Устройства управления роботов реферат

Обновлено: 04.07.2024

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

2. Характеристика промышленных роботов

3. Управление промышленным роботом

4. Классификация и конструктивно технологические параметры ПР

5. Движения в ПР

6. Технические характеристики ПР

7. Целесообразность использования ПР

8. Список используемой литературы

В первую очередь необходимо сказать необходимо, что промышленным работам или ПР нашли широкое применение на производстве, а именно в отрасли машиностроения. Так как в наше время производство все больше автоматизируеться с целью его усовершенствования, именно в этих целях востребованны ПР, как составная часть автоматизированого произодства.

Промышленный робот являеться частью работизированного технологического комплекса или же РТК. Не для кого сейчас не секрет, что применение промышленных роботов значительно упрощяет процесс производства, со времени своего появления от первых промышленных роботов и до нынешних умных машин ПР они сразу же заслужили уважение и востребованность со стороны машиностроительных предприятий, и уже сегодня нельзя представить себе полноценное автоматизированное производство без этой не мало важной составной части.

Характеристика промышленных роботов

Промышленный робот — автономное устройство, состоящее из механического манипулятора и перепрограммируемой системы управления, которое применяется для перемещения объектов в пространстве в различных производственных процессах. Промышленные роботы являются важными компонентами автоматизированных гибких производственных систем (ГПС), которые позволяют увеличить производительность труда. В составе робота есть механическая часть и система управления этой механической частью, которая в свою очередь получает сигналы от сенсорной части. Механическая часть робота делится на манипуляционную систему и систему передвижения:

· Манипулятор — это механизм для управления пространственным положением орудий и объектов труда.

Манипуляторы включают в себя подвижные звенья двух типов:

- звенья, обеспечивающие поступательные движения

- звенья, обеспечивающие угловые перемещения

Сочетание и взаимное расположение звеньев определяет степень подвижности, а также область действия манипуляционной системы робота.

Для обеспечения движения в звеньях могут использоваться электрические, гидравлический или пневматический привод.

· Система передвижения

Внутри помещений, на промышленных объектах используются передвижения вдоль монорельсов, по напольной колее и т. д.

Управление промышленным роботом

Управление бывает нескольких типов:

1. Программное управление — самый простой тип системы управления, используется для управления манипуляторами на промышленных объектах. В таких роботах отсутствует сенсорная часть, все действия жёстко фиксированы и регулярно повторяются. Для программирования таких роботов могут применяться среды программирования типа VxWorks/Eclipse или языки программирования например Forth, Оберон, Компонентный Паскаль, Си. В качестве аппаратного обеспечения обычно используются промышленные компьютеры в мобильном исполнении PC/104 реже MicroPC. Может происходить с помощью ПК или программируемого логического контроллера.

2. Адаптивное управление — роботы с адаптивной системой управления оснащены сенсорной частью. Сигналы, передаваемые датчиками, анализируются и в зависимости от результатов принимается решение о дальнейших действиях, переходе к следующей стадии действий и т. д.

3. Основанное на методах искусственного интеллекта.

4. Управление человеком (например, дистанционное управление).

Принципы управления ПР:

Современные роботы функционируют на основе принципов обратной связи, подчинённого управления и иерархичности системы управления роботом.

Иерархия системы управления роботом подразумевает деление системы управления на горизонтальные слои, управляющие общим поведением робота, расчётом необходимой траектории движения манипулятора, поведением отдельных его приводов, и слои, непосредственно осуществляющие управление двигателями приводов.

Подчинённое управление служит для построения системы управления приводом. Если необходимо построить систему управления приводом по положению (например, по углу поворота звена манипулятора), то cистема управления замыкается обратной связью по положению, а внутри системы управления по положению функционирует система управления по скорости со своей обратной связью по скорости, внутри которой существует контур управления по току со своей обратной связью. Современный робот оснащён не только обратными связями по положению, скорости и ускорениям звеньев. При захвате деталей робот должен знать, удачно ли он захватил деталь. Если деталь хрупкая или её поверхность имеет высокую степень чистоты, строятся сложные системы с обратной связью по усилию, позволяющие роботу схватывать деталь, не повреждая её поверхность и не разрушая её. Управление роботом может осуществляться как человеком-оператором, так и системой управления промышленным предприятием (ERP-системой), согласующими действия робота с готовностью заготовок и станков с числовым программным управлением к выполнению технологических операций.

Классификация и конструктивно технологические параметры ПР

Классификация промышленных роботов:

1. По виду производства ПР делят на специальные, специализированные и универсальные.

