система предназначена для сбора информации о состоянии внешней среды. В качестве ее элементов используются телевизионные, ультразвуковые, тактильные и другие датчики. Управляющая система служит для выработки законов управления приводами исполнительных органов на основании созданных алгоритмов и собранной информации. В автоматических манипуляционных роботах можно выделить три разновидности в зависимости от связи с человеком-оператором: программные, адаптивные и интеллектуальные.

Программные роботы работают по жесткой программе, заложенной в устройстве памяти, однако их можно перенастраивать на работу с другой жесткой программой действий. Их также называют автоматическими программными манипуляторами, или промьшиенными роботами. Простота изменения лрспраммы, т.е. возможность переобучения промыпщенных роботов новым операциям, сделала этих роботов достаточно универсальными и гибко леренастраиваемыми на различные классы задач. Адаптивные роботы отличаются от программных большим количеством внешних (оптических, телевизионных, тактильных) и внутренних датчиков. Системы управления роботами этого типа более сложные, не ограничиваются только работой по жесткой программе движения и могут в зависимости от внешних условий несколько корректировать ее.

Как правило, они требуют для своей реализации управляющую ЭВМ. Важной частью адаптивных роботов является их развитое программное обеспечение, предназначенное для обработки информации, поступающей от внешних и внутренних датчиков и оперативного изменения программь1 лвижения. Благодаря способности воспринимать изменения во внешней среде и приспосабливаться к существующим условиям функционирования адаптивные роботы могут манипулировать с неориентированными деталями произвольной формы и производить сборочные операции.

Характерной особенностью интеглвкпгуальных роботов является их способность вести диалог с человеком, распознавать и анализировать сложные ситуации, планировать движения манипулятора и осуществлять их реализацию в условиях - ограниченной информации о внешней среде. Все это обес- печивается совершенством управляющих систем, включа, юпшх в себя элементы искусственного интеллекта, способ; ность к обучению и адаптации в процессе работы. Биогпвхническив манипуляционные роботы берут свое начало от копирующих и командных механических систем. Операции, которые могут выполнять роботы этого типа, являются менее определенными, чем технологические операции, осуществляемые автоматическими роботами.

ШироФ; кое распространение они получили лри работе с радиоактивными материалами. Управление манипуляторами этого типа роботов осу- ':М':.!.',-' ществляется оператором, а ЭВМ используется для облегчения его работы Различают три разновидности управления биотехни::ф~' ческими манипуляционными роботами: копирующее, ко- '~4!; мандное и полуавтоматическое.

Копирующее управление ,.:е„'::, осутцествляется с помощью задающего устройства, кинема'з!! , 'тически подобного исполнительной руке робота. Такие системы называют копирующими манипуляторами. Человек- оператор перемещает задающее устройство, а манипулятор повторяет эти движения одновременно по всем степеням подвижности.

В случае командного управления оператор '~':, ' с командного устройства дистанционно задает движение звеньям манипулятора путем поочередного включения соответствующих приводов. При полуавтаматическом уп:,,:,:::::,' равлении оператор, манипулируя управляющей рукояткой, имеющей несколько степеней свободы, задает движение схвата манипулятора. ЭВМ по сигналу от управляющей рукоятки формирует сигналы управления на приводы всех звеньев манипулятора. Существуют также биотехнические системы, в которых управление манипулятором осущест- '~:::: ' ' вляется при помощи биоимпульсов от соответствующих мышц человеческой руки. Интерактивные манипулпционные роботы отличаются акгивным участием человека в процессе управленги, которое выражается в различных формах взаимодействия его с ЭВМ.

Здесь также различают три разновидности управления: автоматизированное, супервизорное и диалоговое. При автоматизированном управлении простые операции робот выполняет без управляющего воздействия со стороны оператора, а остальные — при участии оператора в биотехническом режиме. Супервизорное управление отличаегся 326 Лекция 26 тем, что весь цикл операций разбивается на части, выполняемые манипуляционным роботом автоматически, но переход от одной части к другой осуществляется оператором путем подачи соответствующих команд.