Файл: Системы очувствления и адаптивные промышленные роботы..pdf

Рис. 4.8. Алгоритм управле­ ния с вычислением проходов

Это означает, что система управления может перейти на режим дви­ жения вперед с огибанием препятствий.

Целесообразна организация специальных маневров, в которых движение в заданном режиме осуществляется до тех пор, пока не будет удовлетворено некоторое условие, накладываемое на получа­ емую в ходе движения информацию о внешней среде. При подобных маневрах может быть организовано целенаправленное планирование перемещения робота без использования системы счисления пути, например, без одометрии.

Любой из таких маневров снабжается специальной программойанализатором. Информация об окончании маневра или причине аварийного останова передается монитору системы управления. Подобная организация режимов движения характеризуется высо­ кой эффективностью с точки зрения отладки и контроля.

Возможно использование и двумерных представлений видимой части среды для выбора направления движения транспортного ро­ бота.

Последовательность секторов сканирования, попадающих на опорную горизонтальную поверхность при движении сканирующего устройства вверх-вниз, может быть разбита в соответствии с углом

измерения в направлении; пл — номер луча в секторе сканирования;

— номер зоны. Подобная матрица представляет собой локальную двумерную модель среды (типа карты).

Основные этапы обработки информации аналогичны рассмотрен­ ным выше для одномерного случая. Прежде всего матрица подверга­ ется фильтрации с целью сглаживания и удаления случайных вы­

117

бросов. Для этого применяют алгоритм, основанный на методе логического усреднения.

После фильтрации определяются параметры движения по ло­ кальной карте. Параметры, задающие движение транспортного ро­ бота, — линейная скорость v центра масс и угловая скорость со робота в горизонтальной плоскости. Отыскивается ближайшая к ро­

выделяется проход (как в одномерном случае), причем соответственно определяется направление поворота (знак со), а значение v находят из некоторой таблицы как функцию номера зоны. Эту функцию выбирают таким образом, чтобы робот успел развернуться к любому краю зоны /гл, поворачиваясь с максимальным ускорением со.

Если ширина найденного прохода меньше допустимой, то зна­ чение со определяют следующим образом. Для левой и правой поло­ вин локальной карты находят их заполненность препятствиями PL

и Ри \

P L --= И З ( « л); Рн = S Q W?)>

здесь Пл — номера лучей левой половины карты при их просмотре слева направо от самого левого луча до первого луча, содержащего

препятствия в первой зоне; аналогично п!л — номера лучей правой половины карты при их просмотре справа налево от самого правого луча до первого, содержащего препятствие в первой зоне; Q (п) — функция от номера луча, ее значение на единицу меньше номера

структуре недетерминированной среды применяются вСТЗ, например, для транспортных роботов.

Известен следующий достаточно универсальный и экономичный способ подробного представления данных о внешней среде в виде информационного поля для СТЗ, построенных с использованием сканирующих, дальномеров.

Выбирается абсолютная система координат OXaKaZa. Формулы

где л;0, Уо, ZQ — начало базовой системы, а гХУ е,у, ez подбираются такими, чтобы единица в базовой системе была немного меньше средней погрешности измерения.

118

На каждую координату измеренной точки отводится по 10 раз­ рядов. Это позволяет хранить информацию о поверхности из некоего

Считывание и запись информации в модель среды осуществляются с помощью специального программного блока доступа, к которому обращаются СТЗ и система построения движения робота.

Основными функциями блока доступа являются:

Отсутствие информации в элементе эквивалентно заданию р = 0,

N = 0.

На основе указанных трех операций на более высоком уровне могут быть реализованы операции:

1. Статистическое уточнение информации о данной точке.

2.Выделение точек, попавших в данную область, определяе­ мую некоторой сферой.

3.Выделение точек,‘попавших в область, определяемую траекто­

рией движения манипулятора или частей робота.

