Юревич - Основы Робототехники - 3. Задача информационной системы обеспечение системы управления информацией об окружающей среде, необходимой для выполнения перечисленных выше задач
 Скачать 4.2 Mb.
|
|
Рис.3.20. Робот «Труболаз» для обследования трубопроводов в трубе (а) и вне (б). Передвижение осуществляется подобно гусеницы путем поочередного закрепления концов корпуса и сокращения его длины на основе эффекта памяти формы (ЦНИИ РТК). мо большей экономичности шагающий способ передвижения обладает и большей проходимостью на пересеченной местности вплоть до возможности передвигаться прыжками, лазать по наклонным поверхностям и т.п. При шагающем способе меньше разрушается грунт, что, например, важно при передвижении в тундре. При передвижении по достаточно гладкой и подготовленной поверхности этот способ уступает колесному в экономичности, по скорости передвижения и простоте управления. В общем случае шагающая транспортная машина состоит из следующих частей: несущей платформы (корпуса); системы энергоснабжения; системы передвижения, состоящей из механических ног – педипуляторов с приводами степеней подвижности; системы управления; информационной системы; системы связи с оператором. В задачи системы управления входят: - стабилизация положения корпуса машины в пространстве на определенной высоте от грунта в процессе движения независимо от рельефа местности; - обеспечение движения по заданному (или выбранному) маршруту с обходом препятствий; - связанное управление ногами, реализующее определенную походку с адаптацией к рельефу местности. а) б) Задача информационной системы – обеспечение системы управления информацией об окружающей среде, необходимой для выполнения перечисленных выше задач. Поскольку основное назначение шагающих машин — передвижение по сильно пересеченной местности, управление ими обязательно должны быть адаптивным. В системе управления при этом различаются обычно следующие три уровня управления: - первый, нижний (динамический) уровень управления приводами отдельных степеней подвижности ног; - второй (алгоритмический) уровень построения походки, т.е. координации движений ног, со стабилизацией при этом положения корпуса машины в пространстве; - третий уровень формирования типа походки, направления и скорости движения исходя из заданного маршрута в целом. Первый и второй уровни должны реализовываться автоматически, а третий уровень может осуществляться и с участием человека-оператора («водителя» машины). Попытки создать шагающие аппараты предпринимались давно. Одна из первых моделей «стопоходящей» машины была создана в прошлом веке математиком и механиком П. Л. Чебышевым. На рис.3.21 показан четырехногий шагающий робот для сбора разлитых нефтепродуктов. Рис.3.21. Мобильный четырехногий шагающий робот для сбора разлитых нефтепродуктов. (Волгоградский ГТУ). 1 На рис.3.22 представлен четырехногий транспортный промышленный робот, разработанный в США для внутрицеховых работ, в частности, в металлургии. Грузоподъемность робота — 300 кг, программирование — методом обучения. Для этого в передней части робота предусмотрено место оператора. Рис.3.22. Четырехногий транспортный робот для внутрицеховых работ. Хотя, как уже упоминалось, в чистом виде шагающий способ передвижения еще не получил практического применения на транспорте вследствие его сложности, в комбинации с другими более традиционными способами он уже используется. В частности, реализована комбинация колесного и шагающего способов в так называемых колесно-шагающих транспортных машинах [3]. Применяются два варианта такой комбинации. В первом случае режимы качения и шагания осуществляются раздельно и последовательно с помощью отдельных приводов. Например, колеса устанавливаются на концах вертикальных рычагов подвески, которые могут поворачиваться на 360° относительно корпуса машины. При включении приводов этих рычагов машина передвигается на них, опираясь на колеса. При вертикальном положении рычагов подвески машина движется на колесах в режиме обычного качения. На рис.3.23 показан опытный образец такой транспортной машины (США) [3]. Во втором варианте оба режима — качения и шагания — осуществляются одновременно. Опоры механизма шагания выполняются в виде колес и перемещаются вперед относительно корпуса машины без отрыва от грунта. При этом колеса, вращаясь, участвуют в создании тягового усилия. 