Классы точности промышленных роботов

При внешнем программировании ПР управляющая программа рассчитывается аналитически, готовится с помощью ЭВМ и вводится в робот.

При программировании в режиме обучения осуществляют тем или иным способом перемещение манипулятора с запоминанием роботом всех перемещений. В данном режиме обучение робота может выполняться вручную, когда перемещение манипулятора осуществляют вручную, полуавтоматически – при перемещении с пульта управления, автоматизировано – с применением ЭВМ в режиме диалога и с применением языков программирования.

Роботы могут работать по жесткой и гибкой программам. При этом системы управления ПР, работающих по жесткой программе, разделяются на цикловые, позиционные и контурные. В органах управления применяются разнообразные программоносители – ранее штекерные панели и барабаны, кассеты с магнитной лентой, теперь флоппи диски, CD диски, флэш память и другие жесткие и электронные носители информации, а также компьютеры и перепрограммируемые контроллеры, осуществляющие и управление приводами современных роботов.

Иерархия взаимодействия человека с роботом

Иерархическая структура взаимодействия человека с роботом целиком определяется системой управления. Процесс управления действиями автоматических роботов происходит без непосредственного участия человека, роль которого ограничивается наладкой, пуском и контролем их работы. Автоматические манипуляторы подразделяются на 3 вида:

1. Программные роботы. Роботы, которые работают по заранее спроектированной программе, вводимой в устройство памяти. Это типичные представители роботов первого поколения. Для их нормального функционирования необходимо, чтобы внешняя среда, в которой робот выполняет операции заранее была полностью известна и определенным образом организована. Например, детали и заготовки, с которыми манипулирует робот, должны быть строго ориентированы в пространстве. Большинство роботов первого поколения оборудовано системами ЧПУ. Жесткие программы в памяти робота упрощают его конструкцию и облегчают переналадку в конкретных производственных условиях.

Для выполнения операций сборки и монтажа необходимы системы другого класса.

2. Адаптивные роботы – роботы второго поколения. Они обладают свойствами самообучения, адаптации к внешним условиям и большей информационной емкостью. Исполнительные органы этих роботов снабжаются системой очувствления (сенсорными устройствами): датчиками сигнализации прикосновения рук робота к деталям, локационные, определяющие скорость движения и расстояние до предмета, телевизионные и оптические системы искусственного зрения, датчики усилий, моментов, цвета, температуры и другие. Датчики очувствления подают сигналы в ПК, где происходит обработка поступившей информации об условиях среды (фактической обстановке) и вырабатываются сигналы управления, подаваемые на приводы исполнительных органов. Это позволяет роботам выполнять различные циклы операций в не полностью определенной и частично меняющейся обстановке с адаптацией к ней, с поисковыми режимами, с автоматическим наведением.

3. Интеллектуальные роботы – роботы третьего поколения, часто называемые интегральными, обладают элементами искусственного интеллекта. С помощью сенсорных устройств (например, датчики зрения, давления, температуры) они способны распознать предметы в пространстве, строить модель среды, вырабатывать и автоматически принимать планы решения поставленных задач, а так же своих дальнейших действий, выполнять операции в распознанной обстановке, изменять свои действия с изменением ситуации, самообучаться по мере накопления производственного опыта.

Интерактивное управление манипуляционными механизмами предполагает частичное участие человека в процессе управления, выражающееся в различных формах взаимодействия оператора с ЭВМ. Различают три вида управления.

Автоматизированное управление, означающее чередование в определенной последовательности полностью автоматических и биотехнических режимов управления. Операции, на выполнение которых рассчитан робот, выполняются автоматически, а остальные в биотехническом режиме. Оператор выбирает последовательность включения автоматических режимов и длительность следования ручного биотехнического управления. Во всех случаях используются средства вычислительной техники.

Супервизорное управление характеризуется тем, что все части заданного цикла операций выполняются роботами отдельно автоматически. Переход от одной части операции к другой производится по команде оператора путем подачи им целеуказаний с помощью рукоятки, световым пером на экране дисплея, с клавиатуры управляющего ПК или другим способом.

Диалоговое управление предусматривает автоматическое выполнение роботом операций по частям в сочетании с большим разнообразием общения человека-оператора и ЭВМ в процессе управления. При этом значительно уменьшается зависимость от предварительно составленных программ, робот участвует в формулировке задач по достижению цели, он становится творческим партнером человека.

