Рейнгард Геттнер - Роботы сегодня и завтра

Электронные системы управления промышленных роботов — зачастую комбинированные устройства, действующие по принципу временного плана или последовательного порядка. Система управления по принципу временного плана осуществляет управление, опираясь на запланированное на каждую операцию время (часто это необходимо для некоторых монтажных роботов). Программа задается в блок памяти при помощи перфоленты, магнитной ленты или другими подобными носителями информации. Система последовательного порядка построена по принципу зависимости отдельных шагов в программе управления от функционального выполнения технологического процесса. Здесь на определенных участках бывает необходимым применение микроЭВМ. Основываясь на логических решениях механизма управления, выполняются отдельные шаги рабочего процесса. В этих системах нет датчика времени.

Схематическое изображение взаимодействия системы управления с другими системами промышленного робота (по Шниезе).

Система управления промышленным роботом может дополняться управлением последовательного порядка для отдельных отрезков процесса (это могут быть температура или качественные показатели обрабатываемой детали), в то время как весь процесс осуществляется на основе управления по принципу временного плана. В рамках общей системы управления может возникнуть необходимость использования регулировочных контуров для выполнения частных функций.

В соответствии с задачами роботов применяются и различные системы управлений на основе микроэлектроники. Для роботов в специальных технологических процессах в ГДР была разработана система управления типа «IRS 650». Эти роботы должны совершать координированные, одновременные движения несколькими осями (например, роботы, выполненные по шарнирной схеме). Данное управление отличается гибкостью и может быть легко приспособлено к различным технологическим процессам. Подсоединяемый при помощи кабеля командный щит позволяет осуществлять управление и программирование с наиболее благоприятной с технологической точки зрения позиции. Программирование осуществляется косвенным обучающим методом, причем здесь применяются текстуальные программы через встроенный кассетный магнитофон. Во время работы системы управления ведется контроль за всеми важными операциями. Потребитель располагает для эксплуатации и обслуживания комплектным набором программ, которые записываются на кассету с магнитной пленкой. При пользовании этими программами к управлению подключается дисплей, позволяющий обслуживающему персоналу или ремонтникам вести диалог с системой управления.

Чтобы добиться от робота соответствующего исполнения движений, необходимо замерять выполняемые его осями отрезки расстояний и углы. Для этих целей применяются системы замерения расстояний и проходимых путей. Они состоят из датчика замеренных величин и электронных схем для формирования и усиления сигналов. При необходимости подключается преобразователь сигналов, позволяющий подготовить их к дальнейшему использованию.

При программировании на месте установки промышленного робота система замера расстояний и путей подготавливает сигналы относительно пути и углов движений, выполняемых осями. При эксплуатации в «автоматическом режиме», т. е. при проигрывании программы, система управления задает соответствующие данные в качестве исходных величин. Одновременно осуществляется определение путевых и угловых позиций и посылаются соответствующие сигналы. Получаемая таким образом информация сравнивается с исходными позициями и затем подвергается анализу и дальнейшей обработке в системе управления, на основании чего выводятся новые команды управления роботом.

Программы управления для промышленных роботов получают также данные координат для определения точек в рабочем пространстве робота. Эти данные используются для управления осями.

В соответствии с заданной по программе последовательностью запрашиваются данные координат (номинальные величины позиции) по сигналам датчика времени или по точкам прерывания процесса. Таким образом, шаг за шагом прочитывается содержание блока памяти. Программа учитывает также необходимые технологические данные: рабочую скорость, давление и т. п.

Степень согласованности между заданной номинальной позицией движения и полученной позицией обозначается как точность позиционирования. Она имеет очень важное значение, например, при выполнении прецизионных работ, монтажных работ с мельчайшими деталями и т. п. Точность позиционирования зависит, наряду с безупречным функционированием монтажных узлов, и от надежности системы управления, которая зачастую играет решающую роль в том, сможет ли соответствующий тип робота выполнять те или иные манипуляции.

Не менее важную роль играет и точность повторов, т. е. степень согласованности в достижении определенных позиций, вызываемых одинаковыми командами управления в различные промежутки времени.

В зависимости от решаемых задач в промышленных роботах находят применение запоминающие устройства, которые различаются по виду, емкости, а также тем, может ли содержание запоминающего устройства быть стерто или нет. Сейчас на первый план выходят цифровые запоминающие устройства.

В зависимости от вида выполняемых задач промышленный робот оснащается точечной системой управления или системой управления с направляющими.

Точечные системы управления позволяют осуществлять в рабочем пространстве движение по любым направлениям. Следовательно, вдоль технологических линий не существует каких-либо определенных функциональных зависимостей по отношению к направлению движения отдельных осей. Подобные типы управлений можно встретить, например, при загрузке машины, во время монтажа и при других подобных рабочих операциях.

При системе управления по направляющим движение осуществляется вдоль заданной линии, состоящей из плотно расположенных точек, отклонения от которой недопустимы. Примерами могут служить покраска распылением, эмалирование, нанесение слоев. В будущем число промышленных роботов с управлением по направляющим и их относительная доля в общем числе роботов возрастут.

В отличие от программирования обрабатывающих процессов на станках с ЧПУ, для которого необходима в основном лишь информация о проходимом пути и порядке включений, программирование промышленных роботов осуществляется по значительно более широкой системе. При этом под программой понимается упорядоченное количество приказов для отработки определенного алгоритма. При помощи программ управления для промышленных роботов должны задаваться геометрия движений, последовательность исполнения, меры по осуществлению контроля, способы коммуникаций и т. п., составляющие отдельные шаги программы. Так, основываясь на данных рабочей документации по осуществлению технологического процесса, в систему управления промышленным роботом в закодированной форме подаются указания по отдельным операциям. Возможна также реализация заданной через блоки ввода информации путем компоновки отдельных программ, причем система управления должна интерпретировать накопленную информацию непосредственным или косвенным способом, после чего приводится в движение соответствующая ось.

Способ программирования, основополагающий принцип программы, а также место, где осуществляется программирование, зависят от вида выбранной системы управления. При внешнем программировании рабочая программа составляется в бюро по программированию и затем вводится в систему управления, при внутреннем — создается непосредственно «на месте», когда промышленный робот начинает работать и в его памяти накапливаются знания о последовательности выполнения тех или иных движений и операций, т. е. отдельных, специально для этих целей полученных значений позиционирования. Один из видов внутреннего программирования — повторное прохождение траектории на ручном управлении (прямое обучение программе).

Рабочая программа содержит комплекс указаний по исполнению цепочки операций, предусматривающих не только четкое исполнение каждого отдельного шага, но и условия, при которых либо операция должна быть прекращена, либо должны быть внесены определенные изменения. В такие рабочие программы заложены указания по исполнению операций цикла движений для информационной и управленческой связи с периферийными узлами и узлами основного технологического оборудования, а также информация, необходимая для выполнения операций по осуществлению технологического, организационного и обеспечивающего техническую безопасность рабочего процесса.