5. Билет №23

1. Контактные и бесконтактные сенсорные системы.

2. Электрические приводы

1.Контактные сенсорные системы - для очувствления рабочих органов манипуляторов и корпуса мобильных роботов. Они позволяют фиксировать контакт с объектами внешней среды (тактиль­ные сенсоры), измерять усилия, возникающие в месте взаимодействи, определять проскальзывание объектов при их удержании захватным устройством. Они накладывают существенные ограничения на динамику и прежде всего на быстродействие управления роботом.

Тактильные сенсоры помимо получения информации о контакте приме­няются и для определения размеров объектов (путем их ощупывания). Они реализуются с помощью концевых выключателей, герметизирован­ных магнитоуправляемых контактов, на основе токопроводящей резины ("искусственная кожа") и т. д. Важным требованием является высокая чувствительность (срабатывание при усилии в единицы и десятки грамм), малые габариты, высокая меха­ническая прочность и надежность.

В бесконтактных сенсорных системах для получения требуемой инфор­мации используются излучаемые ими специальные сигналы (оптические, радиотехнические, ультразвуковые и т. д.) и естественные излучения сре­ды и ее объектов. В зависимости от этого различают активные и пассив­ные сенсорные системы. Активные сенсорные системы имеют передатчик, излучающий первичный сигнал, и приемник, регистрирующий прошед­ший через среду прямой сигнал или вторичный сигнал, отраженный от объектов среды. Пассивные системы имеют, естественно, только прием­ное устройство, а роль излучателя играют сами объекты внешней среды. Поэтому пассивные сенсорные системы технически обычно проще и де­шевле активных, но менее универсальны.

2.Электропривод - это электромеханическая система для приведения в движение исполнительных механизмов рабочих машин и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса. Современный электропривод — это совокупность множества электромашин, аппаратов и систем управления ими. Он является основным потребителем электрической энергии (до 60 %) и главным источником механической энергии в промышленности.

Электропривод - электромеханическая система, состоящая из преобразователей электроэнергии, электромеханических и механических преобразователей, управляющих и информационных устройств и устройств сопряжения с внешними электрическими, механическими, управляющими и информационными системами, предназначенная для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса.

В промышленных роботах нашли применение электроприводы следующих типов:

• На двигателях постоянного тока традиционных коллекторных и бесколлекторных(вентильных);

• На асинхронных двигателях как нерегулируемых(с цикловым управлением), так и с частотным управлением;

• На шаговых двигателях;

• На различного типа регулируемых муфтах в сочетании с нерегулируемым асинхронным двигателем или двигателем постоянного тока;

• На электромагнитах (соленоидных и других типов).

В основном применяются традиционные электроприводы с угловым перемещением, т.е. вращающиеся. Однако в роботах с поступательными перемещениями наряду с вращающимися двигателями в комбинации с механизмами, преобразующими вращательное движение в поступательное, нашли применение и специальные линейные приводы постоянного и переменного тока.

Электроприводы для роботов в общем случае включают электродвигатель, снабженный датчиками обратной связи по положению и скорости, механическую передачу, часто тормоз, иногда муфту(для защиты двигателя от перегрузки) и устройство управления.

К перспективным разработкам электрических приводов для роботов относятся высокомоментные безредукторные двигатели, приводы с непосредственным цифровым управлением и бездатчиковые приводы с расчетом значений перемещения и скорости по измеряемым электрическим переменным двигателя.

Билет №24

1. Системы технического зрения.

2. Применение промышленных роботов на основных технологических операциях.