· Специальные ПР выполняют определенную технологическую операцию или вспомогательную модель оборудования;

· Специализированные ПР выполняют операции одного вида, например сварку, сборку и обслуживают определенную группу моделей оборудования;

· Универсальные ПР являются наиболее усовершенствованными представителями промышленных роботов, служат для выполнения разных операций и функционируют с оборудованием различного назначения ( разнородных операций ).

2. По грузоподъемности различают ПР на сверхлегкие (грузоподъемность не более 1 кг.), легкие (грузоподъемность от 1 до 10 кг.), средние (грузоподъемность от 10 до 200 кг.), тяжелые (грузоподъемность от 200 до 1000 кг.) и сверхтяжелые (где грузоподъемность свыше 1000 кг.).

3. По возможности передвижения ПР подразделяют на стационарные и подвесные.

· Стационарные имеют ориентирующие и транспортирующие движения;

· Транспортирующие ПР дополнительно к этим двум движениям (ориентирующие и транспортирующие) и координатные перемещения.

4. По числу степеней подвижности ПР, выпускают роботы с 2-мя, 3-мя, 4-мя и более степеней подвижности.

5. По способу установки ПР делят на встроенные (хотя встроенные промышленные роботы и считаются компактными в плане габаритов, но при этом они обслуживают только один станок), подвесные (возможность обслуживания до 2-х станков) и напольные (возможность обслуживания до 2-х и более станков, но при этом они имеют более сложные задачи, например обеспечить смену инструмента.

6. По виду привода ПР подразделяют на роботы с электрическим, гидравлическим, пневматическим и комбинированным приводам.

7. По виду управления ПР различают:

· Роботы с погромным управлением (цикловым, числовым, позиционным и контурным);

· Роботы с адаптивным управлением (промышленные роботы с адаптивным управлением имеют измерительные устройства и устройства для восприятия внешней среды, управляющая программа или УП в этом случае не должна содержать всю необходимую информацию).

8. По способу программирования различают ПР программируемые обучением ( по методу обучения оператор, управляя промышленным роботом приводит его захватное устройство или ЗУ из одного конечного положения в другое через серию точек, которые фиксируются в запоминающем устройстве промышленного робота и при обработке следующих деталей захватное устройство будет двигаться по этим точкам) и аналитические (путем расчета программ).

Движения в ПР

Различают следующие движения в промышленных роботах:

1. Транспортирующие – в направлениях XY, j xy, j zx

Транспортирующие движения служат для перемещения ЗУ в различные точки рабочего транспорта;

2. Ориентирующие – в направлениях j yz и Q

Ориентирующие движения передают захватному устройству (ЗУ) необходимое положение в заданной точке рабочей зоны;

3. Координатное – Y, X

Координатные движения обеспечивают перемещения ПР между отдельными производственными позициями. Рабочие движения промышленных роботов направлены на удержание объекта и перемещения его в заданных направлениях. Система координат ПР определяют компоновочную схему ПР и форму рабочей зоны: прямоугольная плоская, прямоугольная пространственная, полярная, цилиндрическая, сферическая.

Технические характеристики ПР

1. Грузоподъемность промышленного робота определяется наибольшей массой изделия (например, детали, инструмента или приспособления), которым он может манипулировать в пределах рабочей зоны;

2. Число степеней подвижности промышленного робота определяется общим числом поступательных и вращательных движений манипулятора, без учета движений зажима-разжима его схвата. Большинство промышленных роботов в машиностроении имеет до пяти степеней подвижности;

3. Рабочая зона определяет пространство, в котором может перемещаться схват манипулятора. Обычно оно характеризуется наибольшими перемещениями захватного устройства вдоль и вокруг каждой оси координат.

Мобильность промышленного робота определяется его способностью совершать разные по характеру движения: перестановочные (транспортные) перемещения между рабочими позициями, находящимися на расстоянии, большем, чем размеры рабочей зоны манипулятора; установочные перемещения в пределах рабочей зоны, определяемой конструкцией и размерами манипулятора; ориентирующие перемещения схвата, определяемые конструкцией и размерами кисти - конечного звена манипулятора. Промышленные роботы могут быть стационарными, не имеющими перестановочных перемещений, и передвижными, обеспечивающими все названные виды движений

Целесообразность использования ПР

· достаточно быстрая окупаемость

· исключение влияния человеческого фактора на конвейерных производствах, а также при проведении монотонных работ, требующих высокой точности;

· повышение точности выполнения технологических операций и, как следствие, улучшение качества;

· возможность использования технологического оборудования в три смены, даже 365 дней в году;

· рациональность использования производственных помещений;

· исключение воздействия вредных факторов на персонал на производствах с повышенной опасностью;

Список используемой литературы

Со времен Леонардо да Винчи и Айзека Азимова прошло немало лет. Сегодня робототехника подарила нам множество полезных роботов, которые упрощают жизнь в промышленности, медицине, образовании и быту. Но робот — всего лишь единица сложного процесса, который объединяется в робототехнические системы. Какими они бывают и как происходит управление робототехническими системами, вы узнаете из нашего материала.

