Василенко Н.В., Никитин К.Д., Пономарёв В.П., Смолин А.Ю. - Основы робототехники (1071028), страница 65

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 65)

Основой управляющего устройства робота является система управления, обеспечивающая выработку закона управления исполнительными устройствами робота и формирование управляющих сигналов. Поскольку система управления является главной составной частью информационно-управляющей системы робота, в первую очередь, определяющей его возможности, понятия "система управления" и "устройство управления" в литературе зачастую не разделяются, а употребляются как синонимы.

8 1.1. Общие принципы построения Каковы же определяющие идеи, или принципы, закладываемые в основу построения информационно-управляющих систем роботов? 8 общем виде управляющее устройство робота, функционирующего в условиях неорганизованного пространства, должно обладать способностью вырабатывать целесообразное поведение, закрепляя его в памлтн, т,е, приспосабливаться к изменяющимся условиям функционирования в течение определенного конечного времени.

Таким образом, один из важнейших принципов, который должен быть заложен в основу построения управляющих систем роботов достаточно высокого уровня (второго и третьего поколений), является способность к обучению на собственном опыте и адаптации (приспосабливаемости) к изменившимся условиям. В соответствии с этим принципом в процессе решения задач роботом должны происходить накопление опыта и адаптация управляющего устройства к конкретным условиям функционирования.

Другой важнейший принцип управления, эффективно используемый в любых биологических системах, выработанный и отточенный самой природой в ходе многовековой эволюции, - это принцип многоуровневой иерархической организации управления, когда различные задачи управления распределяются между несколькими уровнями - высшим, средним и низшим. Если обратиться, например, к человеку, то высшая нервная система (полушария головного мозга) управляет деятельностью на уровне решения достаточно общих задач и не управляет движением каждой мышцы и даже группы мышц.

Когда же человек совершает какое-либо действие, например, печатает на машинке, надевает пальто и т.п., он не задумывается над тем, какие именно движения и в какой последовательности следует совершить, чтобы достичь цели, они происходят как бы автоматически без непосредственного вмешательства высших уровней. Реализация общей задачи, сформулированной головным мозгом, осуществляется на более низких уровнях управления, в частности, совершение большинства рефлекторных движений регулируется различными отделами спинного мозга.

Таким образом, центральная нервная система как орган управления имеет иерархическую структуру с несколькими уровнями. Важным свойством такой системы является обмен информацией между уровнями. Иерархическое управление гораздо экономнее, чем жестко централизованное, является средством уменьшения объема обрабатываемой информации и ускорения процесса управления, а главное- позволяет построить реальные технические системы, которые в централизованном исполнении оказались бы чрезвычайно сложными и едва ли смогли бы полноценно функционировать. Иерархическая организация управления роботом — это прежде всего распределение функций восприятия, обработки информации и управления между отдельными уровнями иерархии и подсистемами робота Например, в управляющих устройствах роботов, построенных на базе микропроцессорных средств вычислительной техники, задачи управления первого - низшего уровня, традиционно решаемые методами теории автоматического регулирования, заключаются в формировании сигналов непосредственного воздействия на каждую из управляемых координат привода манипулятора.

Второй, или тактический, уровень генерирует управляющие сигналы для низшего уровня ЗЗО управления на основе входной информации от высшего уровня и сенсорной системы, а его выходными командами являются сигналы, задающие законы и последовательность действий исполнительной системы манипулятора Высший, или стратегический, уровень управления обеспечивает формирование общей системы действий робота на основе управляющей программы, а также логической обработки и анализа информации об окружающей среде и состоянии самого робота Каждый уровень, в свою очередь, может иметь иерархическую структуру с различного рода прямыми и обратными связями. В качестве инструмента "общения" между уровнями, роботом и оператором, а также решения логических задач и формирования системы действий в терминах робота используются формализованные языки также различных уровней.

И, наконец, еще один важный принцип, закрепленный в живой природе, - принцип синергий, или блочности управления. Например, обучение человека тем или иным функциям - ходьбе, бегу, прыжкам, плаванию, написанию текста, управлению автомобилем и т.п. - сводится к формированию и закреплению в его памяти в виде опыта соответствующих блоков, или синергий, — взаимосвязанных действий, один из которых заложен генетически в ходе эволюции организма, другие формируются в процессе обучения. Итак, синергии — это те "кирпичики'*, из которых строится целенаправленное функционирование биологической или технической управляемых систем. Группирование степеней подвижности робота в "блоки" и соответствующее уменьшение числа независимых переменных являются эффективным методом управления такими сложными техническими системами, как роботы.

