Системы управления промышлениыми роботами

Управление промыиrленными роботами - это совокупность воз­действий на их механизмы, обеспечивающих выполнение ими ра­бочего цикла, а система управления - совокупность устройств, реализующих эти воздействия. Применительно к роботам разли­чают два вида управления: автоматическое и ручное.

Ручное управление основывается на том, что решения об ис­полнении тех или иных элементов рабочего цикла принимает чело­век - оператор робота, который включает или выключает соот­ветствующие механизмът и задает параметры их работы. При руч­ном управлении используют различные исполнительные устрой­ства: механические, гидравлические, пневматические, электри­ческие, электронные и комбинированные.

Автоматическое управление состоит в том, что решения об исполнении элементов рабочего цикла принимает система уп­равления без участия оператора. Она же выдает команды вклю­чения и выключения механизмов робота и управляет их работой.

По функциональному назначению разделяют следующие виды автоматического управления:

управление неизменяемыми повторяющимися циклами обра­ботки или загрузки-выгрузки; примером служат транспортные и загрузочно-разгрузочные устройства автоматических линий или агрегатных станков массового и крупносерийного производства циклы смены инструмента в многофункциональных станках типа «обрабатывающий центр»;

управление изменяемыми автоматическими циклами движений (цикловое программное управление), которое задают в виде ин­дивидуальных для каждого цикла материальных моделей-анало­гов (копиров, наборов кулачков, системы упоров и т.д.); приме­рами являются системы управления роботами для загрузки и выг­рузки часто сменяющихся типов деталей, например на копиро­валънъrе станки или станки с ЧПУ;

числовое программное управление, при котором программу задают в виде записанного на том или ином носителе массива информации; на ранних этапах развития систем программного управления эту информацию задавали в аналоговой форме (в виде сдвига фазы некоторого синусоидального напряжения по отно­шению к опорному синусоидальному напряжению той же часто­ты). Однако в последнее время в связи с развитием микроэлектро­ники и с появлением больших и сверхбольших интегральных схем («микрочипов») управляющая информация для систем ЧПУ ро­ботами почти исключительно является дискретной и ее обработка ведется цифровыми методами.

Системы управления неизменяемыми циклами роботов тради­ционно строились на базе либо логических переключательных схем,

реализованных на электромагнитных контактных реле (воздействиsv на реле подаются от устройств типа путевых выключателей, сра­батывающих непосредственно от движущихся рабочих органоо робота), либо на базе электромеханических кулачковых командо­аппаратов (при вращении вала с кулачками они нажимают в нуж­ной последовательности на такие же путевые выключатели, воз­действующие затем на электрические исполнительные цепи). В пер­вом случае говорят об управлении в функции пути, а во втором -­об управлении в функции времени. Во втором случае задаюштй вал командоаппарата может вращаться либо с постоянной скоро­стью, либо в старт-стопном режиме, когда его вращение после выдачи управляющих воздействий останавливается и включаетсs~ вновь лишь по сигналу о вътполнении заданных предыдущей ко­мандой перемещений. В настоящее время цикловое программное управление роботами в большинстве случаев технически реализу­ется на специальном логическом устройстве - «программируемом логическом командоаппарате» (ПЛК).

ПЛК (контроллер) представляет собой универсальное устрой­ство, построенное по архитектуре цифрового компьютера, кото­рое настраивают на управление конкретным циклом пользовате­ля путем занесения в память этого ПЛК соответствующей рабо­чей программы (совокупности операторов). Эта программа согла­сует между собой содержимое адресов памяти, связанных с вход­ными и выходными сигналами объекта управления (операндами). Будучи построенным по принципам универсального компьюте­ра, ПЛК содержит в себе все его характерные блоки: процессор, оперативное запоминающее устройство, устройство управления, устройство ввода-вывода информации, устройство индикации. Вме­сте с тем он имеет и следующие существенные отличия:

разрядная сетка ПЛК минимально должна иметь длину лишь н один разряд, посколъку она служит для переработки дискретных сигналов типа «включено» и «выключено» (1 или 0);

минимально необходимая система команд ПЛК ограничена несколькими логическими операциями, например дизъюнкция, конъюнкция и инверсия. Эти команды являются аналогами па­раллельному и последовательному соединению замыкающих и раз­мыкающих контактов релейных схем;

язык программирования для ПЛК основан на представлении команд в виде графических символов релейно-контактных схем либо операторов алгебры логики;

входными и выходнътми данными для ПЛК служат не массивы алфавитно-символьной информации, вводимой и редактируемой персоналом до начала их вычислительной обработки, а дискрет­ные одноразрядные сигналы, либо поступающие от объекта уп­равления в процессе работы, либо генерируемые в процессе вы­числений. Поэтому существенной конструктивной особенностью

ПЛК является наличие устройетв ввода-вывода еигналов (устройст сопряжения с объектом) и приспособленность таких ПЛ К к экс­плуатации и цеховых условиях.