1.Системами технического зрения (СТЗ) называют сенсорные устройства, обеспечивающие получение изображений рабочих сцен и объектов, их преобразование, обработку и интерпретацию с помощью ЭВМ, а также передачу результатов управляющему устройству робота. Среди различных систем очувствления роботов СТЗ обладают наибольшей информативной емкостью, обеспечивая по некоторым оценкам от 80 до 90% всей необходимой для успешного функционирования робота информации. Техническое, или машинное, зрение реализует сложный процесс выделения, идентификации и преобразования видеоинформации, который содержит шестьосновных этапов: 1) получение (восприятие) информации; 2) предварительная обработка; 3) сегментация; 4) описание; 5) распознавание и 6) интерпретация. После восприятия информации в виде визуального изображения производится ее предварительная обработка для снижения посторонних помех, улучшения изображений отдельных элементов объекта или сцены, а затем она подвергается сегментации, заключающейся в подразделении сцены на составляющие части или элементы для выделения на изображении интересующих объектов. Последующее описание массива информации представляет собой определение характерных параметров, необходимых для выделения требуемых объектов или элементов сцены и дальнейшего их распознавания посредством идентификации в соответствии с программным набором информации. И, наконец, посредством интерпретации окончательно устанавливается принадлежность "рассматриваемого" объекта к группе распознаваемых, установление его зрительного образа. Визуальная информация в системах технического зрения воспринимается и преобразуется в электрические сигналы с помощью опто-электронных преобразователей, или видеодатчиков СТЗ, которые являются первичными преобразователями излучения в электрические сигналы и состоят из приемной оптической камеры, чувствительного элемента, устройств сканирования, считывания и усиления. Обработка информации в СТЗ производится иерархически, для чего предварительно на первом уровне с целью снижения помех (фильтрации) и улучшения изображений используются видеопроцессоры, которые строятся на быстродействующих логических элементах или микропроцессорах. Как правило, в качестве основной характеристики плоского изображения используется его контур. Видеопроцессор по отфильтрованной информации от видеодатчика определяет координаты точек контура и вводит эту информацию на второй уровень, формирующий управляющую информацию для робота и реализуемый, как правило, на базе ЭВМ, входящей в состав СТЗ. Присоединение видеодатчиков к основной аппаратуре СТЗ осуществляется с помощью специальных кабелей, позволяющих передавать информацию с малыми потерями и большой частотой сигналов; в последние годы для передачи информации стали применять также световолоконную оптику.

2.Различные аспекты применения промышленных роботов рассматриваются, как правило, в рамках типовых проектов промышленного производства — исходя из требований выбирается оптимальный вариант, использующий необходимый для данной задачи тип роботов, их количество, а также решающий вопросы инфраструктуры питания (силовые подводки, подача охлаждающей жидкости в случае использования жидкостного охлаждение элементов оснастки) и интеграции в производственный процесс (обеспечение заготовками/полуфабрикатами и возврат готового продукта в автоматическую линию для передачи следующей технологической операции).

Промышленные роботы в производственном процессе способны выполнять основные и вспомогательные технологические операции.

К основным технологическим операциям относятся операции непосредственного выполнения формообразования, изменения линейных размеров заготовки и др.

К вспомогательным технологическим операциям относятся транспортные операции в т.ч. операции по загрузке и выгрузке технологического оборудования.

Среди самых распространённых действий, совершаемых промышленными роботами можно назвать следующие:

• загрузка / разгрузка технологических машин, станков;

• манипулирование деталями (например: укладка, сортировка, транспортировка и ориентация);

• перемещение деталей и заготовок от станка к станку или от станка к системам сменных палет;

• сварка швов и точечная сварка;

• сборка механических и электрических деталей;

• сборка электронных деталей;

• покраска;

• укладка кабеля;

• выполнение операций резания с движением инструмента по сложной траектории и др.

Билет №25

1. Программные устройства управления роботов.

2. Гибкие производственные системы.

1.Программируется вся информация о движениях, которые необходимо совершать, а именно: последовательность движений, условия выполнения движений и значения перемещений или углов поворота. Когда априорно достаточно точно известно все о внешней среде и самом роботе, что позволяет заранее спланировать и запрограммировать работу робота. Для контурного управления программируется также скорость перемещения.

