Особенности управления роботом как механической системой

На следующем этапе (блок 3) грубо формируется траектория перемещений из позиции в позицию путем назначения промежуточных базовых точек - узлов интерполяции. Эти точки выбираются с учетом допустимой погрешности аппроксимации, диктуемой технологическими условиями, и заложенного в систему алгоритма интерполирования. Как правило, технологические условия полностью не определяют траекторию и законы движения, а иногда к ней не предъявляют никаких требований, что имеет место, например, в ПР с позиционными системами управления. Имеющаяся неопределенность разрешается либо конструктивными мерами (демпферы, профилирование каналов золотников пневмо- и гидросистем и т. п.), либо устройством управления путем «волевого» назначения закона движения (по отрезкам прямых). Представляется целесообразным поставить задачу выбора законов движения системы по критерию минимума энергозатрат и нагрузок, то есть наилучшим образом учитывающих собственные динамические свойства механической системы.

В связи с тем, что базовые точки определены в декартовых координатах, в системе управления решается обратная задача (блок 4) - перевод их в обобщенные координаты исполнительного устройства робота. Время решения этой задачи зависит от наличия системы уравнений пересчета в явном виде для данной структуры исполнительного устройства робота. Этот факт следует учитывать при выборе структуры манипулятора. Вторая особенность этой задачи заключается в неоднозначности решения: она разрешается в настоящее время на уровне эвристических соображений, например, исходя из конфигурации манипулятора в предыдущей базовой точке.

Преобразование совокупности базовых точек в конечную программу движения в функции времени осуществляется с помощью блока 5, реализующего некоторый заложенный в него алгоритм интерполяции. В этом алгоритме учтены требуемые законы разгона и торможения, а также условия «гладкости» законов движения в базовых точках. В настоящее время для интерполяции траекторий используются степенные функции времени (сплайны различных порядков) с учетом скорости и ускорения в начале интерполируемого участка. Синтезированная таким образом программа передается на нижний уровень (блок 12) для отработки.

Приведенная структурная схема устройства управления характеризует основные задачи, решаемые при управлении роботами. Не всегда эти задачи решаются в автоматическом режиме с помощью соответствующих технических устройств и программ. В современных ПР многие задачи, решаемые устройством управления, берет на себя оператор. Например, при обучении робота он планирует движения, сам выбирает траекторию и режим движения по ней. При этом полностью отпадает необходимость в интерполяции и решении задачи расчета обобщенных координат. В результате устройства управления предельно упрощаются, реализуя функции только запоминания этой программы и ее отработки.

В зависимости от применяемых для очувствления технических средств потоки информации от них могут поступать на различные блоки верхнего уровня. Так, информация, обеспечиваемая средствами технического зрения 13, как правило, собирается до начала движений и используется для автоматической выработки плана движений. В то же время информация, получаемая при движении от датчиков 8 усилий или касания, позволяет лишь корректировать уже выработанную на верхнем уровне программу и вводится в блок коррекции 6, непосредственно предшествующий нижнему уровню системы управления. В частности, при таком использовании датчиков усилий программа движения, подготавливаемая на верхнем уровне, может быть более грубой, не учитывающей тонкости взаимодействия робота с внешними объектами, обеспечивая при этом, например, работу с объектами, на которые наложены связи, без заклиниваний.

Отработка программы движений осуществляется на нижнем уровне. При этом проявляются все динамические особенности исполнительного устройства, приводов и контура регулирования, которые в исходной программе движения, как правило, не учитываются. В результате программа отрабатывается с некоторыми погрешностями. Уровень погрешностей определяется техническими решениями, принятыми при синтезе нижнего уровня устройства управления.

Если бы были известны достаточно полные уравнения динамики исполнительного устройства и привода и имелись быстродействующие технические средства, позволяющие в реальном масштабе времени решать эти уравнения и определять управляющие воздействия, то можно было бы обеспечить качественную отработку программы. Однако отмеченные выше особенности объекта управления приводят к громоздким уравнениям. Предпринимаемые попытки обойти эти трудности либо путем автоматизированного получения коэффициентов уравнений динамики с помощью ЭВМ, либо вообще, отказавшись от составления уравнений динамики, заменив их процессом оптимизации некоторого функционала, основанного на использовании, например, принципа Гаусса, наталкиваются на проблему реального времени.

Статья в тему

Светодиоды, их основные параметры и характеристики
Светодиоды, или светоизлучающие диоды (СИД, в английском варианте LED - light emitting diode) - полупроводниковый прибор, излучающий некогерентный свет при пропускании через него электрического тока (рисунок 1). Работа основана на физическом явлении возникновения светового излучения ...