Цикловое программное управление в свою очередь можно раз­делить на две группы.

К первой группе относятся так называемые системы управле­ния незамкнутого типа. В них как моделью перемещения, так и источником энергии перемещения является непосредственно про­филь задающего копира, например силового кулачка.

Вторан группа - системы управления замкнутого типа. Для них характерно наличие двух потоков информации и промежу­точной между копиром-задатчиком и исполнительнътм органом еледящей системы (обычно гидравлического типа). Здесь моде­лью перемещения, как и в предыдущем случае, является про­филь задающего копира, а энергия перемещения подается из до­полнительного источника, питающего следящую систему. Пря­мой поток информации от копира-задатчика поступает в следя­щую систему, где сравнивается с обратным потоком информа­ции, поступающим по контуру обратной связи от датчиков испол­нительного органа робота и характеризующим его фактическое положение. Следящая система обеспечивает минимальное рас­согласование между заданным и фактическим положением испол­нительного органа.

Системы ЧПУ представляют собой наиболее динамично раз­вивающуюся группу систем автоматического управления. Эта группа систем управления приобрела в настоящее время преобладающее значение. Применительно к етанкам системы ЧПУ практически вытесняют другие типы систем автоматического управления и используются для всех без исключения групп станков. Когда робо­ты применяются совместно со станками с ЧПУ, образуя единые робототехнические производственные комплексы, системы ЧПУ станков используются и для выдачи команд на исполнительные устройства роботов, т. е. являются общими. Тем самым осуществ­ляется синхронизация элементов циклов роботои и обслуживае­мых ими станков. Но системы ЧПУ, применяемые для роботов, могут представлять собой и автономные устройства. В этом случае программа работът такого робота оказывается самостоятельной.

По технологическому назначению и по функциональным воз­можностям системы ЧПУ роботами делятся на-следующие группы. 1. Позиционные, в которътх важнът только координаты конеч­ных точек положения исполнительных органов после выполнения ими тех или иных рабочих циклов, а траектория движения к этим конечным точкам значения не имеет.

2. Непрерывные или контурные, которые обеспечивают дви­жение исполнительного органа по заданной криволинейной траектории.

3. Универсальные (комбинированные), в которых осуществ­ляется программирование как координат конечных точек, так и траектории движения исполнительных органов.

По способу подготовки и ввода управляющей программы сис­темы ЧПУ как станками, так и роботами делятся на оперативные системы и системы с автономной подготовкой УП.

В первом случае УП готовится и редактируется непосредствен­но на станке или на программируемом роботе в процессе обра­ботки первой детали в партии или имитации ее обработки.

Во втором случае УП готовится независимо от обработки дета­ли или от движений робота, которые должны быть запрограмми­рованны.

Системы автоматизации программирования (САП) играют большую роль при разработке программ как для станков с ЧПУ, так и для роботов. При этом требуется, чтобы во время составле­ния УП с помощью подобнътх систем станок с ЧПУ или робот не отвлекался от своей прямой работы по обработке, загрузке, вът­грузке и транспортировке деталей.

Различные современные САП имеют своей целью существен­но сократить объем исходной информации, необходимой для со­ставления УП. Вся информация, однозначно определяющая опе­рации по обработке детали, содержится в ее рабочем чертеже. Даль­нейшая обработка этой информации и получение данных для со­ставления УП состоит в выпуске различного рода технологичес­кой документации, определяющей маршрутную и операционную технологию, выбор заготовки, схемы базирования и зажима, ин­струментальные наладки и др. Эти сведения при составлении УП тем или иным способом кодируются и наносятся на соответству­ющий программоносителъ. Но в современных САП решение ряда технологических вопросов заложено в сами эти системы, так что информация, необходимая для составления УП, оказывается близ­кой к данным рабочего чертежа детали, может быть определен­ным образом формализована и записана на специальном проблем­но-ориентированном языке программирования.

За рубежом специальным языком описания программной об­работки деталей на станках с ЧПУ являются так называемые АПТ­образные языки. Подобные языки происходят из базового языка АПТ, по-английски - АРТ: Auto Programming Too1s (Автомати­ческое программирование движения инструмента). Система авто­матического программирования должна включать в себя языко­вые средства описания обработки детали на станке с ЧПУ, про­грамму-транслятор, преобразующую это описание в коды УП, набор инструкций и эксплуатационной документации.

