Главная | Обратная связь

Классификация систем управления ПР

Основной принцип структуры управления РТК – иерархический. При чем, чем сложнее решаемые комплексом задачи, тем больше уровней иерархии в структуре СУ. Каждый более высокий уровень имеет дело с более широкими аспектами поведения всей системы в целом, получая информацию от более нижнего уровня и имея стратегические задачи от более высокого уровня, рассматриваемый уровень вырабатывает алгоритмы поведения нижнего уровня.

Самый высокий иерархический уровень в роботах и манипуляторах занимает оператор, который взаимодействует с любым уровнем управления, причем в биотехнических системах человек непрерывно включен в контур управления, в интерактивных роботах он подключается на время принятия решений, а в автоматических системах человек лишь иногда вмешивается в управление и может отменить на своем уровне любые решения, принимаемые автоматической СУ (аварийная ситуация, другие условия работы и т.п.).

Принято различать пять уровней управления роботами:

Уровень I (нижний) осуществляет управление непосредственно подвижными механизмами робота по отдельным функциональным степеням свободы. Уровень II осуществляет расчет управляющих воздействий, поступающих на приводы робота. Совместно I и II уровни представляют собой локальную СУ роботами или так называемый исполнительный уровень управления. В задачи этой системы (уровень II) входит также пересчет координат позиционирования рабочих органов робота из трехмерного пространства, в котором задается перемещение, в пространство характеристических координат и формирование траектории движения рабочих органов.

На уровне III синтезируется алгоритм управления рабочими органами ПР с учетом информации о внешней среде, которая вводится в блок управления от устройства очувствления через обратную связь системы. Как и на втором уровне здесь синтезируются алгоритмы управления элементарными операциями. В укрупненной системе оба уровня могут быть объединены в уровень синтеза элементарных технологических операций (его иногда называют техническим уровнем управления).

Уровень IV используется в случае, когда нужно задать последовательность операций в сложном ТП. Он синтезирует законченные сложные действия по достижению конкретной конечной цели управления (выполнение ТП). Здесь происходит дифференциация операций на элементарные, реализуемые нижним уровнем управления. Обратная связь дает информацию о состоянии рабочих органов робота и внешней среды для коррекции поведения робота, предписываемого верхним уровнем. Таким образом, уровень IV осуществляет разложение планов действий робота на элементарные операции, управление которыми синтезируется уровнями III и II. Этот уровень и называют стратегическим уровнем управления.

Уровень V обеспечивает функционирование всех подсистем СУ, надежность работы СУ, самоусовершенствование алгоритмов управления. На этом уровне осуществляется анализ информации, поступающей через обратную связь от устройства очувствления, строится модель внешней среды, прогнозируется ее изменение и в связи с этим синтезируется алгоритм поведения робота. На этом уровне общения с оператором осуществляется в диалоговом режиме на ограниченном естественном языке, возможно речевое управление роботом, его называют также высшим уровнем управления.

СУ ПР также можно разделить по различным признакам: способу управления движением; способу позиционирования; степени адаптации к условиям внешней среды; характеру участия оператора в управлении; количеству совместно управляемых роботов; способу программирования.

По способу управления движением СУ разделяются на системы программного управления, системы управления по функции состояния внешней среды и комбинированные.

По способу позиционирования СУ ПР подразделяются на цикловые, позиционные, контурные и адаптивные. Цикловые СУ являются простейшими средствами управления, при цикловом управлении программируется последовательность движений и интервалы между циклами. Информация о положении рабочих органов в таких системах задается, как правило для крайних положений исполнительных механизмов роботов. Цикловые системы могут быть как локальными, так и групповыми. Локальные СУ включают как простейшие системы с ограниченными возможностями управления, преимущественно жестким аппаратно реализуемым алгоритмом, так и системы с расширенными возможностями управления, варьируемым составом функций, а, следовательно, наличием стандартных программ; блочно-модульные системы имеют возможность программирования управления и выбора модификаций из полного функционального набора.

Групповые СУ, построенные по этому принципу, представляют собой блочно-модульные системы с развитыми возможностями управления и большим объемом памяти.

Позиционные СУ – это системы дискретного типа, в которых целью функционирования является лишь конечный результат перемещения исполнительного механизма, при этом траектория его перемещения может быть любой. Это большинство технологических операций транспортирования изделий, обслуживания оборудования, управление сборкой печатных плат, т.е. операций, требующих позиционирование объекта с заданной точностью. Позиционное управление неприемлемо для таких технологических операций, как сверка, нанесение покрытий и т.п., при выполнении которых нужно выдерживать непрерывную траекторию перемещения инструмента или объекта с заданной скоростью. Для этих операций используются системы контурного управления, в которых осуществляется управление непрерывным движением инструмента или детали и параметрами ТП. Контурное управление можно рассматривать как предельный случай позиционного управления, в котором число точек позиционирования стремится к бесконечности. Если использовать позиционное управление для воспроизведения непрерывной траектории, то можно программировать лишь опорные точки позиционирования в этой траектории, а промежуточные точки интерполировать с помощью логических устройств – линейных или круговых интерполяторов, когда траектория движения будет сглаженной кусочно-непрерывной.

По степени адаптации к условиям внешней среды СУ ПР можно классифицировать на системы неадаптивного и адаптивного управления и системы управления с искусственным интеллектом.

В системах адаптивного управления («рука») алгоритм функционирования системы остается неизменным и не зависит от условий внешней среды. Такое управление можно использовать при упорядоченной внешней среде, например, при сборке однотипных изделий, когда ТП остается неизменным, а управление осуществляется с помощью различных подпрограмм, каждая из которых рассчитана на свою модель изделия. Вызов новой подпрограммы осуществляется автоматически после завершения работы с предыдущим изделием.

В системах адаптивного управления («глаз-рука») в зависимости от условий внешней среды с целью сохранения качественных показателей системы или улучшения по статическим данным ее работы изменяют либо параметры, либо структуру элементов СУ. Кроме функции управления такая система может формировать разнообразные команды, такие как определение исходных материалов, наличие брака и др. Всю информацию для систем представляют сенсорные устройства внутренней и внешней информации.

Наиболее совершенные системы – системы с искусственным интеллектом («глаз-мозг-рука»), которые осуществляют управление роботом в сложных условиях (неорганизованная среда, нестандартные ситуации) при сформирования цели управления в самом общем виде, когда нельзя заранее предусмотреть оптимальное решение. В таких системах строится модель внешнего мира, прогнозируется ситуация, связанная с условиями внешнего мира, и на основании этих данных совершенствуется алгоритм управления.

По характеру участия в управлении человека-оператора СУ ПР подразделяются на автоматические и автоматизированные.

Автоматическими называют системы любого типа, работающие без участия человека. В автоматизированных СУ часть функций управления берет на себя человек-оператор.

По количеству совместно управляемых роботов СУ ПР подразделяются на системы группового и индивидуального управления.

В системах индивидуального управления каждый из ПР имеет локальную СУ, в задачу которой входит координация работы отдельных функциональных элементов ПР между собой и с обслуживаемым роботом технологическим оборудованием, транспортными средствами, технологической оснасткой и средствами упорядочения объектов роботизации, с которыми взаимодействуют ПР. Системы группового управления – централизованные, децентрализованные и комбинированные – осуществляют управление группой ПР и ТП, который они совместно реализуют, причем каждый робот может иметь свою локальную СУ (децентрализованное управление). Управление от ЭВМ (централизованное управление).