Дискретное цикловое. Самый распространенный тип роботов с цикловым программным управлением — это пневматические промышленные роботы. Пневматические приводы этих роботов имеют цикловое управление, т. е. одношаговое релейное управление без обратных связей. Остановка приво­да осуществляется с помощью механического упора с концевым выклю­чателем и демпфера на подвижной части привода. Общее устройство управления робота реализует об­щесистемный уровень управления, задача которого осуществлять коор­динацию работы приводов. Последняя заключается в установлении оп­ределенной последовательности включения отдельных приводов и, при необходимости, выдержек времени между этими моментами.

Процесс циклового программного управления при­водом. Он состоит из 3 этапов: разгона, движения с постоянной скоро­стью и торможения.

Цикловое управление— это простейший способ одношагового дискрет­ного управления. Системы циклового управления принципиально отличаются от позиционных способом позиционирования с помощью механических упоров. Это обеспечивает цикловым системам значительно большие точность и быстродействие.

Что касается быстродействия, то, как следует из теории оптимальных систем, именно релейное управление обеспечивает для объектов типа ис­полнительных систем роботов максимальное быстродействие.

Типовые примеры роботов с дискретным позиционным управлением — это промышленные роботы для точечной сварки, сборки и для обслуживания металлорежущих станков и другого техно­логического оборудования. Такие роботы имеют большое число (десятки) точек позиционирования рабочего органа благодаря применению позиционных приводов. Процесс перемещения на очередной шаг, как и в цикловых приводах, со­стоит из этапов разгона, движения с постоянной скоростью и торможе­ния, однако здесь в отличие от цикловых приводов точность позиционирования, а также устойчивость и качество переходного про­цесса должны обеспечиваться замкнутой обратными связями системой управления. С точки зрения управления, принципиальным отличием роботов с дискретным позиционным управлением от цикловых является необходимость обеспе­чения устойчивости и качества управления. Другое отличие — это значительно большая роль взаимовлияния приво­дов. Если в цикловых системах оно, как было показано, может повлиять только на быстродействие, то в позиционных взаимовлияние приводов сказывается на всех показателях системы, включая точность. Позиционные системы также значительно чувствительнее к влиянию внешних возмущений, чем цикловые, поскольку последние являются разомкнутыми релейными системами. Типичные роботы с непрерывным, т. е. контурным управлением— это промышленные роботы для дуговой сварки и резки, для нанесения по­крытий. Их главное отличие от роботов с дискретным позиционным управлением заключает­ся в непрерывном движении рабочего органа манипулятора по траекто­рии. Сама программная траектория при этом может задаваться и в виде дискретной функции времени, т. е. последовательности точек. Важно, что рабочий орган должен проходить эти точки без остановок, как это про­исходит при дискретном позиционном управлении.

Отсюда принципиальное отличие систем непрерывного управления от дискретных позиционных в отношении требований к точности, устойчи­вости и качеству управления. Если в дискретных позиционных системах существенна только статическая точность в точках позиционирования, то в непрерывных требуется динамическая точность движения по заданной траектории. Соответственно, если в дискретных позиционных системах устойчивость и качество переходных процессов оцениваются только в этих точках, при непрерывном управлении необходимо соответственно обеспе­чить эти требования тоже непрерывно по всей траектории движения.

2.Комплексно-автоматизированные производства. Их выс­шей формой являются гибкие автоматизированные производства. Такие производства позволяют быстро переходить на выпуск новой про­дукции, осуществлять ее модернизацию, совершенствовать технологию производства, прежде всего, путем смены управляющих программ. Соз­дание и внедрение ГАП выходит за рамки робототехники, однако ПР являются важным универсальным компонентом таких производств.

Такое производство состоит из двух частей.

• Гибкая производственная система (ГПС), которая непосредственно реализует технологический процесс изготовления изделий

• Автоматизированные системы научных исследований и проектирова­ния (АСНИ, САПР) подлежащих изготовлению изделий и технологи­ческой подготовки их производства (АСТПП), реализуемые с помо­щью показанных в нижней части рисунка автоматизированных ра­бочих мест (АРМ).

