Статья/ Технические наук науки информатика, вычислительная техника и автоматизация - umotnas.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Доклад/Технические науки Информатика, вычислительная техника и автоматизация 1 160.01kb.
Программа дисциплины Математическая логика и теория алгоритмов для... 1 200.2kb.
Программа дисциплины "Базы данных" для направления 230100. 01 "Информатика... 1 160.69kb.
Рабочая программа учебной дисциплины операционные системы ооп: 230100. 1 270.33kb.
Программа дисциплины Интеллектуальные подсистемы сапр для направления... 1 147.5kb.
Учебно-методический комплекс по дисциплине Б2 «Теория алгоритмов»... 4 1207.67kb.
Рабочая программа дисциплины Параллельные алгоритмы и системы 1 124.93kb.
Скороходов Алексей Дмитриевич исследование и разработка методов взаимодействия... 3 691.52kb.
Сведения об обеспеченности образовательного процесса учебной литературой... 1 57.55kb.
Аннотация рабочей программы дисциплины 1 10.87kb.
«Информационные технологии в сложных системах» 1 210.93kb.
Понятие логистической системы. Транспортно-логистическая система 1 91.5kb.
Викторина для любознательных: «Занимательная биология» 1 9.92kb.

Статья/ Технические наук науки информатика, вычислительная техника и автоматизация - страница №1/1

Статья/ Технические наук науки - информатика, вычислительная техника и автоматизация

УДК 621.865.8

Мелкумян Е.Ю., Стенин А.А.

АДАПТИВНЫЕ РОБОТЫ В ГИБКИХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМАХ

Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", Кафедра технической кибернетики
В данной работе проанализированы свойства и введены три уровня адаптации промышленных роботов к изменению внешней среды и условиям функционирования ГПС.

Ключевые слова: адаптация, адаптивный робот, мультимикропроцессорные устройства, программное обеспечение.

При управлении гибкими производственными системами (ГПС), состоящими из многих единиц оборудования, количество внешних и внутренних факторов, оказывающих возмущающее действие на их работу, весьма велико.

Не учёт этих обстоятельств может привести к нарушению технологического процесса, вплоть до его остановки.

В связи с этим для сохранения плановой производительности ГПС необходима ёё адаптация к реальным условиям эксплуатации. Это возможно за счет применения адаптивных роботов, особенности применения которых, вытекают из анализа процесса адаптации в ГПС.



Характеристика процессов адаптации в гибких производственных системах. Как известно [1], с помощью разомкнутого управления без обратной связи можно исключить влияние на выходные параметры систем управления робототехнических систем (РТС) некоторых предсказуемых внешних возмущений при условии, что характеристика отдельных компонентов и элементов системы управления РТС достаточно просты и их свойства не изменяются. Кроме того в ряде случаев ликвидировать влияние непредсказуемых внешних возмущений на поведение РТС возможно в рамках традиционной теории управления. Например, может допускаться дрейф некоторых характеристик, но в очень незначительных пределах. Однако в ГПС часто параметры РТС варьируются в широких пределах под действием внешних причин с течением времени и в силу свойств самой системы. Так в несколько раз может измениться момент инерции манипулятора в сложенном состоянии по отношению к полностью вытянутому; может существенно изменяться вязкость рабочей жидкости в полостях гидроцилиндров при резком изменении температуры внешней среды; а также трение в опорах двигателей в процессе загрязнения и старения смазки и многие другие характеристики.

Отсюда реакция системы управления может проявиться в изменении параметров, структуры, а зачастую и алгоритма управления, чтобы гарантировать достижение проставленной цели.



Исходя из вышеизложенного, сформулируем необходимые для ГПС свойства, характеризирующие возможность реализации процесса адаптации:

  • Необходимо обеспечить полную наблюдаемость выходных параметров ГПС с помощью штатных, либо дополнительных устройств.

  • Наблюдаемое поведение ГПС должно описываться некоторым показателем качества, оценивающим в количественной форме характер процесса управления.

  • В случае отклонения показателя качества за пределы допуска необходимо синтезировать такой механизм адаптации, который обеспечивает достижение поставленной цели.

Исходя из сказанного, введем следующие уровни адаптации в ГПС:

- Первый уровень характеризуется способностью самонастройки параметров регуляторов на основе информации о состоянии ГПС, находящейся под возмущающим воздействием внешней среды. Оценка состояние ГПС может осуществляться либо прямым измерением требуемых параметров, либо путем их идентификации. Характерным примером этого уровня адаптации РТС может служить регулятор, управляющий замкнутым по положению электрогидравлическим приводом манипулятора, в котором основными возмущающими факторами выступают перепады температуры и давление воды.

- Второй уровень адаптации предполагает включение в состав системы управления дополнительных информационных средств, обеспечивающих сбор и обработку данных о состоянии внешней среды. На основании состояния внешний среды осуществляется коррекция управляющей программы робота, позволяющая в новых условиях достичь поставленной цели. Примером может служить электродуговая роботизированная сварка крупногабаритных изделий [2]. В этом технологическом процессе трудно обеспечить постоянство пространственного расположения линии стыка свариваемых частей от изделия к изделию. Поэтому сварочный робот должен уметь корректировать программную траекторию движения электрода в соответствии с реальным положением линии стыка, измеряемым специальными датчиками.

- Третий уровень адаптации характеризуется требованием реализации максимальной производительности при обеспечении отсутствия брака. Это предполагает наличие развитых средств для сбора информации о внешней среде, на основе которых происходит целенаправленное изменение алгоритма управления. Примером может служить ГПС механообработки, включающая в себя несколько единиц или десятков металлорежущих станков, объединённых автоматической транспортной складской системой [3]. Такая система функционирует нормально до тех пор, пока не произойдёт какой-либо сбой, например, выйдет из строя один из обрабатывающих центров. В этом случае ГПС должна оперативно оценив обстановку, принять решение о последующих действиях, в частности, определить новую технологическую схему последовательной обработки изделий до тех пор, пока ремонтная бригада не устранит неисправность.

Постановка задачи. Учитывая огромное разнообразие задач решаемых промышленными роботами (ПР) в ГПС, ограничимся рассмотрением задачи адаптивного управления ПР по съёму деталей с подвесного конвейера и укладку их в тару.

Описание процесса управления. Если момент прохождения деталью заданного положения известен, то задание может быть выполнено ПР, управляемым по жёсткой программе. Для этого достаточно задать координаты точек позиционирования в исходном положении, положении захвата и положении тары, в которую ориентировано укладываются детали. Алгоритм, лежащий в основе программы действий робота, можно представить в следующем виде:

  • Шаг 1. Задать координаты точек позиционирования, исходной и тары.

  • Шаг 2. Перенести захватное устройство в координаты захвата детали с подвесного конвейера.

  • Шаг 3. Перейти в положение захвата детали.

  • Шаг 4. Включить пневматическое захватное устройство и осуществить захват детали.

  • Шаг 5. Перенести захватное устройство с деталью к таре.

  • Шаг 6. Выключить захватное устройство.

  • Шаг 7. Повторить с шага 2.

При неравномерности скорости движения конвейера может возникнуть отклонение положения детали от заданного в программе. В этом случае деталь будет захвачена ПР неверно или не будет захвачена вовсе. Естественно, ПР не заметит подобного сбоя и будет продолжать совершать ошибочные действия, пока не вмешается человек-оператор и не выключит ПР. То же произойдет при раскачивании деталей.

Адаптивный алгоритм управления ПР. Очевидно, что решить данную задачу может только адаптивный робот, для чего существующий робототехнический модуль (РТМ) необходимо оснастить дополнительными средствами распознавания положения деталей и измерения координат их положения для последующего захвата.


В этом случае алгоритм адаптивного управления ПР можно представить следующим образом:

  • Шаг 1. Задать координаты точек позиционирования, исходной и тары.

  • Шаг 2. Перенести захватное устройство в координаты захвата детали с подвесного конвейера.