2 Рис.3.23. Образец колесно-шагающей машины с четырьмя колесами. Ведутся научно исследовательские работы по созданию шагающих машин, способных перемещаться подобно насекомым по вертикальным и наклонным поверхностям вплоть до движения «вниз головой». На рис.3.24 показан вариант подобной шестиногой шагающей машины. Для сцепления с поверхностью ис- Рис.3.24. Шестиногий шагающий аппарат с приклеивающимися стопами ног: 1 – телевизионная камера; 2 – шланг питания и управления; 3 – стопа ноги, в которую подается клейкая жидкость; 4 – одна из поднятых ног; 5 – корпус. пользуется клейкая жидкость, которая практически мгновенно затвердевает под действием электрического или магнитного поля. Шесть ног робота образуют две группы по три ноги. Каждая группа имеет по два привода, осуществляющих подъем ног (относительно корпуса робота) и перемещение вдоль поверхности в направлении движения. Благодаря симметрии конструкции робот может 3 передвигаться в любом направлении без поворота корпуса. Для обеспечения сцепления ног с поверхностью могут использоваться и более традиционные средства, такие, например, как электромагниты и пневматические присоски. Наряду с шаганием ведутся научно-исследовательские работы по техническому освоению другого способа наземного передвижения – ползанья. Как и шагание этот способ обладает уникальными возможностями по проходимости и универсальности, включая возможность передвижения под землей и в воде. Трудности освоения этого способа передвижения аналогичны шаганию и вообще всем способам передвижения живых организмов – это сложность кинематики и алгоритмов управления. Водные системы передвижения роботов основаны на традиционных средствах водного транспорта. На рис.1.7 был показан один из первых отечественных роботов «Манта», в котором использованы винтовые движители для погружения, поступательного движения и маневрирования. Такие же движители применяются и во всех последующих конструкциях подводных роботов. Их типовая система передвижения включает один или два вертикально направленных движителя заглубления и два или три поворотных движителя, создающих управляемый по направлению и величине продольный вектор тяги для поступательного движения аппарата. Двигатели, входящие в состав этих движителей – электрические постоянного тока. Новым направлением в создании систем передвижения в воде, которое разрабатывается в робототехнике, является техническое освоение способов плаванья живых организмов – с помощью плавников и путем волнообразного движения всего тела. На рис.3.25 показан экспериментальный образец плавучего Рис.3.25. Экспериментальный подводный аппарат с крыльевым двигателем подобным хвосту дельфина. средства с плавниковым движителем типа хвоста дельфина [5]. К достоинствам подобных средств плаванья относятся их экологическая чистота, бесшумность и способность осуществлять позиционирование в заданной точке в условиях 4 различных возмущающих воздействий со стороны внешней среды (течение, волнение и т.п.). Воздушные системы передвижения как и водные развиваются по двум направлениям: во-первых, используются освоенные в авиации способы полета, а, во-вторых ведутся исследования по освоению способов известных в живой природе. На рис.3.26 показан один из экспериментальных образцов подобного «Махолета». Рис.3.26. Экспериментальный образец летательного аппарата «Махолет» с машущими крыльями на пневматическом приводе. Космические системы передвижения разделяются на системы для свободно летающих роботов, для роботов, обслуживающих космические аппараты (снаружи и внутри) и для напланетных роботов. На рис.3.27 показан пример конструкции свободнолетающего робота. Робот включает двигательную установку с системой двигателей, создающих усилие по отдельным степеням подвижности робота, систему питания двигателей с топливными баками, два сменных манипулятора с устройством управления, навигационную систему, систему ориентации робота, систему радиосвязи, телевизионную систему, включающую две неподвижные и одну подвижную передающие телевизионные камеры, а также осветители. Поперечный размер робота — 1 м, масса — около 200 кг. 5 Рис.3.27. Свободнолетающий космический робот: 1 – манипуляторы; 2 – неподвижная телекамера; 3 – двигатели ориентации; 4 – осветители; 5 – подвижная телекамера; 6 – двигатели движения вперед-назад; 7 – радиоантенна; 8 – радиолокатор. На рис.3.28 приведен образец космического шагающего робота для наружного Рис. 3.28. Космический шагающий робот «Циркуль» для наружного обслуживания орбитальных станций (ЦНИИ РТК): 1 – модуль управления шарниром, 2 – вращающийся токосъемник, 3 – телевизионная камера, 4 – стыковочное устройство, 5 – такелажный элемент, 6 – привод (бесколлекторный двигатель, тормоз, инкрементный датчик), 7 – перекосный пульт управления. 1 обслуживания орбитальных космических станций. Он представляет собой манипулятор, оба конца которого являются рабочими органами в виде стыковочного устройства. С их помощью манипулятор шагает по расположенным на поверхности обслуживаемого объекта такелажным элементам, через которые он получает электроэнергию и связь с пультом управления. На рис.3.29 показан один из вариантов отечественных напланетных роботов типа «Луноход». Он имеет восьмиколесное шасси, где каждое колесо имеет свой электрический привод (мотор-колесо). Рис.3.29. Напланетный космический аппарат «Луноход». На рис.3.30 показано шасси «Марсохода», разработанного ВНИИТрансмаш по международной программе «Марс-96». Шасси имеет значительно большую проходимость, чем его предшественники «Луноходы», за счет изменяемой конфигурации шасси. Оно реализовано на трехосной со свободной подвеской осей схемой с шестью индивидуально управляемыми мотор-колесами в форме усеченных конусов и двумя механизмами шагания. Такое шасси способно преодолевать пылевые подъемы под углом до 45 0 , эскарпы и контрэскарпы с перепадом высот, в три раза превышающим диаметр колес. Приводы колес и питающие их аккумуляторы размещены в закрытых полостях колес. Система управления шасси позволяет осуществлять дистанционное командное радиоуправление движением и автоматическое программное управление с автоматическим обходом препятствий. 2 Рис.3.30. Экспериментальный образец аппарата «Марсоход» на испытаниях. 3.5. Сенсорные системы. Сенсорные системы роботов – это чувствительные устройства, предназначенные для получения оперативной информации о состоянии внешней среды. В отдельных системах роботов имеются также различные чувствительные устройства - датчики, необходимые для функционирования этих систем (например, датчики обратной связи в приводах, во вторичных источниках питания и т.п.). Эти устройства, ориентированные на внутренние параметры робота, не специфичны для него в целoм и поэтому не относятся к сенсорным системам робота. По виду выявляемых свойств внешней среды сенсорные системы роботов делятся на три группы: 1) сенсорные системы, служащие для определения геометрических свойств объектов и внешней среды в целом; 2) сенсорные системы, выявляющие другие физические свойства; 3) сенсорные системы, выявляющие химические свойства. Характерными представителями сенсорных систем первой группы являются измерители координат (сканирующие локаторы, координаторы, информационные линейки и т.п.). Вторая группа сенсорных систем, предназначенных для определения физических свойств объектов наиболее разнообразна. Здесь в первую 3 очередь следует выделить измерители усилий, плотности, температуры, цвета; оптической прозрачности и т.п. В третью группу входят измерительные устройства для определения химического состава и химических свойств среды. Информация от сенсорных систем используется в системе управления робота для обнаружения и распознавания объектов внешней среды, для управления движением робота и его манипуляторов. По дальности действия сенсорные системы делятся на контактные, ближние, дальние и сверхдальние. Контактные сенсорные системы применяют для очувствления рабочих органов манипуляторов и корпуса (бампера) мобильных роботов. Они позволяют фиксировать контакт с объектами внешней среды (тактильные датчики), измерять усилия, возникающие в месте взаимодействия (силометрические датчики), определять проскальзывание объектов при их удержании захватным устройством. Контактным сенсорным системам свойственна простота, но они накладывают существенные ограничения на динамику и прежде всего на быстродействие управления роботом. Сенсорные системы ближнего действия обеспечивают получение информации об объектах, расположенных непосредственно вблизи рабочего органа манипулятора или корпуса робота, т.е. на расстояниях, соизмеримых с их размерами. К таким системам относятся, например, локационные сенсоры, различные дальномеры ближнего действия, дистанционные измерители плотности грунта и т.п. Такие бесконтактные устройства технически сложнее контактных, но позволяют роботу выполнять задание с большей скоростью, заранее выдавая информацию об объектах до контакта с ними. Сенсорные системы дальнего действия служат для получения информации о внешней среде в объеме всей рабочей зоны манипуляторов роботов и окружающей среды мобильного робота. Сенсорные системы сверхдальнего действия дают информацию об объектах, находящихся вне рабочей зоны манипуляторов. Их применяют главным образом в мобильных роботах. К таким устройствам относятся различные навигационные приборы, координаторы, локаторы и другие сенсорные системы соответствующей дальности действия. Эти устройства находят применение и в стационарных роботах при работе с подвижными объектами, чтобы заранее предусмотреть их появление в рабочей зоне. В бесконтактных сенсорных системах для получения требуемой информации могут быть использованы излучаемые ими специальные сигналы (оптические, радиотехнические, радиационные и т.д.) или естественные излучения среды и ее объектов. В зависимости от этого различают активные и пассивные сенсорные системы. Активные сенсорные системы обязательно включают передающее устройство, излучающее первичный сигнал, и приемное устройство, регистрирующее прошедший через среду прямой сигнал или вторичный сигнал, отраженный от объектов среды. Пассивные устройства имеют, естественно, только приемное устройство, а роль излучателя играют сами объекты внешней среды. В связи с этим пассивные сенсорные устройства технически обычно проще и дешевле 4 активных, но менее универсальны. Наконец, сенсорные системы можно разделить на устройства с фиксированным направлением восприятия и с переменным направлением восприятия (сканирующие). В настоящее время для очувствления роботов наиболее широко применяют системы технического зрения, локационные, силометрические системы, а также тактильные сенсоры. Последние относят к простейшим чувствительным устройствам. Помимо получения информации о контакте они применяются и для определения размеров объектов (путем их ощупывания). Тактильные сенсоры могут быть технически реализованы на концевых выключателях, герметизированных магнитоуправляемых контактах, пьезокристаллических преобразователях, на основе токопроводящей резины («искусственная кожа») и т.д. Важным требованием, предъявляемым к этим устройствам, является высокая чувствительность (срабатывание при усилии в единицы и десятки грамм) при малых габаритах, сочетающаяся с высокой механической прочностью и надежностью. Существенный недостаток тактильных сенсоров, как уже упоминалось, заключается в том, что они, как правило, накладывают ограничения на быстродействие робота. Для повышения надежности и скорости выполнения рабочих операций захватные устройства робота часто очувствляют бесконтактным рецепторным полем, например, с использованием светолокационных и ультразвуковых датчиков. На рис. 3.31 приведена функциональная схема светолокационного датчика. Рис.3.31. Схема светолокационного сенсорного устройства. Световой поток, создаваемый лампой накаливания Л, модулируется изменением напряжения питания, поступающего с генератора Г, проходит через диафрагму и излучается в пространство. При появлении в поле этого излучения какого-либо препятствия происходит отражение светового потока. Часть отраженного светового потока попадает на фотоприемник ФП, усиливается избирательным усилителем ИУ, настроенным на частоту модуляции излучения, и после детектирования детектором Д подается на пороговое устройство ПУ. Г ИУ Д ПУ Л ФП 5 Последнее выдает сигнал при превышении принятым сигналом заданного уровня. Датчик имеет дальность действия до 10 см. На рис. 3.32 представлена схема ультразвукового сенсорного устройства. Его принцип действия заключается в акустической локации пространства. Генератор Г вырабатывает импульсы высокого напряжения, которые через коммутирующее устройство КУ поступают на электрод электростатичекого капсюля ЭК. Под действием электростатического поля мембрана М капсюля деформируется, излучая в воздух ультразвуковой импульс, который после отражения от объекта воспринимается тем же капсюлем. Усиленный усилителем-формирователем УФ Рис.3.32. Схема ультразвукового сенсорного устройства. импульс поступает далее на преобразователь П, формирующий импульс, длительность которого пропорциональна расстоянию до отражающей поверхности. Для определения пространственных координат объектов, находящихся в рабочей зоне робота, служат координаторы, информационные линейки и поля, чувствительные поверхности. Для этой же цели пригодны и системы технического зрения. В частности, для определения угловых координат объектов можно использовать телевизионную систему с одной передающей камерой. Дальность до объекта в этом случае определяется методом автоматической оптической фокусировки (АОФ). Погрешность измерения такой системой угловых координат составляет несколько процентов, а погрешность определения дальности около 10 %. Однако основным назначением систем технического зрения в роботах является получение видеоинформации об объектах внешней среды с целью их обнаружения и идентификации. Как было показано в параграфе 1.2, развитие систем технического Г КУ УФ П ЭК М 1 зрения и использующих их очувствленных роботов относится к одной из наиболее актуальных задач современной робототехники. При этом наряду с изучением и использованием методов решения этой задачи, присущих живой природе, широким фронтом ведутся разработки технических решений, не имеющих аналогов в природе. По сравнению со зрением живых организмов задача обеспечения технического зрения проще в том отношении, что, как правило, здесь существенно более ограничен и заранее предопределен перечень объектов внешней среды, с которыми предстоит иметь дело, а также существует возможность в определенной степени специально организовать внешнюю среду для облегчения работы видеосистем. Например, часто для распознавания объектов можно маркировать их, применять контрастирующие с объектами поверхности, на которых они расположены, специальные системы освещения и т.д. Вместе с тем по сравнению с видеосистемами других назначений к системам, предназначенным для использования в составе роботов, предъявляются такие серьезные требования, как необходимость работать в реальном масштабе времени, т.е. практически с выдачей информации максимум через десятые доли секунды после зафиксированного изменения внешней среды и обладать высокой надежностью при невысокой стоимости. Системы технического зрения могут быть монокулярными, бинокулярными (стереозрение) и с несколькими «точками зрения». Специфическим в этом отношении для роботов вариантом является применение подвижных видеосенсорных устройств, в том числе размещаемых непосредственно на манипуляторах. Простейший вариант системы технического зрения — это двухуровневая черно-белая система, в которой выделяются только две крайние градации яркости изображения (0 или 1) без учета промежуточных значений яркости (полутонов серого цвета). Система технического зрения (рис.3.33) состоит из первичного преобразова- Рис.3.33. Функциональная схема системы технического зрения теля зрительного изображения в электрический сигнал, устройства предварительной обработки зрительной информации и ЭВМ, которая реализует конкретные алгоритмы анализа внешней среды, распознавания ее зрительных образов, выявления конкретных свойств внешней среды и определения требуемых количественных ее параметров. В качестве первичных преобразователей применяют электроннолучевые преобразователи, т.е. телевизионные передающие Первичный преобразователь Устройство предварительной обработки ЭВМ Вх. Вых. 2 трубки, и полупроводниковые приборы, особенно с зарядной связью (ПЗС- структуры). Наряду с видимым диапазоном электромагнитного излучения преобразователи работают и в других участках спектра этого излучения: в инфракрасном (ИК) диапазоне (тепловидение), ультракоротком (субмиллиметровом) радиодиапазоне. Отдельную группу образуют преобразователи, способные работать в непрозрачных средах вплоть до твердых тел (интроскопия). В этом случае используют различные проникающие излучения, в частности рентгеновское и ультразвуковое. Зрительная информация обрабатывается иерархически на нескольких уровнях аналогично тому, как это происходит в живых организмах (см. главу 2). В аппаратной реализации эти уровни, как и показано на рис. 3.33, образуют два основных этапа обработки информации. Первый этап — обработка первичной зрительной информации устройством предварительной обработки с целью резкого сокращения объема информации с выделением только той, которая необходима для функционирования робота при выполнении им конкретных операций. Для этого используются методы, отличные от применяемых в современных ЭВМ и, в частности, с использованием пространственно-временной фильтрации, подобной реализуемой в нейронных сетях живых организмов (см. главу 2). Поэтому здесь используются нейросетевые структуры и аналоговые оптические системы параллельной обработки информации, в том числе с использованием голографических методов [6]. Второй этап обработки информации можно осуществлять уже последовательно в цифровой форме на стандартных ЭВМ типа персональных компьютеров (рис. 3.33). На этом этапе информация обрабатывается тоже иерархически путем последовательного выделения все более общих признаков объектов внешней среды вплоть до формирования модели среды той степени абстракции, которая необходима для решения на ее основе конкретных задач, стоящих перед роботом. При этом, как упоминалось выше, для максимального упрощения алгоритмов обработки информации используется вся априорная информация о модели внешней среды и ограничениях на ее изменение. Так, подобно происходящему в живых организмах, обычно последовательно осуществляется выделение контуров объектов внешней среды, затем отделение этих объектов друг от друга, определение их свойств, которые существенны для распознавания и классификации. Одним из распространенных в силу своей простоты способов распознавания и идентификации объектов является использование эталонных моделей (шаблонов), с которыми сравнивают объекты внешней среды. В самом простейшем случае такое сравнение производится непосредственно на уровне зрительного образа оптическими средствами. Так, например, можно контролировать качество печатных плат и микросхем, распознавать цифровые и буквенные обозначения и т.п. Однако чаще такой эталон задается аналитически в численной форме, к которой приводятся и сравниваемые с ним объекты. Конструктивно сенсорные устройства размещают на рабочих органах манипуляторов (устройства ближнего действия), на корпусе робота или вне 3 робота (устройства дальнего и сверхдальнего действия). На рис.3.34 показаны примеры очувствленных схватов роботов. Рис.3.34. Очувствленные схваты ЦНИИ РТК: 1 – СЗУ 1 с девятью ультразвуковыми датчиками; 2 – ССЛТ-1 с девятью тактильными и восемью световыми локаторами; 3 - ССЛТ-2 с 26 тактильными датчиками и 16 световыми локаторами; 4 – СУЗ-2 с 12 ультразвуковыми локаторами. 3.6. Устройства управления роботов. Устройство управления робота осуществляет автоматическое управление его исполнительными системами – манипуляционными и передвижения, образуя в совокупности с ними как объектами управления систему автоматического управления робота. Кроме того, часто устройство управления роботов используют и для управления различными другими объектами (технологическим оборудованием, транспортными устройствами и т. п.), которые работают совместно с роботом, образуя с ним единый технологический комплекс. Как уже было сказано, по способу управления различают следующие системы управления роботов и соответствующие устройства управления: программные, в которых управление осуществляется по заранее составленной и остающейся неизменной в процессе реализации управляющей программы; адаптивные, в которых управление осуществляется в функции от информации о текущем состоянии внешней среды и самого робота, получаемой в процессе управления от сенсорных устройств; интеллектуальные, в которых адаптивные свойства развиты до уровня интеллектуальной деятельности. Устройства управления могут быть индивидуальными, входящими в состав каждого робота, и групповыми, управляющими несколькими роботами. Конструктивно индивидуальные устройства управления выполняют обычно 4 отдельно от механической части робота (см., например, рис.3.5), либо, значительно реже, в общем корпусе (см., например, на рис. 1.6 – устройство управления в левой части основания робота). Подавляющее большинство роботов имеет электронные устройства управления, выполненные на микропроцессорной базе. На рис. 3.35 показано та- Рис.3.35. Устройство программного управления УКМ-772 промышленных роботов. кое электронное устройство управления промышленных роботов. Однако существуют и неэлектрические устройства управления роботов, чаще всего реализуемые на пневмонике и пpeдназначенные для применения в особых взрыво- и жароопасных условиях. Управлению роботами посвящена глава 5. 3.7. Особенности устройства других средств робототехники. Как уже отмечалось, наряду с роботами в робототехнику входит ряд близких роботам технических устройств. К ним, в частности, относятся рассмотренные выше различные автоматические транспортные средства и неавтоматические манипуляторы. Одним из типов последних являются сбалансированные манипуляторы с ручным управлением, которые широко применяются на погрузочно-разгрузочных операциях. На рис.3.36 – 3.38 показаны типовые конструкции таких манипуляторов. В большинстве случаев они имеют угловую систему координат, т.е. шарнирную кинематику. В сбалансированных манипуляторах осуществляется автоматическое уравновешивание (балансировка) груза аналогично тому, как это часто делается и в манипуляторах роботов. 1 Благодаря этому оператор с помощью рукоятки, укрепленной у захватного устройства манипулятора, без затраты усилий может перемещать взятый груз в рабочей зоне манипулятора. Рис.3.36. Электромеханический сбалансированный манипулятор. Рассмотрим устройство сбалансированных манипуляторов на примере шарнирно-балансирного манипулятора грузоподъемностью 150 кг, который показан на рис.3.36. На колонке 1 поворотного устройства 2 расположена приводная головка 3 с электроприводом поворота в вертикальной плоскости звена 4. Звено 4 включает пантограф, который обеспечивает сохранение вертикального положения звена 5 при поворотах звена 4. На конце звена 5 установлены поворотная головка 6 с рукояткой управления 7, зажим 8 и закрепленное в нем сменное захватное устройство 9. Сама рычажная система манипулятора сбалансирована с использованием пружинного устройства, расположенного в приводной головке 3. Оператор управляет манипулятором с помощью рукоятки 7. При ее повороте вверх привод перемещает захватное устройство вверх, а при повороте вниз — соответственно вниз. Скорость перемещения при этом пропорциональна углу поворота рукоятки. При нейтральном положении рукоятки груз останавливается и удерживается в этом положении. В горизонтальной плоскости манипулятор перемещается за счет мускульной силы оператора. Однако усилие здесь требуется небольшое — только на преодоление сил трения и инерции. 2 Рис.3.37. Пневматический сбалансированный манипулятор. Рис.3.38. Гидравлический сбалансированный манипулятор. 3 Сбалансированные манипуляторы проще и дешевле роботов, их легче внедрять. Хотя они не высвобождают рабочих подобно роботам, но позволяют ликвидировать тяжелый ручной труд. Применение сбалансированных манипуляторов оправдано там, где по каким-то причинам невозможно или затруднительно использовать роботы. Грузоподъемность выпускаемых сбалансированных манипуляторов – до 2500 кг. Наиболее тяжелые – грузоподъемностью свыше 250 кг – имеют гидравлический привод. При грузоподъемности 100-250 кг используют электропривод, при меньшей грузоподъемности (до 150 кг) сбалансированные манипуляторы снабжают обычно пневматическими приводами. Более совершенными манипуляторами, управляемыми человеком- оператором являются копирующие манипуляторы (рис.1.4). Управление копирующим манипулятором осуществляется с помощью кинематически подобного ему задающего манипулятора, у которого вместо рабочего органа находится рукоятка. Оператор своей рукой перемещает эту рукоятку, а копирующий манипулятор при этом повторяет, копирует движенья всех звеньев задающего манипулятора. Это осуществляется следящими системами по каждой его степени подвижности, состоящими из привода копирующего манипулятора и такого же как у него датчика положения, установленного на соответствующем звене задающего манипулятора. Приводы отрабатывают рассогласования этих датчиков, отслеживая таким образом конфигурацию задающего манипулятора. Более совершенным способом управления от человека-оператора является управление с помощью задающей рукоятки вместо задающего манипулятора. Оператор, смещая трехстепенную задающую рукоятку с нейтрального положения задает с помощью ее датчиков по отдельным степеням подвижности составляющие вектора перемещения или скорости для рабочего органа управляемого манипулятора. По этим данным вычислительное устройство, которым снабжена задающая рукоятка, вычисляет задания для приводов манипулятора, которые обеспечивают требуемое перемещение рабочего органа. Таким образом компактная задающая рукоятка с вычислительным устройством заменяют достаточно громоздкий задающий манипулятор в предыдущей системе управления. Аналогичным образом с помощью другой трехстепенной задающей рукоятки осуществляется управление ориентацией рабочего органа. Существуют задающие рукоятки с большим числом степеней подвижности, которые позволяют заменить две трехстепенные рукоятки одной. Следующими еще более удобными для операторов способами управления манипуляторами является супервизорное и интерактивное управление. Эти способы применяются для управления манипуляторами, снабженными автоматическим управлением, через его устройство управления. Они будут рассмотрены позднее в главе 5 (параграф 5.3). Описанные способы управления манипуляторами применяются и для управления системами передвижения роботов и различными видами транспортных средств, которыми занимается робототехника (см. параграф 3.4). / 1 |