Какими бывают робототехнические системы?

Робототехнические системы представляют совокупность роботов и других устройств, которые функционально и информационно связаны между собой в единое целое.

В зависимости от типа управления их разделяют на следующие:

Биотехнические, которые представлены копирующими, командными и полуавтоматическими.
Автоматические, которые представлены адаптивными, программными и интеллектуальными.
Интерактивные, которые представлены супервизорными, диалоговыми и автоматизированными.

Сегодня разные типы систем применяются в различных отраслях, чтобы сократить затраты и увеличить производительность труда. Поговорим детальнее о видах робототехнических систем.

Биотехнические робототехнические системы

В данную категорию входят манипуляторы, которые точь-в-точь копируют действия человека-оператора. При этом рабочий может быть на большой дистанции от робота, который выполняет опасные для здоровья и жизни работы. Еще один плюс — возможность масштабирования задач. К примеру, если оператор сместит руку на 1 см, это равно смещению манипулятора на 5 см.

В свою очередь биотехнические системы делятся на:

Копирующие, которые полностью повторяют действие человека. Есть два основных вида таких устройств — экзоскелеты и задающий орган. В первом случае оператор надевает костюм (экзоскелет) на все тело или же на часть тела. Во втором случае управление роботами и робототехническими системами происходит при помощи задающего органа. Наиболее часто используется рычаг. Грузоподъемность современных устройств — до 3 тонн.
Командные, управление которыми происходит благодаря кнопкам и рычагам. Они отвечают за определенное звено либо функцию. Несмотря на то, что каждое звено можно с большой точностью выставить в нужное положение, это занимает много физических и временных затрат.
Полуавтоматические системы вобрали свойства двух предыдущих видов. Они способны вычислять движения робота, что позволяет управлять всей его кинематикой при помощи только рычага.

Автоматические робототехнические системы

Представляют системы управления робототехническими комплексами, которые работают без человеческого участия.

Заранее задайте схему работы, и робот будет выполнять их циклично, не изменяя последовательность действий. Автоматическое управление робототехническими системами идеально подходит для конвейера, где необходимо выполнять одни и те же задачи. Среди преимуществ стоит выделить повышение безопасности и снижение затрат на производстве, так как не требуется работа оператора.

Автоматические системы принято разделять на:

Программные, название которых говорит само за себя. Робот запрограммирован на выполнение заданной последовательности задач. Повторяющиеся действия выполняются качественно, быстро и надежно. Среди плюсов таких устройств — возможность перепрограммировать.
Адаптивные — модификация программных роботов. Они более совершенны, поскольку имеют адаптивное обеспечение: камеру, УЗ датчики расстояния, распознавание габаритов/цвета и т.д.
Интеллектуальные — еще более усовершенствованные устройств, чем две предыдущие подкатегории. Их отличие заключается в возможности обратного общения с оператором, планировании и перепланировании поведения, самообучении, взаимодействии с другими устройствами, навигации и прочем.

Интерактивные робототехнические системы

Особенность состоит в том, что человек подает текстовые или голосовые команды. Также есть еще один нюанс — устройство не приступит к другой стадии, пока не получит команду от человека.

Среди интерактивных робототехнических систем выделяют:

Супервизорные, которые предполагают взаимодействие человека и робота. В данном случае человек отвечает за интеллектуальную сторону, а робот — за вычисление и реализацию команд.
Автоматизированные, в которых чередуются или соединяются свойства биотехнических и автоматических устройств.
Диалоговые, предполагающие тесную взаимосвязь человека и робота. Устройство оснащают системой прогнозирования и выведения данных, чтобы оператор был в курсе всех последствий определенных действий. Таким образом, человек получает точную информацию, а робот — правильную стратегию действий.

Автономный робот работает по заданному алгоритму исходя из поступающих от датчиков данных.
У полуавтономного робота есть задачи, которые контролируются человеком. И дополнительно есть другие задачи, которые он выполняет сам по себе.