Отечественным аналогом этой системы АРТ является система ТЕХТРАН (Технологический Транслятор). Базовый ТЕХТРАН представляет собой транслятор с проблемно-ориентированного

языка высокого уровня, предназначенного для выполнения рас­четов, описания геометрических объектов и задания технологи­ческих команд. Система ТЕХТРАН обеспечивает слежение за про­цессом вычислений и предусматривает диагностирование ошибок в исходном тексте. Система позволяет программировать движение по любым плоским контурам, состоящим из наборов точек, пря­мых и дуг окружностей. По оси, перпендикулярной плоскости та­кого контура, возможны перемещения типа пточка-точка». Пос­ледовательность подготовки исходного описания движений для последующей трансляции системой ТЕХТРАН такова:

выбирают систему координат и определяют контурные элементы траектории;

выбирают исходную точку для траектории; определяют последовательность движений;

составляют описание траектории движения на языке ТЕХТ­РАН, а также чередования движения и выдачи технологических команд.

В языке ТЕХТРАН исполъзуются следующие типы объектов, описывающих элементы траектории, и их обозначения:

• целые и вещественные числа (ЦЕЛОЕ, ВЕЩ); • логический переход (ЛОГИЧ);

• точка (ТОЧКА);

• вектор (ВЕКТОР); • прямая (ПРЯМАЯ);

• окружность (ОКРУЖН); • плоскость (ПЛОСК);

• матрица (МАТР).

Используются также макроопределения, т. е. типовые безраз­мерные блоки, и описания контура. Имена, начинающиеся с обо­значения ТЧ, описывают точки, начинающиеся с ПР - прямые, а с КР - окружности. Объекты с именем одного типа можно объе­динять в массивы, которые могут быть как одномерными, так и двухмерными.

В языке ТЕХТРАН операндами могут служить формулы, логи­ческие выражения, а также ряд стандартных (например, тригоно­метрических) функций.

В системе предусмотрены различные видът задания точек, пря­мых, окружностей, векторов и массивов, которые выбираются при составлении УП с учетом удобства представления траектории и простановки размеров ее элементов.

Точка может быть представлена ее прямоугольными коорди­натами, пересечением двух ранее определенных прямых, пере­сечением прямой и окружности, пересечением двух окружнос­тей, центром ранее определенной окружности и др. (всего в си­стеме существует 16 способов представления). Прямая может быть представлена двумя парами координат, двумя точками, точкой

и касанием с ранее определенной окружностью, касанием с дву­мя ранее определенными окружностями, точкой и углом к дан­ной прямой и др. (всего 14 способов описания). Вектор можно описать проекциями на оси координат при совпадении его на­чала с началом координат, начальной и конечной точками, па­рами координат начала и конца, суммой двух данных векторов и т. д. (всего 11 способов).

Исходный текст УП на языке ТЕХТРАН содержит также уп­равляющие операторы, операторы постпроцессора и движения. В системе предусмотрены операторы движения трех типов: «точ­ка - точка», непрерывного и фиктивного.

Изменение порядка вьшолнения и перекомпоновка програм­мы осуществляются с помощью оператора НАМЕТКУ. Важнейшим достоинством системы ТЕХТРАН является нали­чие аппарата макроопределений. Это позволяет по мере эксплуа­тации системы и накопления данных по обрабатываемым деталям повышать уровень автоматизации путем включения в систему экс­плуатационниками отработанных макроопределений (блоков) без доработок основного программного обеспечения.

Выше была кратко описана основная версия языка ТЕХТРАН, так называемый базовый ТЕХТРАН. Вместе с тем программиро­вание процессов обработки простых деталей и деталей средней сложности, особенно токарных, сопряжено с относительно боль­шой (часто неоправданной) длительностью составления исход­ного текста и необходимостью детальной проработки технологи­ческой документации. Существенное упрощение этого подгото­вительного этапа может быть достигнуто путем выделения типо­вых конструктивных элементов контура детали или траектории движения исполнительного органа. При использовании группо­вой технологии такая типизация производится заранее, и про­граммы формирования типовых технологических схем обработки или типовых движений исполнительных органов могут быть вклю­чены в систему в качестве функциональных программных блоков. В результате был получен ряд специализированных высокоавто­матизированных САП на основе языка ТЕХТРАН - системы для токарных станков, обрабатывающих центров.

4.8. Визуализация и идентификация грузоединиц

Для визуализации и идентификации грузоединиц, образующих материальные потоки, в современных производствах создаются интегрированные компьютеризованные информационные систе­мы с соответствующим программным и лингвистическим обеспе­чением. Современные компьютерные средства, образующие ин­тегральную информационную систему, объединяются с исполь­зованием иерархического принципа в локальные вычислительные

сети. Эти сети oбьcJ~иnsiкrrcsi na мmmuylxm~~cmnr rrnrmnг myv~, т ры, так называемые гипсусс•ти.

На нижнем уровне иiircywpн>mmmnz туну,мт~~~wтт~ ww~rп, в современных гибких комт>кrгсрi и~втттх рхттитто mnr pw полагаются еледующие техническис срrа~сгвп:

• устройства сбора, регистрации и ооиго~гоvки yiiiiiinx (pcwnc траторы, устройства клавишного ввода, устано~sки opoмыiimco-­ного телевидения, устройстиа сканирования и др.);

• устройетва передачи данных (телексы, факсы, концентрато­ры, электронная почта и др.);

• каналы связи, сетевые устройства и средства (телефонные линии и радиоканалы, серверы и др.);

• устройства обработки информации (персональные компьюте­ры, счетно-перфорационные машины, сортироночные узлы и др.); • устройства хранения и накопления информации (устройства оперативной и внешней памяти на различных носителях);

• оконечные терминальные устройства (табло, мнемосхемы, мониторы, клавиатура, принтеры и плоттеры и др.).

К верхним уровням интегрированных информационных систем логистики относятся следующие технические средства:

• унифицированные каналы связи;

• аппаратура приема-передачи данных (модемы);

• персональные компьютеры, выполняющие функции диспет­черов обмена информацией;

• компьютеры значительной мощности и быстродействия, включая дополнительные устройства оперативной памяти, уст­ройства внешней памяти и терминальные устройства;

• устройства подготовки, контроля, визуализации, докумен­тирования и размножения информации, а также различные уст­ройства оргтехники.

В современных компьютеризованных интегрированных инфор­мационных системах используются также различного рода нераз­рушаемые носители машинной информации. К их числу относят­ся сканируемые бумажные документы, перфоленты, перфокар­ты, гибкие диски и дискеты, компакт-кассеты с магнитной лен­той, лазерные диски типа CD ROM.

Скомплектованный и структурно организованный многоуров­невый комплекс технических средств интегрированной информа­ционной системы может функционировать только при наличии соответствующего математического и программного обеспечения.

Средства компьютеризации рассматриваемых информационных систем в настоящее время могут быть оснащены следующими раз­новидностями программных средств:

• пакетами проблемно-ориентированных прикладных программ; • программами, обеспечивающими организацию вычислитель­ного процесса в условиях многозадачного режима;

• программами автоматизации программирования, а также ко­дирования и декодирования для конкретных компьютеров;

• тестовыми и наладочными программами.

С помощью упомянутых средств выполняются такие работьо как оформление заказов, учет наличия и уровня запасов сырья, материалов, комплектующих и готовых изделий. Указанные сред­ства применяются также для составления и документированиsi торговых отчетов и анализов, составления различного рода прог­нозов, для операций складирования и транспортировки.

При построении информационных систем могут быть широко использованы программные комплексы, обеспечивающие выпуск выходной документации в виде распечатаннътх таблиц и графиков. Такие распечатки, называемые табуляграммами, позволяют опе­ративно находить различные варианты решений задач управления. Таким образом, информационная система является именно тем компонентом, которъrй объединяет всех участников производствен­но-сбытовой деятельности в единое целое.

Для того чтобы эффективно осуществлятъ управление матери­альными потоками, нужно собирать оперативную информацию о движении образующих эти потоки грузоединиц.

Информация о факте пребывания той или иной грузоединицы в данное время в данном месте может быть введена в компъюте­ризованную информационную систему разными способами. Часто эти способы основаны на вводе персоналом с помощью клавиа­туры тех или иных фактических данных, содержащихся в соответ­ствующих накладных или счетах-фактурах. Однако наиболее со­временный метод - автоматический ввод данных и идентифика­ция грузоединиц, что достигается путем сканирования (компью­терного считывания) укрепленных на грузоединице ярлыков, со­держащих специальные, так называемые штриховые, коды; само считывание осуществляется с помощью оптических, большей ча­стью лазерных устройств.

Штриховые или полосковые коды представляют собой сочета­ние размещенных на грузоединице в фиксированном прямоуголь­нике чередующихся толстых и тонких черных полос, разделенных светлыми (незачерненными) промежутками также разной шири­ны. Каждая из десяти цифр и некоторые символы кодируются своим сочетанием этих полос.

Существуют и практически используются несколько видов штриховых кодов, каждый из которых имеет свое назначение и область преимущественного применения.

Штриховой код, ограниченный прямоугольной рамкой, вос­принимается с большей достоверностью, чем коды, не ограни­ченньзе такими рамками. Поэтому он применяется для нанесения на неровные поверхности (например, на гофрированные поверх­ности упаковок).

В товарооборогс, oco6ciiim n p~ smmm~ii mymwoc о о тнnтт<r товаров на экстрг, асклкrтгrwт~н~ ywмгnrmiг miiimn тут~, вой код типа EAN (~nmprmn Пr~i~1r Nmnl~rrn~~. г~tm~rry„mri'~ ское кодироианис изаслоi)). 'Ос>n ктn yx,,mnвrn rhmmpvrn na пт мент продажи тоиара.

Структура такого кода состоит и s 13 iнс~у. Jpsc ти wpmrnaыx цифры представляют собой код стрины-изготовwслsi, _усгаiтвлсо­ный для нее согласно EAN. Эта часть кодового обозiiачсииsi vазы­вается также флагом. Например, такими кодами (сjтагами) неко­торых стран являются: для СLцА - 00...09; для стран СНГ - 460...469; для Германии - 400...440; для Японии - 48, 49; цля Израиля - 729; для Швеции - 73 и т.д.

Следующие четыре цифры служат для размещения кода фир­мы-изготовителя.

Оставшиеся цифры, за исключением последней, 13-й, отво­дятся изготовителю для кодирования выпускаемой им продукции по его усмотрению.

Последняя, 13-я, иифра является контрольной. Она рассчиты­вается по определенной формуле на основании первых 12 цифр. Определенная таким путем контролъная цифра наносится в отве денном ей месте кодового обозначения вместе с основной его частью. Гfри идентификации принимаемого товара значение кон­трольной цифры, определенное после ввода по той же расчетной формуле на основании фактически введенных 12 первых цифр информации, сравнивается с введенной контрольной цифрой. Если эти цифры не совпадают, значит, ввод бьи осуществлен неверно. Обычно ошибки ввода устраняются при повторном сканирова­нии, хотя иногда это может оказаться недостаточным.

Следовательно, системы ввода идентифицирующих данных вме­сте с системами хранения и поиска этих данных, так называемы­ми компьютерными банками данных, снабженными системами управления базами данных (СУБД), дают возможностъ реализо­вывать интегрированные структуры современных многономенк­латурных компьютеризованных производств.

Контрольные вопросы

1. В чем состоит проблема автоматизации многономенклатурного про­изводства?

2. Что отличает гибкие многономенклатурные производстиа от тради­ционных автоматических линий?

3. В чем состоят резервы повышения производительности механооб­работки при их автоматизации и компьютеризации?

4. В чем заключается блочно-модульный принцип построения обору­доиания для автоматизированного многономенклатурного производства? 5. Какова обшая структура современных гибких произиодственных систем?

6. Каковы разновидности современных гибких производстненных си­стем?

7. Что является информационной базой для улравления гибкой про­изводственной системой?

8. Какие основные функции должна выполнять система управления современной ГПС?

9. Каковы области применения в современном производстве основ­ных типов гибких производственных систем?

10. Как в современных производственных системах осуществляется групповая технология обработки?

11. Как сочетаются промышленные роботы с различными станками`? 12. Какое специальное и вспомогательное технологическое оборуцо­вание и оснастка применяются в современных гибких производственных системдх?

13. Какие функции должны выполняться при взаимодействии сис­темы управления современным производством с персоналом?

14. На каких уровнях управления производством применяются анто­матизированные рабочие места?

15. Какой информацией обменивается персонал с системой управле­ния производством через АРМ?

16. Что понимается под промышленным роботом?

17. На какие группы делятси промышленные роботы?

18. Как определяется экономическая целесообразность применения промышленных роботов?

19. Как классифицируютсх комплексы «робот - станокв?

20. Какие функции выполняются роботами различных типов в составе робототехнических систем?

21. На какие разновидности делятся по выполняемым функциям сис­темы управления промышленными роботами?

22. Какие функции решаются с помощью программируемых логичес­ких контроллеров в системах управления промышленными роботами? 23. Какие цели преследуют при создании и применекии современных систем автоматизированного программирования?

24. Каковы характерные особенности АПТ-образных систем автома­тизированного программирования и их отечественного аналога - систе­мы ТЕХТРАН?

25. Что такое интегрированная автоматизированная система управ­ления?

26. Какие устройства располагаются на нижнем уровне современных интегрированных систем?

27. Как вводятся и идентифицируются данные о фактическом ходе современного многономенклатурного производства?

2