3. Информационные системы

Кроме рассмотренных систем управления ПР оснащаются информационными системами, в значительной мере определяющими их функциональные возможности, сложность решения задач и эффективность использования. Информационные системы используются также для обеспечения безопасности обслуживающего персонала. В зависимости от выполняемых функций информационные системы разделяются на системы восприятия информации о внешней среде, системы контроля состояния ПР и системы обеспечения техники безопасности.

Системы восприятия информации о внешней среде. Они подразделяются на визуальные, локационные системы и системы искусственного осязания.

В визуальных системах для получения зрительного изображения чаще всего используются устройства монокулярного или бинокулярного искусственного зрения. В качестве датчиков применяют видиконы (передающие телевизионные трубки), фотоматрицы (наборы фотоэлементов) и т. и., управляемые от ЭВМ. С помощью этих систем определяют местоположение объекта по отношению к руке робота, контролируют наличие объекта в захватных устройствах или проводят классификацию по форме простых объектов.

Роботы с визуальными системами пока получили недостаточное распространение, что объясняется в основном длительностью времени обработки информации.

Локационные системы условно можно разделить на две группы: системы дальней и системы ближней локации рабочего пространства. Первые могут быть построены с использованием ультразвуковых, лазерных и светолокационных оптических систем.

Ультразвуковые дальномеры позволяют измерять расстояния до объекта в диапазоне до 2 м с погрешностью 2 %. Точность определения угловых координат (т. е. положения объекта) у ультразвуковых дальномеров значительно ниже, поскольку облучается большая часть поверхности предмета, что затрудняет выделение его локального участка для измерения. Поэтому ультразвуковые дальномеры используют для обнаружения объекта и грубого определения его положения в пространстве.

Локационные устройства на основе лазерных излучателей определяют пространственное положение объектов с весьма высокой точностью. Однако подобные устройства не находят широкого применения на практике. Это объясняется сложностью аппаратуры, большими габаритными размерами и высокой стоимостью.

Широкое применение могут найти светолокационные системы. В них рабочее пространство «ощупывается» световыми или инфракрасными лучами. В качестве излучателей используются лампы накаливания, светодиоды и другие излучающие свет приборы, в качестве приемников – различные конструкции с использованием фотодиодов и фоторезисторов. Точность определения расстояния с помощью светолокационных систем может достигать 2 мм на расстоянии до 2 м.

Системы ближней локации могут быть построены и на основе индукционных, магнитных и струйных преобразователей (датчиков). Наилучшими эксплуатационными характеристиками среди них обладают струйные преобразователи, действие которых основано на взаимодействии потока сжатого воздуха, вытекающего из сопла, с предметом локации. Недостатком струйных преобразователей является необходимость применения пневмоэлектрических преобразователей входного сигнала в электрический сигнал.

Общим недостатком дистанционных преобразователей, применяемых в локационных системах, является зависимость выходных сигналов от отражательной способности, неровности поверхности и материала исследуемых предметов; кроме того, исследуемая поверхность должна быть перпендикулярна световому лучу или воздушному потоку. Более универсальное применение имеют преобразователи, работающие на просвет (например, для контроля наличия объекта в захватном устройстве).

Особенностью работы систем искусственного осязания является наличие контакта датчиков с поверхностью объекта. С их помощью могут быть решены следующие задачи: поиск и обнаружение предметов, определение их положения; распознавание формы и их классификация; определение параметров объектов (масса, твердость, температура, теплопроводность и электропроводность и т. п.); контроль за микроперемещениями деталей при выполнении некоторых сборочных операций; контроль смещений объекта в захватном устройстве робота при воздействии на него динамических нагрузок.

Простейшими первичными преобразователями искусственного осязания являются тактильные преобразователи контактного типа. Они располагаются на наружных и внутренних поверхностях захватного устройства робота. В качестве чувствительных элементов используют микропереключатели и электропроводящие полимеры. Такие преобразователи рекомендуются для решения задачи контроля наличия детали в захватном устройстве, правильности ее центрирования, а также для поиска и распознавания пространственно не ориентированных предметов.

Контактные преобразователи могут быть объединены в матрицы. Это позволяет упростить определение ориентации объекта в пространстве, получить информацию о зоне контакта между захватным устройством манипулятора и удерживаемым объектом.

При использовании матриц следует учитывать ряд факторов. При низкой плотности расположения преобразователей в матрице могут быть применены микропереключатели, реле и т. д. Более высокие функциональные возможности ПР обеспечиваются при использовании матриц из пропорциональных преобразователей, которые применяют в основном для решения задачи классификации и определения формы объектов манипулирования.