Эти части объединены общей автоматизированной системой управления (АСУ) на базе локальной компьютерной сети. Предел, к которому стремится процесс гибкой автоматизации производ­ства, можно кратко определить так:

• автоматическое производство изделий сколь угодно малыми партиями;

• себестоимость и производительность, близкие к достигнутым в совре­менном массовом производстве;

• практически безлюдное производство— количество работающих по сравнению с существующим меньше на 2 порядка;

• комплексная автоматизация всех частей производства, включая тех­нологические процессы, подготовку производства, разработку доку­ментации на выпускаемые изделия, планирование и управление про­изводства в целом.

Весь процесс может происходить непрерывно круглые сутки на основе машинных носителей информации, т. е. без бу­мажной документации.

Выгоды:

• повышение конкурентоспособности продукции (за счет более быстрой сменяемости выпускаемых изделий, повышения их качества, экономии ресурсов и труда);

• рост производительности;

• стабилизация производства и ускорение оборачиваемости капитала;

• повышение эффективности использования рабочей силы;

• создание новых технологических процессов и производств.

Основным принципом построения гибких производств является компо­новка их из комплектно-поставляемых унифицированных модулей. Основными такими модулями являются технологические модули-ячейки, модули транспорт­ные (в том числе на базе транспортных навесных и напольных роботов), складские (в том числе с роботами-штабелерами), модули контроля качества продукции и технической диагностики оборудования.

Билет №26.

1. Адаптивные устройства управления роботов.

2. Электрические приводы.

1. Адаптивные устройства - в которых управление осуществляется в функции от информации о текущем состоянии внешней среды и само­го робота, получаемой в процессе управления от сенсорных уст­ройств.

Рассмотренные ранее системы программного управления реализуют про­стейший способ управления, когда априорно достаточно точно известно все о внешней среде и самом роботе, что позволяет заранее спланировать н запрограммировать работу робота.

Несколько типовых примеров, когда это не выполняется:

• операция взятия произвольно расположенного или перемещающегося объекта (для ее выполнения необходимо автоматическое наведение схва- та манипулятора на объект); П навинчивание гайки на болт (для этого требуется предварительно "наживить" гайку на резьбу);

• дуговая сварка швов, положение которых может варьироваться (требуется вести сварочную головку строго по шву и с определенной угловой ориентацией);

• вставление стержня в отверстие с точностью, которая превышает точ­ность позиционирования при программном управлении, и поэтому требует пробных поисковых движений;

• движение в заранее неизвестном пространстве с обходом непредви­денных препятствий и т. п.

Для выполнения подобных операций необходимо оперативно получать информацию о среде непосредственно в ходе их выполнения для исполь­зования ее в реальном времени при управлении движением. Такое управ­ление в функции от текущей информации о внешней среде называется адаптивным. Необходимым условием его реализации является наличие сенсорных систем, дающих эту информацию, т. е. "очувствление" робота. Адаптация расширяет функциональные возможности робота при выпол­нении задач, не решаемых программно, и упрощает его эксплуатацию, не требуя точного знания модели внешней среды и самого робота.

При выполнении конкретных технологических операций адаптивное управление чаще всего применяется в комбинации с программным, обес­печивая изменение структуры системы программного управления и под­стройку ее параметров или сборку управляющей программы или, нако­нец, смену ее, когда необходимо полностью переходить на управление по текущей сенсорной информации.

2.Электропривод - это электромеханическая система для приведения в движение исполнительных механизмов рабочих машин и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса. Современный электропривод — это совокупность множества электромашин, аппаратов и систем управления ими. Он является основным потребителем электрической энергии (до 60 %) и главным источником механической энергии в промышленности.

Электропривод - электромеханическая система, состоящая из преобразователей электроэнергии, электромеханических и механических преобразователей, управляющих и информационных устройств и устройств сопряжения с внешними электрическими, механическими, управляющими и информационными системами, предназначенная для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса.

В промышленных роботах нашли применение электроприводы следующих типов:

• На двигателях постоянного тока традиционных коллекторных и бесколлекторных(вентильных);

• На асинхронных двигателях как нерегулируемых(с цикловым управлением), так и с частотным управлением;

• На шаговых двигателях;

• На различного типа регулируемых муфтах в сочетании с нерегулируемым асинхронным двигателем или двигателем постоянного тока;

• На электромагнитах (соленоидных и других типов).

В основном применяются традиционные электроприводы с угловым перемещением, т.е. вращающиеся. Однако в роботах с поступательными перемещениями наряду с вращающимися двигателями в комбинации с механизмами, преобразующими вращательное движение в поступательное, нашли применение и специальные линейные приводы постоянного и переменного тока.

Электроприводы для роботов в общем случае включают электродвигатель, снабженный датчиками обратной связи по положению и скорости, механическую передачу, часто тормоз, иногда муфту(для защиты двигателя от перегрузки) и устройство управления.

К перспективным разработкам электрических приводов для роботов относятся высокомоментные безредукторные двигатели, приводы с непосредственным цифровым управлением и бездатчиковые приводы с расчетом значений перемещения и скорости по измеряемым электрическим переменным двигателя.

Билет №27

1. Интеллектуальные устройства управления роботов.

2. Групповое управление в робототехнических системах.

1. Интеллектуальное управление— высшая ступень управления в теории автоматического управления после программного и адаптивного. Оно основано на применении методов искусственного интеллекта.

Основная область применения интеллектуального управления — это, прежде всего, сложные объекты и большие системы, для которых до­ступно описание только на семиотическом уровне. Вместе с тем интел­лектуальное управление часто требуется и для достаточно простых объ­ектов, если с их помощью решаются интеллектуальные задачи или если сама задача управления ими требует интеллектуального подхода, напри­мер, в силу сложности внешних условий.

В робототехнике искусственный интеллект требуется, прежде всего, для решения следующих задач:

1. обработка сенсорной информации;

2. формирование моделей внешней среды;

3. принятие решений и планирование поведения;

4. управление движением;

5. создание интеллектуального интерфейса между человеком-оператором и роботом.

Рис. 9.6. Схема системы интеллектуального управления роботом

В центре схемы находится блок памяти, двусторонне связанный с други­ми системами, перерабатывающими информацию. Объем и уровень ор­ганизации памяти — главный показатель интеллектуального потенциала робота. В блок памяти входит база знаний о внешней среде — основа ин­теллекта — и база данных, как о внешней среде, так и о самом роботе и об операциях, которые он может выполнять.

База знаний о внешней среде содержит как априорную информацию, вводимую до начала работы, так и оперативную сенсорную, которая приобретается в процессе восприятия окружающей среды при выполне­нии роботом заданных действий, а также в процессе его специальных по­знавательных действий для изучения этой среды. Эта информация вклю­чает в себя описание геометрических и других физических характеристик объектов среды и их взаимосвязь. Такое описание, как отмечалось, имеет иерархическую структуру.

Введение в эти планы (карты) времени как параметра дает картину внешней среды в динамике с учетом взаимодействия ее объектов друг с другом и с роботом. База знаний о внешней среде содержит также прави­ла, позволяющие моделировать возможные изменения этой среды. Сами знания представляются в виде логических и сетевых моделей среды.

Блок обработки сенсорной информации получает из блока памяти экст­раполяцию изменения состояния внешней среды, а передает в него кор­рекцию этого состояния на уровне непосредственной сенсорной картины среды.

Блок оценки ситуации и блок планирования поведения получают из бло­ка памяти текущую модель внешней среды, а передают в него соответст­венно ее оценку по определенным критериям и синтезированный план управления движением робота. При синтезе этого плана применяются различные приемы решения задач, разработанные в рамках искусственного интеллекта, в том числе: /

• поиск решения в пространстве состояний (нахождение последователь' ности преобразования исходного состояния в конечное целевое);

• сведение задачи к подзадачам (последовательное разбиения задачи на подзадачи вплоть до элементарных, решение которых известно);

• решение в форме доказательства теорем (формулирование задачи как теоремы и ее решение (доказательство) на базе системы аксиом).

В задачу блока оценки ситуации входит также оперативная корректи­ровка целей управления и их приоритетов.