  • Шаг 3. По сигналу датчика положения произвести распознавание детали, измерить точки захвата и ориентацию детали.

  • Шаг 4. Ориентировать захватное устройство по отношению к оси детали.

  • Шаг 5. Включить пневматическое устройство и осуществить захват детали.

  • Шаг 6. Перенести захватное устройство с деталью к таре.

  • Шаг 7. Выключить пневматическое захватное устройство.

  • Шаг 8. Повторить с шага 2.

Таким образом, адаптивный алгоритм управления ПР реализуется двумя новыми элементами: блоком сбора и отработки информации и блоком вычисления координат целевых точек и последовательности их обхода (рис. 1), что соответствует сформулированному выше второму уровню адаптации и характерно типовым РТС позиционирования [2].

Структура адаптивного управляющего устройства РТС и его программное обеспечение. Очевидно, что функции управления адаптивным РТС выполняет вычислительное устройство, уровень сложности которого определяется сложностью механизма адаптации РТС. В простейшем случае это может быть микропроцессор или микро ЭВМ, для сложных адаптивных РТС вычислительное устройство представляет собой мультимикропроцессорную сеть. Отметим, что для современных адаптивных РТС, содержащих много роботизированных модулей характерно совмещение в вычислительном устройстве функций адаптаций к изменениям внешней среды и параметров приводов, работа с широким набором аппаратурных и программных средств самодиагностики и устранения мелких неисправностей в самой системе управления.



Рис. 1. Блок-схема управления адаптивным и программным ПР-позиционирования

С учетом последнего замечания на рис. 2 предлагается один из возможных вариантов [2] структуры мультимикропроцессорного устройства управления многомодульной адаптивной РТС с возможностью самодиагностики и саморемонта, которая реализуется с помощью Блока контроля магистрали (БКМ). Такое устройство отвечает сформулированному выше третьему уровню адаптации РТС в ГПС т.к. способна перераспределять и менять функции алгоритма управления.

Предполагается, что БКМ, анализируя порядок прохождения сигналов по общей магистрали, оценивает исправность отдельных микропроцессорных модулей и приемопередатчиков.




Рис. 2. Структура мультимикропроцессорного устройства адаптивного управления РТС. МП-микропроцессор. ЛЗУ – линейное запоминающее устройство. УВВ – устройство ввода-вывода. ОЗУ – оперативное запоминающее устройство. БКМ – блок контроля магистрали.
Если какой-либо модуль вышел из строя, то наряду с сообщением о замеченной неисправности, передаваемым оператору на верхний уровень управления, БКМ формирует команду на отключение аварийного модуля и передачу его функций работоспособным микропроцессорам. Если же вышел из строя только приёмопередатчик микропроцессора, то по команде БКМ может измениться структура связей между микропроцессорами. Например, используя резервные каналы ввода-вывода, имеющие, как правило, меньшую пропускную способность, чем общая магистраль, можно осуществлять передачу информации между микропроцессорами, соединив их по принципу «каждый с каждым». Надо признать, что саморемонт адаптивной системы является временной вынужденной мерой.

Для реализации указанной мультимикропроцессорной системы адаптивного управления сложной РТС необходимо программное обеспечение, структура основных функций которого приведена на рис. 3 [2].





Рис. 3. Структура основных функций программного обеспечения адаптивного управления РТС.
Из вышеизложенного очевидно, что применение адаптивных роботов в ГПС позволяет эффективно выполнять производственную программу в условиях изменения внутренних и внешних параметров в реальных условиях эксплуатации.
Література:

  1. Основы робототехники /Под ред. Е.П. Попова и Г.В. Письменного – М.: Высш. шк., 1990. – 223с.

  2. Управляющие системы промышленных роботов / Под ред. И.М. Макарова и В. А. Чиганова– М. 1984. – 288с.

  3. Системы очувствления и адаптивные промышленные роботы / По ред. Е.П. Попова и В.В.Клюева. М.: Машиностроение, 1985. – 256с.