Биотехническое управление предусматривает непрерывное участие человека-оператора в процессе манипулирования, и подразделяется на командное управление, копирующее и полуавтоматическое управление. Работа манипуляторов в таком режиме управления ранее уже описана.

Некоторые сведения из истории

7-8- тыс. лет до н. э. человек применял первые инструменты для сверления отверстий в камне.

3-4 тыс. лет до н. э. появился гончарный круг – дальний родственник всех современных токарных и карусельных станков.

Во II веке до н. э. появились водяные часы: вытекавшая вода из сосуда поднимала поплавок, указывавший время на вертикальной шкале. Их автор – механик Ктезибий из Александрии.

Легенды и придания гласят о существовании механических людей и животных в древней Греции, у Гомера в его знаменитой «Илиаде» упоминается золотая женщина, помогающая богу-кузнецу Гефесту.

В XVI веке изобретены в Германии часы с пружинным приводом, их автор П. Хейнлейн. В часах использовались принципы и отдельные механизмы, получившие в последствии широкое распространение в разнообразных автоматах.

В 1675 году Х. Гюйгенс из Голландии построил первые маятниковые часы.

В XIX веке был создан токарный станок.

Многие изобретатели концентрировали свои силы на создании так называемых андроидов – автоматических устройств, копирующих внешний вид и движения человека.

Французский философ Рене Декарт создал механическую женщину, названную Франсиной. В 1637 году он писал, что наступит время, когда человечество создаст «бездушные механизмы», которые будут вести себя подобно людям. Он же одним из первых высказал конструктивную мысль о подобии животных машинам, написав: «Ничуть не покажется странным тем, кто знает, сколько различных автоматов или самодвижущихся машин может произвести человеческое искусство, пользуясь при этом немногими частями, в сравнении с множеством костей, мускулов, нервов, артерий, вен и других частей, находящихся в теле каждого животного». [5].

Наиболее достоверно известно о совершенных автоматах, созданных французским изобретателем и инженером Жаком де Вокансоном (1709-1782). Наиболее знаменит его пастух, играющий на свирели. Он играл 12 разных пьес, «производя звуки вдуванием воздуха изо рта в отверстие флейты, и изменял ее тоны действием пальцев на отверстия инструмента». Другой андроид Вокансона играл левой рукой на провансальской свирели, правой – на бубне и прищелкивал языком.

Его жестяная утка подражала с необычайной точностью всем движениям, крику и манерам поведения: плавала, ныряла, плескалась в воде, клевала пищу и выполняла при помощи скрытых внутри ее химических веществ обычный процесс пищеварения. Гёте в своем дневнике описал эту утку. Все эти автоматы были публично показаны Вокансоном в Париже в 1738 году.

В 20^х годах XVIII века Андрей Нартов создал автоматический суппорт, перемещающий резец вдоль обрабатываемой детали для токарно-копировальных станков. Он же предложил станок с применением сменных зубчатых колес для нарезания крупных винтов. В 1765 году И. Ползунов изобрел регулятор питания парового котла в виде поплавка, «автоматически» поддерживающего уровень воды.

Первым «промышленным роботом» можно считать осла, созданного в 1742 году Вокансоном. Осел ткал на обычном ткацком станке.

Швейцарский часовщик Пьер Дро и его сын Анри в 1774 году на выставке в Париже представили механического писца, который с важным видом макал гусиное перо в чернильницу и ровным красивым почерком выводил длинную фразу. При этом он двигал головой и оглядывал написаное. Были представлены рисовальщик и музыкантша, исполнявшая на фисгармонии сложные произведения.

Андроиды – механические люди («anthropos» - человек) – были отражением механического века сжатых пружин, можно утверждать, что это одна из разновидностей часов.

В 1784 году Дж. Уатт предложил центробежный регулятор скорости оборотов паровой машины.

В XVIII – XIX в. в. появились машины способные своими руками-механизмами воспроизводить разнообразные рабочие движения людей во многих трудовых процессах, создавались автоматы, работающие по жесткой программе. Основные математические и технические средства для развития машиностроения и основ автоматики были созданы в период промышленного переворота.