Блок интеллектуального интерфейса, помимо связи с оператором, в об­щем случае должен быть двусторонне связан со всеми перечисленными функциональными блоками.

В схеме отсутствует в явном виде блок, ответственный за реализацию способа интеллектуального управления, как это имеет ме­сто для адаптивного и программного управления. Объясняется это тем, что искусственный интеллект распределен по всем функциональным блокам схемы в соответствии с перечисленными функциями, при реали­зации которых он может требоваться. В конкретных системах он может присутствовать в любом из этих блоков.

2. Групповое управление — это совместное связанное управление несколь­кими объектами. Основной целью такого управления является выполне­ние объектами общей технологической операции с определенным рас­пределением между ними отдельных ее частей. Кроме того, оно может требоваться и для предотвращения взаимных помех, например, столкно­вений движущихся объектов, при выполнении ими самостоятельных операций.

Примеры задач группового управления:

1. управление производственным оборудованием, совместно реализую­щим единый технологический процесс, например, в составе техноло­гической линии;

2. управление группой подвижных объектов (летательные аппараты, ав­томашины и т. п.), движущихся строем или решающих другую общую задачу;

3. управление электрогенерирующими агрегатами, работающими на общую нагрузку с контролем распределения ее между агрегатами.

Применяемые в робототехнике системы группового управления могу т быть разделены на следующие иерархические уровни:

4. совместное управление приводами исполнительных систем роботов;

5. управление несколькими манипуляторами одного робота;

6. управление несколькими роботами;

7. управление роботами и совместно работающим с ними другим техно­логическим оборудованием в составе технологических комплексов.

Билет №28.

1. Релейное управление роботов.

2. Гидравлические приводы.

1. В теории автоматического управления используются два фундаменталь­ных принципа управления — по возмущению и с обратной связью по от­клонению от предписанного режима.

Как известно, отрицательная обратная связь ослабляет влияние воздей­ствий всех внешних и внутренних возмущений, включая нестабильность параметров и помехи, и этот эффект растет с усилением обратной связи. При увеличении коэффициента обратной связи в пределе получается ре­лейная обратная связь. Как известно, релейное звено без зоны нечувстви­тельности эквивалентно звену непрерывного действия с коэффициентом передачи, равным бесконечности. Следовательно, такая предельно силь­ная обратная связь должна соответственно обеспечить и предельную не­зависимость охватываемого ею объекта от любых возмущений — внеш­них и внутренних, а в рассматриваемом случае — робастность привода.

На рис. показана схема такой релейной системы управления привода.

Здесь имеются 2 обратные связи — по положению q и по скорости q . Для объектов третьего порядка необходимо соответст­венно повысить порядок гибкой обратной связи, т. е. перейти к обратной связи по ускорению. Это отражено введением дифференцирующего зве­на, показанного пунктиром (рис.). Показано, что в манипуляторах такие приводы ведут себя как автономные со стабильным качеством

Поскольку в таких системах двухпозиционного релейного управ­ления в установившемся режиме неизбежны автоколебания, здесь необ­ходимо принимать специальные меры для их устранения. Простейшее средство — это введение в релейную характеристику зоны нечувстви­тельности. Оно применимо, когда требование к точности управления до­пускает статическую ошибку, обусловленную этой зоне нечувствитель­ности. Другой путь — это использование скользящего режима путем повышения за счет соответствующей коррекции и соответственно сниже­ния их амплитуды. При этом возникает задача обеспечения устойчивости скользящего режима во всем диапазоне изменения параметров системы. Кроме этого, релейное управление создает еще одну трудность: при на­личии гибких звеньев в системе оно при релейных переключениях двига­теля неизбежно возбуждает в приводе упругие колебания, для борьбы с которыми необходимо принимать специальные меры.

2. Гидроприводы нашли основное применение е роботах большой грузоподъемности, а также в роботах средней грузоподъемности, когда требуется особо качественное управление. Гидропривод состоит из тех же основных частей, что и пневмопривод. Основой его является двигатель поступательного движения (гидроцилиндр) или углового движения (поворотный гидродвигатель), которые устроены подобно аналогичным пневматическим двигателям, только вместо сжатого воздуха в них используется жидкость (обычно масло) под давлением до 20 МПа. Соответственно создается и на 2 порядка большее усилие. Сжимаемость жидкости обеспечивает гидроприводу значительно лучшие динамические и точностные характеристики по сравнению с пневмопри­водом.

Управление гидравлическими двигателями осуществляется с помощью золотников и клапанов, которые имеют обычно электрическое управле­ние, т. е. представляют собой электрогидравлические усилители (ЭГУ). Гидроприводы чаще всего выполняют с непрерывным управлением.

В отличие от пневмоприводов гидроприводы имеют свой блок питания, входящий в состав робота. Этот блок состоит из гидронасоса, фильтра, регулятора давления, устройства охлаждения (обычно водяного) и мас­ляного аккумулятора с запасом масла.

В устройстве управления управляющие программы записывают­ся на магнитном диске — для каждого привода на отдельной дорожке.

Билет 29.

1. Непрерывное программное управление роботами.

2. Микроприводы

1.Главное отличие таких роботов от роботов с дискретным позиционным управлением заключается в непрерывном движении рабочего органа манипулятора по траектории, хотя сама программная траектория может задаваться в виде последовательности точек. Типичный пример – промышленные роботы для дуговой сварки и резки, для нанесения покрытий. Качество и устойчивость при непрерывном управлении нужно обеспечивать непрерывно по всей траектории движения, в отличии от дискретного позиционного. При непрерывном управлении также может применяться дуальное управление – непрерывное управление является основным режимом, а переход к релейному осуществляется эпизодически при больших отклонениях от траектории.

Управляющая программа такого робота будет состоять и программной траектории с добавкой на динамическую коррекцию, чтобы скомпенсировать динамическое запаздывание. Управляющую программу можно находить и экспериментальным путем обучения на реальном роботе:

1ий способ – путем непрерывного перемещения рабочего органа манипулятора рукой оператора с записью сигналов с датчиков обратной связи приводов.

2 ой способ – последовательная установка рабочего органа с помощью приводов в точках, заранее выбранных на программной траектории с записью показаний датчиков обратной связи приводов, как при программировании систем дискретного позиционного управления. Затем для формирования заданной траектории между этими точками при воспроизведении запрограммированного движения используется интерполятор. Динамическая коррекция подбирается путем многократного воспроизведения требуемой траектории за заданное время.

2.С развитием микроробототехники в первую очередь потребовались соответствующие приводы для микроперемещений. Одним из таких микроприводов стал пьезопривод. Он представляет собой пакет из пьезокерамических шайб с нанесенными на торцы серебряными электродами, на которые параллельно подается электрическое напряжение. При этом за счет обратного пьезоэлектрического эффекта происходит увеличение или уменьшение толщины шайб в зависимости от полярности приложенного напряжения. Величина перемещения на выходе – до десятых долей мм; скорость – до 1—2 м/с; погрешность - доли мкм, усилие – сотни Н, мощность десятки Вт. Из таких преобразователей создаются трехстепенные микроманипуляционные системы. Они часто комбинируются с обычными электромеханическими манипуляционными системами для точной корректировки рабочего хода.

Другие типы микроприводов – пьезомагнитные, электро- и магнитострикционные, биометаллические, на эффекте памяти формы, электростатические, пневматически и гидравлические.

Билет 30.

1. Человеко-машинные системы.

2. Искусственные мышцы

1.Раньше была «защита от дурака». Сейчас больше актуальна защита от злоумышленника. Да и вообще проблема человеческого фактора очень актуальна сейчас. Даже самый профессионал может допустить маленькую, но критическую ошибку, которая может координально изменить конечные результаты. В робототехнике эта проблема существует как «робот-человек».