8.12. Иерархическое адаптивное управляющее устройство достроенное на основе фундаментальных принципов управления иерархическое, адаптивное управляющее устройство робота можно представить в виде структурно. функциональной схемы, показанной на рис. 8.1. В ее состав входят посистемы нескольких уровней, каждый из которых обеспечивает решение присущих именно ему задач. 1. Общение робота с оператором — зто верхний уровень иерархии системы, на котором осуществляется прием от человека или других роботов заданий, формируемых на алгоритмическом языке„ по возможности близком к естественному, переработка этих знаний в команды управления низшими уровнями, организация общения с человеком в диалоговом режиме. 2.

Планирование поведения и принятие решений. На этом уровне в соответствии с полученными от оператора заданиями и сигналами обратных связей от информационно-измерительной системы осуществляется выбор того или иного плана поведения, обеспечивающего выполнение задания, а затем принимаются об отработке отдельных действий, реализующих выполнение лированного плана действии. 1 Иерархическое оВгеелчНное устройеепВо упргеВления решения сфор: у- о ь с,о ьсо о.з с оо зьо О о.с о ъч1ю 4чоб,з о ьч ч ьъ ьосц ~'3 ь ь ~зъ ьсэ ,ьь Въж ьз 3шз ь ь ъз~ 4зо.

чоъ Восо 'г а зо» ьФ~ оэь ос.ь э ь ~. з очи ц:ощ с еьь ъ ьь сз В Во з о|о хзб соо, о о с и наличия различного рода возмущений. Все перечисленные уровни функционально связаны между собой через систему координации их работы, а также с сенсорной системой (ИИС) приводами и исполнительными механизмами. уровни иерархии, выходные сигналы которых являются входными для более низких уровней, называются ведущими по отношению к низшим — ведомым.

В процессе функционирования управляющего устройства робота не все уровни иерархии работают одновременно: ведущие уровни реже, чем ведомые. Рассмотренная структура является общей схемой построения иерархической системы управления, пути ее конкретной реализации могут быть различными.

8.1Л. Сведения о программном обеспечении и языках программирования 1 + —— 3. Распознавание и анализ ситуаций. Алгоритмы этого уровня выделяют из информации, поступающей от ИИС, все существенное, производят распознавание и анализ ситуаций в соответствии с указаниями высших уровней.

4.формирование понятий и модели внешней среды. На этом уровне производится описание внешней среды и состояния самого робота на основании текущей информации и накопленного роботом опыта, т.е. осуществляется подготовка новых понятий и модели внешней среды в терминах управления низшими уровнями. Наличие сформированной информационной модели внешней среды позволяет управляющему устройству "мысленно'* проигрывать различные варианты поведения робота еще до выполнения им реальных движений, тем самым повышая надежность отработки последующих действий. б.

Построение программных движений. Алгоритмы этого уровня формируют программные движения исполнительных органов манипулятора в соответствии с планом действий, т.е. строят законы изменения обобщенных координат манипуляционной системы, гарантирующие достижение поставленной цели с учетом реальной внешней обстановки и состояния самого робота. б.

Управление приводами — это низший уровень иерархии управляющего устройства, осуществляющий синтез закона управления приводами, обеспечивающего реализацию программных действий исполнительных механизмов робота в условиях неопределенности Самое лучшее схемное и конструктивное построение информационно-управляющих систем останется лишь сложной и дорогостоящей оболочкой, если не вдохнуть в нее внутреннее содержание — алгоритмическое и программное наполнение, способное обеспечить решение необходимого класса задач управления, в том числе и интеллектуальных.

Кусок кремния, обработанный на самых современных предприятиях электронной промышленности и ставший микропроцессором, сам по себе является субстанцией довольно инертной, а его чудесное превращание в "мозг" робота происходит благодаря программному обеспечению, которое и есть движущая сила управления. Органической составной частью алгоритмического и программного обеспечения являются языки программирования, которые служат не только и не столько способом представления информации и общения робота с оператором, сколько средством логического анализа интеллектуальных задач.

Характеристики

Список файлов книги