Полуавтономные роботы

Хорошим примером полуавтономного робота является сложный подводный робот. Человек контролирует основные движения робота. И в это время бортовой процессор измеряет и реагирует на подводные токи. Это позволяет держать робота в одном и том же положении без дрейфа. Камера на борту робота отправляет видео обратно человеку. Дополнительно бортовые датчики могут отслеживать температуру воды, давление и многое другое.

Если робот теряет связь с поверхностью, то включается автономная программа и поднимает подводного робота на поверхность. Для того, чтобы иметь возможность управлять своим роботом, нужно будет определить его уровень автономности. Возможно вы хотите чтобы управление роботом осуществлялось по кабелю, было беспроводное или полностью автономное.

Управление по кабелю

Самый простой способ управления роботом — это ручной контроллер, физически подключенный к нему с помощью кабеля. Переключатели, ручки, рычаги, джойстики и кнопки на этом контроллере позволяют пользователю управлять роботом без необходимости включать сложную электронику.

В этой ситуации двигатели и источник питания могут быть подключены непосредственно к переключателю. Следовательно, можно контролировать его вращение вперед / назад. Это используется обычно в транспортных средствах.

Полуавтономный подводный робот

Управление роботом при помощи кабеля и встроенного микроконтроллера

Следующим шагом будет установка микроконтроллера на робота, но при этом продолжать использовать кабель. Подключение микроконтроллера к одному из портов ввода / вывода вашего компьютера (например, USB-порт) позволяет вам управлять своими действиями. Управление происходит с помощью клавиатуры, джойстика или другого периферийного устройства. Добавление микроконтроллера в проект также может потребовать, чтобы вы запрограммировали робота на входные сигналы.

Основные преимущества такие же, как и при непосредственном управлении по кабелю. Может быть запрограммировано более сложное поведение робота и его реакция на отдельные кнопки или команды. Имеется большой выбор управления контроллером (мышь, клавиатура, джойстик и т. д.). Добавленный микроконтроллер имеет встроенные алгоритмы. Это означает, что он может взаимодействовать с датчиками и принимать определенные решения самостоятельно.
К недостаткам относится более высокая стоимость из-за наличия дополнительной электроники. Другие недостатки такие же как и при непосредственном управлении роботом по кабелю.

Управление по Ethernet

Используется разъём Ethernet RJ45. Для управления нужно Ethernet соединение. Робот физически подключен к маршрутизатору. Следовательно его можно контролировать через Интернет. Также это возможно (хотя и не очень практично) для мобильных роботов.

Настройка робота, который может общаться через Интернет, может быть довольно сложной. В первую очередь предпочтительным является соединение WiFi (беспроводной интернет). Проводная и беспроводная комбинация также являются опцией, где есть приемопередатчик (передача и прием). Приемопередатчик физически подключен к Интернету, и данные, полученные через Интернет, затем передаются беспроводным способом роботу.

Преимуществами является то, что робота можно контролировать через интернет из любой точки мира. Робот не ограничен по времени работы, так как он может использовать Power over Ethernet. PoE. Это технология, которая позволяет передавать удалённому устройству электрическую энергию вместе с данными через стандартную витую пару по сети Ethernet. Использование интернет-протокола (IP) может упростить и улучшить схему связи. Преимущества те же, что и при прямом проводном компьютерном управлении.
Недостатком является более сложное программирование и те же недостатки, что и при управлении по кабелю.

Управление при помощи ИК-пульта

Инфракрасные пульты дистанционного управления (такие, как универсальные пульты дистанционного управления, для телевизоров), используются для отправки команд инфракрасному приемнику, подключенному к микроконтроллеру. Он затем интерпретирует эти сигналы и контролирует действия робота.

Преимуществом является низкая стоимость. Для управления роботом можно использовать простые пульты дистанционного управления телевизором.
Недостатки в том, что требуется прямая видимость для управления.

Радиоуправление

Для управления при помощи радиочастот требуется передатчик и приемник с небольшими микроконтроллерами для отправки, приема и интерпретации данных, передаваемых по радиочастоте (RF). В коробке приемника имеется печатная плата (печатная плата), которая содержит приемный блок и небольшой контроллер сервомотора. Для радиосвязи требуется передатчик, согласованный / сопряженный с приемником. Возможно использование трансивера, который может отправлять и принимать данные между двумя физически разными средами систем связи.