Роль каждого компонента в человеко-машинных системах определена. И человек, и машина могут занимать в системе центральное положение. Конструктор системы стремится поднять качество человеческого входа до уровня машины. С ростом мощности роль машины становится более центральной, а роль человека — менее центральной. Машина выполняет функцию процессора, а человек вводит в нее вход. По мере увеличения гибкости машины она делает больше шагов обработки и дает более одного выхода. Автоматизированные модели специального назначения могут быть снабжены воспринимающим устройством, способным «читать» идущий процесс. Считанные данные могут автоматически передаваться в центральный процессор. 'Процессор обрабатывает этот вход и интерпретирует качество параметра (т. е. характеристику) физического процесса. Таким образом, функция машины может быть расширена и может включать в себя входную функцию.

В ходе непрерывного усложнения и интенсификации техники обостри­лась проблема взаимодействия с ней человека. Подтверждением этому служит прогрессирующее нарастание аварий, в том числе глобаль­ного характера, по вине персонала, причем, прежде всего, с наиболее со­временными объектами.

В целом можно так систематизировать эту проблему:

• упомянутая тенденция роста сложности и интенсификации техниче­ских систем вызывает повышение функциональных требований к че­ловеку, все чаще оказывающихся на пределе его возможностей, а ино­гда и превышающих их;

• эта ситуация резко усугубляется в нештатных и аварийных ситуациях, при чем обычно непрогнозируемых;

• человек в технических системах — компонент ненадежности;

• требования к жизнеобеспечению и безопасности человека существен­но обременительны для технических систем с его участием;

• участие человека все более ограничивает перспективы создания прин­ципиально новой техники.

Принципиально возможны следующие варианты решения этих проблем:

• Замена человека техникой и тем самым снятие проблемы "челове­ческого фактора".

• Обеспечение контроля за человеком, блокирующего его действия, не адекватные ситуации, в тех случаях, когда человек необходим и со­временная техника не позволяет его полноценно заменить, или такая замена технико-экономически невыгодна.

Основным средством решения проблемы являются робототехника и ис­кусственный интеллект. В свою очередь собственно в робототехнике эта проблема также существует, как проблема "человек-робот".

Человеко-машинная система - система, в которой человек-оператор или группа операторов взаимодействует с техническим устройством в процессе производства материальных ценностей, управления, обработки информации и т.д.

2.Современные приводы по своим массогабаритным параметрам на порядок уступают поперечнополосатым мышцам животных и человека. Первыми разработками приводов, получивших название искусственная мышца, пневматические приводы, в которых цилиндр с поршнем заменялся эластичной трубкой в оплетке крест-накрест. При подаче в трубку воздуха под давлением она, она сокращается до 1/3 длины, имитируя работу мышцы. Такие приводы имеет массу в 3-4 раза меньшую, чем пневматические цилиндры той же мощности.

Устройство состоит из 2 пневматических приводов одностороннего действия. При повышении давления в одном из них и одновременном понижении на ту же величину в другом первый привод сокращается, удлиняя второй. В результате через трос происходит поворот блока, которой связан со звеном манипулятора. Угол поворот блока практически прямо пропорционален разности давлений в приводах.

Также есть мышцы, которые тоже состоят из эластичных материалов, но вних уже есть газ и он нагревается за счет тока. Газ расширяется или сужается – так мышца работает.

Электромагнитная искусственная мышца состоит из многовитковой обмотки, сжатой в жгут, в которой проводники с электрическим током противоположного направления прижаты друг другу. При пропускании по ним тока они вследствие электромагнитного силового взаимодействия расходятся в поперечном направлении. В результате длинна жгута сокращается.

В последнее время значительные успехи достигнуты в разработке электростатических искусственных мышц из полимеров деформирующихся в электрическом поле. Так, силиконовые и акриловые пластины толщиной в десятки мкм под действием напряжения а несколько кВ расширяются перпендикулярно полю более чем вдвое, создавая усилия в десятки Н.

Есть разработки, где используются химические реакции, но там скорость намного меньше. Общим достоинством всех предложенных приводов типа искусственная мышца являются в не­сколько раз лучшие массогабаритные параметры по сравнению с тради­ционными приводами.