4.1. Групповое управление оборудованием и роботами
Проблема группового управления оборудованием включает в себя два аспекта.
Первый аспект: системотехнический, включающий в себя вопросы информационно-технического интерфейса и вопросы синхронизации работы разнородного оборудования, входящего в состав РТК, гибкой производственной ячейки, участка, цеха и т.п.
Второй аспект: включает в себя вопросы координации движений группы роботов, манипуляторов, многозвенных захватных устройств ("пальцев рук") с целью уклонения от столкновений при выполнении той или иной технологической задачи.
Под групповым управлением оборудованием понимают взаимодействие в группе оборудования на уровне связи и синхронизации работы программ числового управления. При этом задачу координированного управления движущими объектами называют групповым управлением роботами.
При групповом управлении оборудованием проблема организации взаимосвязанного функционирования различных устройств комплекса заключается в сложности программирования и синхронизации их работы. Сложность программирования и синхронизации определяется разнородностью обрабатываемых данных в системе группового управления оборудованием, что требует определенной стандартизации процедур передачи и обработки данных.
|
|
Передача данных в производственной системе между ЭВМ различных уровней осуществляется, как правило, на основе протокола, определяющего структуру передачи, максимальные пределы времени, код и формат передаваемых данных. Помимо необходимости согласования физических параметров интерфейса необходимо согласовывать параметры на уровне информационного взаимодействия. С этой целью в системе управления используются устройства, выполняющие функции промежуточного хранения данных, связи с оператором, регистрации рабочих параметров, концентрации, т.е. подсоединения нескольких систем управления. В качестве средств связи и управления, обеспечивающих развитие структуры и высокие скорости обработки данных, в неоднородных вычислительных системах используются локальные сети ЭВМ.
Один из подходов к построению распределенной системы группового управления оборудованием основан на использовании контроллеров ГПМ и связывающей их между собой локальной вычислительной сети.
Выбор и синхронизация программ работы оборудования в распределенной системе группового управления основаны на реализации системой функций логического управления. При этом решают два класса задач:
-синхронизация последовательности работы оборудования;
|
|
-комбинаторное управление работой оборудования, связанное с анализом состояния системы, проверкой условий и выбором действий. Решение этих задач потребовало разработки и применения специальных проблемно-ориентированных языков в виде имитационного моделирования и искусственного интеллекта. Этиязыки так и называются "КОНТРОЛЛЕР" и "КООРДИНАТОР" и подробно описаны в работе [4]. Язык "КОНТРОЛЛЕР" реализует задачи первого класса. Язык ”КООРДИНАТОР" используют для решения задач второго класса, в том числе задач логического управления.
Такое построение группового управления оборудованием позволяет достичь более высокой гибкости перепрограммирования системы управления по сравнению с традиционным подходом построения программного обеспечения на основе универсальных языков программирования.
Групповое управление роботами представляет собой координированное управление движением, позволяющее промышленным роботам уклоняться от столкновений друг с другом или с препятствиями при выполнении ими функциональных задач. Необходимость координации действий промышленных роботов возникает при непосредственной передаче роботами деталей друг другу, совместной работе над деталью или узлом (например металлообработке или сборке), а также при взаимном уклонении от столкновений в ходе выполнения промышленными роботами независимых задач. Аналогичные задачи координации возникают при управлении захватным устройством с несколькими многозвенными пальцами.
Координация роботов подразумевает две фазы:
- моделирование движения роботов в динамической среде для прогнозирования возможности столкновений;
- управление роботами, обеспечивающее упреждение столкновений и обход препятствий.
Основой координации движений является выбор стратегии уклонения роботов, для чего используют эвристики различной сложности в зависимости от характера решаемой технологической задачи. Основными типовыми стратегиями управления для двух роботов являются
1) общие рабочие зоны блокируются для обоих роботов при их совместном движении;
2) вход одного из роботов в общую рабочую зону блокирует вход в нее другого робота на все время пребывания первого робота в общей рабочей зоне;
3) вход в общую рабочую зону не заблокирован. Робот с правом приоритета совершает свободное траекторное движение в общей рабочей зоне, другой робот уклоняется от столкновения, корректируя собственную траекторию движения.
Анализ рассмотренных стратегий управления показывает, что при первой стратегии имеются ограничения допустимого класса технологических операций. Например, операции сборки или транспортировки требуют присутствия роботов в общей рабочей зоне. При второй стратегии замедляется работа роботов, так как появляется дополнительное время ожидания свободного состояния общей рабочей зоны. Третья стратегия требует быстрых вычислений коррекции траекторий роботов в реальном масштабе времени.
Основным подходом решения задачи автоматического уклонения является геометрическое моделирование. Оно позволяет визуализировать движение каждого робота в трехмерном пространстве и комбинировать аналитическое программирование роботов с графическим программированием движений на экране дисплея.
Решение задачи автоматического управления уклонением роботов связано с решением двух подзадач:
- планирование траекторий;
- программирование движений роботов.
Для решения первой задачи используют методы глобального и локального планирования траекторий. Глобальное планирование и связанное с ним прогнозирование столкновений осуществляют для всей рабочей зоны роботов. Локальное планирование характерно для текущего положения каждого робота.
|
|
Методы программирования движений роботов существенно зависят от способов планирования траекторий и делятся на два класса:
- программирование в режиме "OFF-LINE";
- программирование в режиме реального масштаба времени. Режим "OFF-LINE" предусматривает программирование до начала
движения роботов, и поэтому методы глобального планирования траекторий преимущественно используются в этом режиме. Методы локального планирования траекторий применяют при программировании в режиме реального масштаба времени.
Управление при решении задач уклонения в режиме "OFF-LINE" сводится к прогнозированию запретных зон для движения роботов и последующему глобальному планированию траекторий движения, исключающих их попадание в запретные зоны.
Решение задачи уклонения в реальном масштабе времени усложняется двумя причинами:
- задача является динамической, так как приходится рассматривать движение в окрестности препятствия с учетом неточностей, неопределенных воздействий разброса во время срабатывания роботов;
- из-за ограниченности времени по анализу движения трудно разделить этапы обнаружения препятствий и планирования траекторий. Поэтому для управления в реальном масштабе времени характерным является совмещение процедур обнаружения препятствий с локальным планированием траектории движения. На практике это означает, что коррекция траектории движения осуществляется в момент первого обнаружения ближайшего препятствия до распознавания в ней карты столкновений.
Наибольшее применение для решения последней задачи находит метод иерархического нелинейного группового управления. Этот метод реализует стратегию управления № 3, схема которого при управлении двумя роботами приведена на рис. 4.1.
Основным элементом структуры является координатор 1, который автоматически формирует уклонение одного из роботов при назначенном приоритете другому роботу. На вход координатора поступают векторы W1(t), W2(t) и y1(t), y2(t), задающие соответственно желаемые и текущие значения траекторий роботов. Блок детекции 2 области столкновения выявляет существование области столкновений для сегментов траектории с координатами W1(t + 1), y1(t), W2(t + 1), y2(t). Если область столкновений отсутствует, то желаемые значения векторов W1(t + 1), W2(t + 1) после преобразования координат непосредственно используют для управления приводами роботов. В противном случае корректируют желаемые значения векторов в прогнозируемый момент времени t + 1 в соответствии с маневром уклонения, который формируют по специальным таблицам выбора решений.
|
|