В 1830 году русский инженер и ученый П. Шиллинг изобрел магнитоэлектрическое реле – один из основных элементов электроавтоматики. В 1872 году В. Чикалев впервые продемонстрировал электропривод к швейной машине. В 1895 году С. Апостол-Бердичевский и М. Фреденберг создали первую в мире автоматическую телефонную станцию.

Достижения электроники, физики, электротехники и других наук позволили вновь приступить к конструированию человекоподобных автоматов на более высоком уровне. Окончательное формирование кибернетики как науки об управлении дало мощный стимул развитию робототехники. Создаваемые электронные игрушки служили примером практического воплощения идей кибернетического управления, моделируя целесообразное поведение насекомых и животных.

Первые простейшие схемы устройств, способных двигаться в направлении света – «моль» или удаляться от него – «клоп», разработал Р. Винер – родоначальник кибернетики. Наиболее известны три «черепахи», созданные английским биофизиком и нейрофизиологом Г. Уолтером в 1950-1951 годах, которые были способны двигаться на свет или от него, обходить препятствия, осуществлять поисковые движения, подходить к «кормушке» для подзарядки батарей. Черепашка Грея, белка Э. Беркли и другие подобные устройства содержали различные по сложности устройства, которые позволяли им обнаруживать определенной формы предметы, управлять исполнительными органами, двигаться в пространстве в поисках различных объектов, не сталкиваясь с препятствиями.

Эти работы по созданию кибернетических игрушек послужили основой для разработки первых современных промышленных роботов.

Первые промышленные роботы типа «Версотран» были выпущены фирмой АМФ (США) в 1962 году. В то же время появились первые промышленные роботы «Юнимейт-1900», которые стали применяться на заводах Дженерал Моторс, Форд, Дженерал Электрик.

В 1967 году начат выпуск роботов в Англии по лицензиям США, в 1968 – в Швеции и Японии (тоже по лицензиям США), в 1971 году - в ФРГ, в 1972 году - во Франции, в 1973 году – в Италии.

А уже в 1982 году парк ПР составил в Японии – 13000, в США – 6250, в ФРГ – 3500, в Швеции – 1300, в Великобритании – 1152, во Франции – 950 и в остальных странах Западной Европы – 2250. На 10000 рабочих в Швеции в 1982 году приходилось 17 ПР, в Японии – 10, 7, в ФРГ – 2,6, а в США – 2,3.

Производством ПР в мире занято более 150 фирм, выпускающих свыше 250 различных типов промышленных роботов.

Сегодня практически во всех развитых в техническом отношении капиталистических странах созданы национальные ассоциации по промышленным роботам, а в Японии работа в этой области возведена в ранг государственной программы, поддерживаемой и субсидируемой государством.

Наряду с разработкой простых ПР первого поколения усиленно ведутся работы по созданию роботов второго и третьего поколений.

В Массачусетском технологическом институте (США) система глаз - рука позволила создать робот, обладающий обратной связью и решающий сложные задачи: поймать мяч, брошенный в его направлении.

Разработанная в Стэнфордском университете в начале 70-х годов система глаз – рука могла самостоятельно осуществлять сборку водяного насоса из деталей, расположенных в беспорядке на рабочем столе.

Японская фирма «Хитачи» создала систему, способную собрать узел по чертежу: машина изучает проекции узла на чертеже, составляет план сборки и осуществляет его.

В области автономного перемещения роботов особое место занимают роботы Стэнфордского университета. В начале 70-х годов там был создан робот «Шейки» - мобильное радиоуправляемое устройство с телевизионной камерой. Управление осуществлялось с помощью формального языка. Робот анализировал ситуацию и планировал свои действия, направленные на выполнение задач, поставленных оператором. Он мог обходить препятствия на своем пути, проходить лабиринты [6].

В СССР практическое применение роботов началось в середине 60-х г.г. В 1966 году ЭНИКмаш (г. Воронеж) выпустил первый проспект на автоматический манипулятор для переноса и укладывания металлических листов. В 1968 году был создан первый подводный манипулятор, управляемый от ЭВМ (Институт океанологии Академии наук СССР). В 1971 году появились первые отечественные ПР УМ – 1, «Универсал - 50», УПК – 1[4]. Первым серийно выпускаемым в 1972 – 74 г.г. был ПР УМ – 1[3].

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: