Лекція 16 . Системи автоматичного керування роботами

Головна особливість систем автоматичного керування роботами – їх автономна робота без безпосередньої участі людини. Функція оператора складається лише у навчанні, запуску і подальшим періодичним наглядом за роботою робота. Залежно від програми керування роботі розділяються на 3 покоління:

– перше покоління – з жорсткою програмою;

– друге покоління – з адаптивною системою;

– третє покоління – інтелектуальні системи.

16.1. Особливості систем автоматичного керування

Порівняння різних САК можна провести за наступними характеристиками:

– тип траєкторії руху робота;

– цикл керуванням;

– джерела інформації для синтезу закону керування;

– алгоритм керування;

– спосіб програмування СК.

Тип траєкторії руху робота

Циклові СК забезпечують лише дискретну траєкторію руху. Кожна її дискретна точка відповідає одній комбінації із загального числа сполучень крайніх ланок маніпулятора. Позиціювання в крайньому положенні реалізується звичайно механічним упором. Головний недолік дискретності траєкторії – неповна доступність точок робочої зони робота.

Позиційні СК забезпечують квазінеперервну траєкторію. Це значить, що траєкторія неперервна, але позиціювання можливе тільки в дискретних значеннях неперервної функції. Число дискретних значень залежить від можливостей пристрою керування і становить від кількох сотень до кількох тисяч точок.

Контурні, адаптивні і інтелектуальні СК забезпечують неперервні траєкторії руху, тобто можливість позиціювання в будь-якій точці робочої зони робота. Більше того, параметри руху (швидкість, прискорення, уповільнення) можна змінювати в процесі переміщення по траєкторії.

Цикл керування

Циклові системи керування мають розімкнений цикл керування, тобто сигнали керування надходять із програматора безпосередньо на привід робота.

У позиційних СК цикл замкнутий по точках позиціювання і розімкнутий для руху між точками позиціювання, котрий проходить за заданим законом.

У контурних СК цикл керування замкнутий по внутрішній інформації про динамічні складові ланок робота.

Адаптивні СК мають додатковий контур для організації замкнутого циклу по зовнішній інформації про динамічний стан середовища.

Інтелектуальні СК додатково мають замкнений цикл по зовнішніх і внутрішніх ланках.

Джерела інформації

У циклових СК звичайно не використовуються інформаційні датчики. Виняток становлять кінцеві вимикачі, що фіксують знаходження ланок у крайніх положеннях.

У позиційно-контурних системах кожна ланка обладнується обов’язково датчиками положення, сигнал якого надходить на пристрій порівняння для формування сигналу розузгодження між задавальним і поточним положенням ланок.

У адаптивних СК до датчиків внутрішньої інформації добавляються датчики зовнішнього відчування.

В інтелектуальній системі засоби відчування об’єднуються з базою знань.

Алгоритм керування

У циклових СК алгоритм керування формується у вигляді логічної послідовності спрацювання ланок маніпулятора.

У позиційних СК поряд з логічною послідовністю рухів ланок існує ще закон інтерполяції, що визначає рух між точками позиціювання.

У контурних, адаптивних а інтелектуальних системах алгоритм керування синтезується у результаті розв’язання диференційного рівняння, що описує динаміку робота.

Спосіб програмування

Циклові системи програмуються шляхом фізичної настройки механічних упорів і ручного набору циклограми на програматорі.

Позиційно–контурні системи програмуються у режимі безпосереднього навчання з використанням мови машинних кодів або із застосуванням мов програмування високого рівня. Використовуються також спеціальні мови програмування, що враховують специфіку робота.

Для адаптивних і інтелектуальних систем характерні автоматизовані й автоматичні способи програмування.

16.2. Циклові СК

Основний принцип циклового керування ПР, що полягає у здійсненні позиціювання маніпулятора по упорах, визначає низку характерних особливостей ЦСК:

– програмування логічної та технологічної інформації дискретного виду, що визначає послідовність рухів ланок маніпулятора, тривалість позиціювання і т.д.;

– виділення інформації про переміщення по окремих ступенях рухомості, яка задається за допомогою регульованих упорів або датчиків положення;

– порівняння заданого й фактичного положень ланок маніпулятора у природному коді;

–

Рис.16.1. Загальна структура системи циклового керування

У загальному випадкові склад пристрою циклового програмного керування включає в себе керувально-обчислювальний модуль, програмоносій, блоки спряження з роботом і технологічним обладнанням, панель керування й пульт ручного керування навчанням.

Основою системи є керувально-обчислювальний модуль, функція якого полягає у формуванні мікрооперацій (керуючих імпульсів), відповідних необхідному алгоритму, для видачі їх в операційні вузли та інші функціональні блоки. В електронних пристроях циклового програмного керування як керувально-обчислювальний модуль застосовують мікропрограмні автомати різного типу. Організація керувально-обчислювальних модулів мікропроцесорних систем циклового керування реалізується на базі мікропроцесорних наборів і мікроЕОМ різних конфігурацій.

Для запам’ятовування і зберігання інформації про послідовність виконання команд у системах циклового керування як програмно-задавальні модулі можуть бути використані:

а) електромеханічні інформаційні носії – штекерні та комутаційні поля, програмні барабани, діодні програмовані матриці, роз’єми, перфокарти і т.п.;

б) електронні, побудовані на основі напівпостійних запам’ятовувальних пристроїв з електричним перезаписом інформації.

Блок спряження з роботом і технологічним обладнанням виконує функції формування команд керування приводами, опитування стану датчиків, що виробляють сигнали підтвердження відпрацювання, обміну інформацією з обслуговуваним технологічним обладнанням.

Панель керування призначена для задавання режимів роботи, пуску й зупиннення програми, індикації ходу відпрацювання програми, стану і правильності функціонування вузлів, сигнали ручного переміщення ланок формуються за допомогою пульта ручного керування.

Програмування керуючої інформації проводиться по кадрах, склад та число яких визначається командами, що видаються на приводи робота і ТО. При автоматичному відтворенні програми інформація про почерговість виконання окремих операцій зчитується по кадрах із програмоносія в керувально-обчислювальний модуль, котрий формує команди керування в блок спряження з роботом та ТО.

Уніфіковані циклові системи

Вони призначені для керування роботами з проміжним позиціюванням окремих ланок маніпулятора по висувних упорах і різного виду технологічних обладнаннях із складною логікою керування.

УЦС характеризуються наступними особливостями:

– здійснюють керування висувними опорами;

– реалізуються алгоритми гальмування ланок робота при наближенні до упора;

– використовуються збільшена кількість команд’

– формуються технологічні програми із змінною послідовністю кадрів;

–

Рис.16.2. Структурна схема уніфікованого пристрою циклового керування УЦМ–663.

Типовим прикладом систем такого типу є уніфікований пристрій циклового керування УЦМ–663, структурна схема якого зображена на рисунку16.2.

Склад пристрою і принцип дії

У якості програмоносія в системі використовується “енергонезалежний” оперативни-запам’ятовувальний пристрій на інтегральних мікросхемах, що дозволяє зберегти записану інформацію при відключенні джерела живлення.

Керуюча інформація формується блоком центрального керування у відповідно до програми, що записана в ОЗП.

Система видачі команд на робот, що має в своєму складі програмовані діодні матриці, які реалізують різні алгоритми керування, забезпечує спряження пристрою з приводами циклових роботів.

Сигнали керування, котрі виробляються блоками керування роботом і ТО, безпосередньо надходять на відповідні приводи через блок вихідних підсилювачів.

Блок спряження з датчиками робота і спеціальна схема в блоці керування ТО формує сигнал відпрацювання кадру.

Для попередження аварійних ситуацій у пристрої передбачена програмована за допомогою спеціальних діодних матриць система аварійного блокування, що видає на блок центрального керування сигнали дозволу команд.

Програмування пристрою здійснюється шляхом покомандного набору програми на пульті оператора. Змінний формат кадру, що включає одну або кілька виконуваних одиничних команд, є однією з характерних особливостей системи.

Пристрій УЦМ–663 має досить розвинуту мову програмування (систему команд). Кожна з команд являє собою 8-розрядне слово, що складається із коду операції (старші розряди), не обов’язкової в загальному випадку інформаційної частини (молодші розряди) і контрольного розряду. Команди “Движение” призначені для ручного керування ланками маніпулятора. Будова пульта оператора дозволяє закодувати операцію, номер керованої координати і напрямок її руху.