9.6. Роботы и гибкие производственные системы

В ряде случаев в промышленности, в строитель­стве, в работах под водой, а также тогда когда работы должны выполняться в опасных для жизни человека условиях возникает потребность в автома­тических машино-роботах, имитирующих действия че­ловека.

Робот - это технический комплекс, предназначен­ный для выполнения различных движений и некото­рых интеллектуальных функций человека и обладаю­щий для этого исполнительными устройствами, управляющими и информационными системами, а также средствами решения вычислительно-логических задач. Роботы, предназначенные для работы в промышлен­ности, называют промышленными роботами (ПР).

Рисунок 9.8

Пример промышленного робота приведен на рис. 9.8. Робот имеет в качестве исполнительного устройства манипулятор - механическую

руку с не­сколькими степенями подвижности. Для каждой сте­пени подвижности имеется свой привод. Движением всех звеньев манипулятора одновременно по всем сте­пеням подвижности управляет автоматическая систе­ма управления. Управление организуется так, чтобы расположенный на конце манипулятора «схват» или инструмент (например, окрасочный пистолет) получил при этом необходимое пространственное перемещение подобно движению человеческой руки.

Промышленные роботы делятся на три рода или «поколения»: программные, адаптивные и «интеллектные». Все они обладают перепрограммируемостью, то есть свойством изменять управляющую программу.

В роботах 1-го поколения (программные роботы) перепрограммирование осуществляется оператором, после чего робот действует, неоднократно выполняя жестко заданную программу. В роботах 2-го поколе­ния (адаптивные роботы) основы программы закла­дывает человек, но робот может в определенных рамках автоматически перепрограммироваться, ада­птироваться в ходе технологического процесса в за­висимости от обстановки, которая недостаточно полно известна заранее. В роботах 3-го поколения (интеллектные роботы) задание в самом общем виде вво­дится человеком, а робот обладает возможностью планировать свои действия в неопределенной или ме­няющейся обстановке, выполняя задание; таким об­разом, интеллектный робот обладает как бы элемен­тами искусственного интеллекта, то есть возможностью воспринимать обстановку и принимать решения, пла­нировать свои действия.

Чтобы не употреблять слово «интеллектуальный», которое имеет другой смысл, условились роботы с эле­ментами искусственного интеллекта называть интеллектными.

Важная разновидность роботов - роботы с ди­станционным управлением. Эти роботы применяются там, где непосредственное участие человека в вы­полнении работы невозможно или нежелательно из-за вредных для здоровья человека воздействий, напри­мер, сильная загазованность, радиация, опасность взрыва и тому подобное. Так как использование обычных робо­тов с программным управлением часто нецелесообраз­но, то появляется особый вид роботов - дистанцион­но управляемые роботы и манипуляторы.

Дистанционно управляемые манипуляторы по типу систем управления подразделяются на три вида: с командным управлением; с копирующим управле­нием; с полуавтоматическим управлением.

Дистанционно управляемые роботы разделяются на: роботы с супервизорным управлением; роботы с диалоговым управлением.

Командное управление манипулятором состоит в том, что человек-оператор, нажимая на различные кнопки или включая тумблеры, приводит в движение по очереди приводы манипулятора по разным степе­ням подвижности, добиваясь требуемого конечного по­ложения манипуляционного механизма.

Копирующее управление отличается тем, что чело­век-оператор работает с задающим механизмом, ки­нематически полностью подобным рабочему манипу­лятору. При этом каждый шарнир задающего меха­низма связан следующей системой с соответствующим шарниром рабочего манипулятора.

Полуавтоматическое управление осуществляется при помощи задающего механизма, выполненного в виде рукоятки со многими степенями свободы. Кине­матическая схема движения управляющей рукоятки строится исходя из удобства пользования ею и может не соответствовать кинематике рабочего манипуля­тора. Информацию об управляемом объекте человек-оператор получает по телевизионному каналу.

Все виды систем дистанционного управления имеют два канала: информационный (к человеку) и управляющий (от человека). Это обеспечивает созда­ние замкнутой системы управления.

Супервизорное управление роботом состоит в сле­дующем: на пульте управления человека-оператора имеется дисплейное (телевизионное) и другие устрой­ства отражения обстановки. Человек-оператор на ос­новании полученной информации принимает решения по управлению роботом. ЭВМ робота, получая коман­ды, исполняет их по соответствующей программе.

Диалоговое (интерактивное) управление состоит в том, что ЭВМ не только отрабатывает команды чело­века-оператора, но сама на основе обработанной ин­формации вырабатывает рекомендации человеку-опе­ратору. Робот может даже не выполнять неосторож­ные или приводящие к аварии результаты действий человека-оператора.

В настоящее время постоянно разрабатываются и начинают выпускаться все новые виды машин, прибо­ров и других видов продукции. Способность производ­ства быстро и без существенных затрат труда и средств переналаживаться для изготовления новой продукции или переходить на новые технологические процессы называется гибкостью производства.

Гибкая производственная система (ГПС) имеет многоуровневую иерархическую структуру. Нижний уровень образуют средства программного управления отдельными объектами - исполнительными устройст­вами в технологической линии (станком, роботом, транспортным устройством). Вторым уровнем ГПС яв­ляется гибкий производственный модуль. В состав мо­дуля входят несколько станков, роботы, вспомогатель­ные механизмы и так далее. Микро-ЭВМ модуля получает сигналы от каждого отдельного объекта, входящего в модуль. Микро-ЭВМ формирует команды управления на каждый из объектов своего модуля. Кроме того, она передает определенную информацию на следую­щий уровень ГПС.

Отдельные модули объединяются в гибкие автома­тизированные участки или линии. Участок, получая информацию от микро-ЭВМ гибких производственных модулей и задание сверху, автоматически в своей микро- или мини-ЭВМ формирует команды управле­ния отдельным модулям участка (линии). Гибкие про­изводственные участки объединяются в ГПС цеха, ГПС цехов могут объединяться в ГПС всего завода. При этом на каждом уровне имеется своя ЭВМ, а все ЭВМ и каналы связи образуют сеть ЭВМ.