Преобразователи усилия (моментов) применяют в роботах, осуществляющих манипулирование хрупкими и легкодеформируемыми предметами или выполняющих простые операции сборки. В первом случае преобразователи усилий позволяют регулировать усилие захвата пропорционально массе захватываемых объектов.

Для измерения усилий применяют два способа, по упругой деформации чувствительного элемента и по перемещению подвижной части чувствительного элемента.

Системы контроля состояния ПР. Обеспечивают требуемые эксплуатационные характеристики, включая надежность роботов, и участвуют в организации требуемых параметров движения. В силу этого системы контроля состояния ПР должны содержать: систему оценки положения ц скорости движений робота, обеспечивающую регистрацию фактического его состояния в каждый момент времени и сравнение с требуемыми параметрами движения; систему аварийной блокировки, обеспечивающую предотвращение поломок как механической системы ПР, так и обслуживаемого им технологического оборудования при появлении случайных сбоев; систему диагностики и прогнозирования ресурса роботов, предназначенную для сокращения времени восстановления их работоспособности и уменьшения числа отказов путем проведения соответствующих профилактических работ.

Система оценки положения и скорости перемещения узлов и механизмов является специализированной для конкретного типа ПР.

Основными требованиями, предъявляемыми к преобразователям таких систем, являются надежность, малые габаритные размеры и масса, помехоустойчивость к воздействию окружающей среды, простота юстировки, возможность отсчета абсолютных значений и низкая стоимость.

Для ПР со следящим приводом в состав системы входят первичные преобразователи положения и скорости перемещения отдельных степеней подвижности. В качестве преобразователей скорости применяют серийно выпускаемые тахогенераторы ТД-103, ПТ-1, ТП-11 либо двигатели постоянного тока серии ДПМ. В качестве первичных преобразователей положения используют проволочные потенциометры, индуктивные и индукционные преобразователи типа вращающихся трансформаторов.

Системы аварийной блокировки предназначены для предохранения ПР и обслуживаемых ими механизмов от поломок при появлении случайных сбоев, предельных внешних силовых воздействий и других помех в фазе транспортирования деталей. Номенклатура и число используемых в системе преобразователей определяются типом робота и характером решаемых им задач. Выбор типа преобразователей и места их установки на роботе зависит от используемой схемы контроля и управления.

Опыт эксплуатации ПР позволяет условно разбить все возникающие сбои и отказы на несколько видов: отдельные механизмы роботов доходят до своих кинематических ограничений; захватное устройство «натыкается» на деталь либо на отдельные части обслуживаемого им оборудования; робот пытается переместить деталь. не совершив необходимых предварительных движений по обходу препятствий.

В первом случае для предотвращения поломок ПР используются конечные выключатели, располагаемые в начале и конце каждой траектории движения, ограничивая максимально и минимально возможные перемещения роботов.

В остальных случаях аварийная блокировка осуществляется на основании анализа скоростей перемещения отдельных подвижных механизмов робота и сравнения их с программными. В том случае, когда препятствие не приводит к заметному изменению скорости движения робота, блокировка осуществляется на основании анализа сигналов либо тактильных преобразователей контактного типа, располагаемых на наружных поверхностях захвата роботов, либо силовых преобразователей, располагаемых на отдельных звеньях роботов.

Помимо контроля механической системы робота система аварийной блокировки должна включать блокировку при нарушении работоспособности систем числового программного управления и электроавтоматики.

Система обеспечения техники безопасности. Предназначена для формирования сигналов на остановку движения роботов в опасной для здоровья оператора зоне и при возникновении различных аварийных ситуаций. В качестве устройств, выдающих информацию об аварийной ситуации, используются контактные, силовые, индукционные, ультразвуковые и другие первичные преобразователи.

Контрольные вопросы, и задания

1. Как классифицируются системы управления?

2. Расскажите о технических возможностях и назначении унифицированных систем управления типа УЦМ.

3. Какие технические возможности обеспечивают унифицированные системы управления типа УПМ?

4. Расскажите о технических возможностях унифицированных систем управления типа УКМ.

5. Где и с какой целью используются комбинированные системы управления?

6. Как классифицируются информационные системы?

7. Опишите технические возможности визуальных систем..

8. Расскажите о технических возможностях локационных систем.

9. Какие первичные преобразователи применяются в локационных системах? Дайте им сравнительную характеристику.

10. Опишите технические возможности систем искусственного осязания.

11. Расскажите о видах и назначениях систем контроля состояния промышленных роботов.

12. С какой целью применяются системы техники безопасности роботов?