Радиоуправление не требует прямой видимости и может быть осуществлено на большом расстоянии. Стандартные радиочастотные устройства могут обеспечивать передачу данных между устройствами на расстоянии до нескольких километров. В то время как более профессиональные радиочастотные устройства могут обеспечивать управление роботом практически на любом расстоянии.

пульт радиоуправления роботом

Многие конструкторы роботов предпочитают изготавливать полуавтономных роботов с радиоуправлением. Это позволяет роботу быть максимально автономным, обеспечивать обратную связь с пользователем. И может давать пользователю некоторый контроль над некоторыми его функциями в случае необходимости.

Преимуществами является возможность управлять роботом на значительных расстояниях, может просто настраиваться. Связь является всенаправленной, но может не проходить сигнал полной блокировке стенами или препятствиями.
Недостатками является очень низкая скорость передачи данных (только простые команды). Дополнительно нужно обращать внимание на частоты.

Управление по Bluetooth

Bluetooth является радиосигналом (RF) и передается по определенным протоколам для отправки и получения данных. Обычный диапазон Bluetooth часто ограничен примерно 10 м. Хотя он имеет то преимущество, что позволяет пользователям управлять своим роботом через устройства с поддержкой Bluetooth. Это в первую очередь сотовые телефоны, КПК и ноутбуки (хотя для создания интерфейса может потребоваться настраиваемое программирование). Так же, как и радиоуправление, Bluetooth предлагает двустороннюю связь.

Преимущества: управляемый с любого устройства с поддержкой Bluetooth. Но, как правило, требуется дополнительное программирование. Это смартфоны, ноутбуки и т.д. Более высокие скорости передачи данных могут быть всенаправленными. Следовательно, не нужна прямая видимость и сигнал может немного проходить через стены.
Недостатки. Должен работать в паре. Расстояние обычно составляет около 10 м (без препятствий).

Управление по WiFi

Управление по WiFi часто является дополнительной опцией для роботов. Способность управлять роботом по беспроводной сети через Интернет представляет некоторые существенные преимущества (и некоторые недостатки) для беспроводного управления. Чтобы настроить управление роботом по Wi-Fi нужен беспроводной маршрутизатор, подключенный к Интернету, и блок WiFi на самом роботе. Для робота можно использовать устройство, которое поддерживает TCP / IP протокол.

Преимуществом является возможность управлять роботом из любой точки мира. Для этого нужно чтобы он находился в пределах диапазона беспроводного маршрутизатора. Возможна высокая скорость передачи данных.
Недостатки то, что необходимо программирование. Максимальное расстояние обычно определяется выбором беспроводного маршрутизатора.

Управление при помощи сотового телефона

Другая беспроводная технология, которая была первоначально разработана для связи человека и человека — сотовый телефон, теперь используется для управления роботами. Поскольку частоты сотового телефона регулируются, включение сотового модуля на робота обычно требует дополнительного программирования. Также не нужно понимания системы сотовой сети и правил.

Преимущества: робота можно контролировать в любом месте, где есть сотовый сигнал. Возможна спутниковая связь.
Недостатки; настройка управления по сотовой связи могут быть сложными — не для начинающих. В каждой сотовой сети есть свои собственные требования и ограничения. Обслуживание в сети не является бесплатным. Обычно чем больше данных вы передаете, тем больше денег вам надо заплатить. Система пока еще не настроена для использования в робототехнике.

Автономное управление роботом

Следующим шагом будет использование микроконтроллера в вашем роботе в полном объеме. И в первую очередь программирование его алгоритма работы по вводу данных от его датчиков. Автономное управление может осуществляться в различных формах:

быть предварительно запрограммировано без обратной связи с окружающей средой
с ограниченной обратной связью с датчиками
со сложной обратной связью с датчиками

Настоящее автономное управление включает в себя множество датчиков и алгоритмов. Они позволяют роботу самостоятельно определять лучшее действие в любой заданной ситуации. Самые сложные методы управления, которые в настоящее время реализуются на автономных роботах, являются визуальными и слуховыми командами. Для визуального контроля робот смотрит на человека или объект, чтобы получить свои команды.

автономное управление роботом

Автономная платформа

Целью нашего проекта является создание автономной платформы, способной принимать решение, основанное на внешних сигналах от датчиков.

управление микроконтроллером Lego EV3

Мы будем использовать микроконтроллер Lego EV3. Он нам позволяет сделать как полностью автономную платформу. Так и полуавтономную, управляемую по Bluetooth или при помощи инфракрасного пульта управления.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам