7. Системы управления манипулятора

Системами управления оснащены все манипуляторы, у которых перемещение подвижных звеньев осуществляются с помощью различных немеханических приводов. В механических копирующих манипуляторах приводы производят установочные движения, позволяющие либо увеличивать рабочую зону обслуживания, либо выбирать рабочую зону исполнительного механизма, сохраняя удобство расположения задающего органа и хороший обзор места работы.

Система управления современного манипулятора состоит из нескольких подсистем, выполняющих определенные информационные, управляющие, защитно-предупредительные, ограничительные и другие функции.

Различают три основных вида управления ПР: цикловое, позиционное, контурное.

Цикловое управление программирует последовательность выполнения движений и условия начала и окончания движений; положение, до которой идет движение, задаются на самом манипуляторе, а не в программе; скорость перемещения определяется характеристиками привода и также не задается в программе. При позиционном управлении команды подаются так, что перемещение рабочего органа происходит от точки к точке, причем положения точек задаются программой. Скорость перемещения между точками не контролируется и не реализуется. При контурном управлении движение рабочего органа происходит по заданной траектории с задаваемой скоростью. В программе задаются сами траектории и режимы движения. Контурное управление используется значительно в технологических работах.

Устройство управления и другие блоки системы управления при цикловом, позиционном и контурном управлениях могут быть реализованы на одинаковых или разных принципах и элементных базах.

В особый вид обычно выделяется адаптивное управление, при котором осуществляется автоматическое изменение управляющих программ. В

частности адаптация или приспособленность системы управления может заключаться в том, что устройства системы управления с помощью специальных датчиков определяют конфигурацию объекта и его положения.

Все основные ПР образуют систему управления. Объектом управления является исполнительное устройство (манипулятор плюс устройство передвижения, если оно есть). В исполнительное устройство также входят приводы. Все остальное оборудование робота предназначено для формирования и выдачи управляющих воздействий исполнительному устройству. Таким образом, устройство управления получает сигналы (от датчиков) и выдает сигналы (на приводы манипулятора).

Взаимодействие основных составных частей исполнительного устройства, устройства управления и измерительного устройства изображены на структурной схеме (рисунок 8).

Рисунок 1 - Обобщенная структурная схема системы управления

Начнем ее описание с левого столбца. Рабочий орган перемещается

приводами манипулятора. Управление приводами осуществляет управляющая автоматика. Выше располагается устройство управления. Датчики Д1

располагаются на рабочем органе или вне робота. Это могут быть датчики наличия объекта, положения, объекта относительно схвата, состояния рабочего органа и прочие. Датчики группы ДЗ находятся на выходных или промежуточных звеньях приводов; это датчики положения (или угла поворота) и датчики скорости. Эти датчики обеспечивают нормальную работу приводов, их точность и требуемое качество. Датчики группы Д2 контролируют положение звеньев манипулятора и устройства перемещения; они могут быть самостоятельными, но могут и объединяться с датчиками группы ДЗ. На структурной схеме отдельно изображен пульт ручного управления.

Стрелками показаны основные связи составных частей - блоков. Стрелки в левом столбце показывают основное взаимодействие: устройство управления вырабатывает сигналы (обычно электрические) на блок управляющей автоматики, который усиливает эти сигналы и преобразует их к форме, приспособленной для двигателей приводов. Далее двигатели приводов приводят в движение звенья механизмов манипулятора, а затем и рабочий орган. В простейших системах программного управления датчики всех групп отсутствуют, положение подвижных частей не измеряется, а задается по упорам. Датчики также отсутствуют в системах с шаговым приводом. Если используется следящий привод, то датчики групп Д2 или ДЗ представляют собой датчики обратных связей. Датчики группы Д1, которые обычно представляют собой датчики очувствления, обычно устанавливаются для повышения точности и надежности работы. В настоящее время они используются только в роботах определенного назначения (в технологических, предназначенных для сварки, резки и шлифования). Исключением являются датчики наличия объекта. Хотя серийные роботы ими не оснащаются, их иногда устанавливают по месту эксплуатации, изготавливая индивидуально или мелкосерийно. Таким образом, датчики вообще или их разные группы не обязательно входят в состав системы управления. Часто датчиков не имеют

простейшие роботы-перекладчики с пневмоприводом, работающие по упорам. Обычно чем сложнее задачи, тем большее число датчиков должно использоваться в системе.

Для пульта ручного управления основными являются связи с устройством управления. С пульта ручного управления могут осуществляться ввод программ, настройка. На пульт управления поступают сигналы о выполнении различных движений, а также о возможных нарушениях режимов работы и об отказах. Следует иметь в виду, что в устройство управления обычно поступают сигналы от внешних (по отношению к роботу) датчиков и систем (например, от систем управления обслуживаемым оборудованием). Устройство управления роботом также может быть связано с ЭВМ, координирующей работу нескольких единиц оборудования, например всего оборудования технологического участка или линии. В этих случаях эта ЭВМ как бы находится на более высоком этаже, на следующем уровне управления. Такая многоуровневая система управления типична для современных гибких производственных систем.