4. Вычисление возможности установки объектов в заданную точку. В этом случае по соседним элементам вычисляется максималь­ ный перепад высот в окрестности заданной точки. Если он меньше заданного порога, то установка объекта манипулирования возможна.

Значения признака р приведены на рис. 4.9. На этом же рисунке представлен граф возможных переходов признака р в элементе при работе системы. В начальный момент р — 0 (отсутствие инфор­ мации). Этот признак в дальнейшем принимает либо значение р = 3, если возможна лишь оценка сверху высоты в данной точке, либо

119

Гл а в а СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ АДАПТИВНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ

5 И ИХ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

5.1. Принципы построения систем управления адаптивных роботов

Адаптивные роботы — это сложные системы, способные выпол­ нять различные задания в условиях недетерминированной среды. Система очувствления, являющаяся обязательным элементом ада­ птивного робота, обусловливает новые дополнительные функции системы управления, которые заключаются в следующем: принять от системы очувствления информацию о состоянии внешней среды, обработать ее, сформировать на основании этой информации управ­ ление. Все остальные функции программного обеспечения но управ­ лению движением исполнительного устройства адаптивного робота по существу совпадают с соответствующими функциями програм­ много робота.

Для иллюстрации этого обстоятельства рассмотрим пример, когда робот должен обойти некоторую последовательность точек позиционирования. Для программного робота такая последователь­ ность является фиксированной, например, случай взятия деталей с движущегося конвейера и укладки их в тару. Для адативного робота, снабженного, например, СТЗ, последовательность обхода точек позиционирования зависит от показаний системы очувств­ ления: робот может брать детали с конвейера и укладывать их в раз­ ную тару (задача сортировки). Тогда единственное различие систем управления (в той их части, которая обеспечивает исполнение зада­ ния) адаптивного и неадаптивного роботов заключается в наличии совокупности модулей, которые принимают информацию от СТЗ, обрабатывают ее (если СТЗ сама не обеспечивает необходимой об­ работки) и выбирают последовательность обхода уже имеющихся в памяти робота точек позиционирования. И коль скоро эта последо­ вательность выбрана, дальнейшие действия по ее интерпретации, вычислению требуемого управления для адаптивного и неадаптив­ ного роботов совпадают (рис. 5.1).

Это совпадение не является случайным фактором, характеризу­ ющим данный простой пример, оно является общей закономерностью, присущей адаптивным роботам с достаточно высокой степенью адап­

тации, и отражает иерархическую структуру системы управления адаптивного робота.

Иерархия — это такой способ организации системы, когда она представляется в виде многоуровневого набора взаимодействующих подсистем (называемых уровнями иерархии), каждая из которых

121

Рис. 5.1. Системы управления адаптивного и неадаптивного роботов

ответственна за решение ограниченной, строго определенной для подсистемы части задачи, и имеет доступ к ограниченной информации, требуемой только для решения этой задачи. Каждый уровень иерар­ хии находится в подчиненном положении по отношению к вышестоя­ щему урозню, принимая и исполняя поступающие от него команды и данные, являясь в то же время источником команд и данных для стоящего ниже уровня. Для верхнего урорня иерархии источ­ ником команд, как правило, является человек-оператор, формиру­ ющий цели на языке, принятом для этого уровня.

Уже в отношении простейших робототехнических систем, а имен­ но программных промышленных роботов, можно утверждать, что

воснове их организации лежат элементы иерархии. Действительно,

вкачестве нижнего уровня иерархии можно выделить уровень привода, обеспечивающий адекватную отработку управляющих сиг­ налов, которые поступают к нему от вышестоящего уровня. Уро­ вень привода является самостоятельной законченной подсистемой,

которая гарантирует вышестоящему уровню исполнение генериру­ емых им команд. Следующий уровень иерархии служит для вычи­ сления управляющих сигналов на основе данных, подготовленных ранее (на этапе обучения), и команд, которые вводит человек-опе­ ратор. Этот уровень занят выборкой описателей требуемых точек позиционирования, их анализом и преобразованием, построением интерполирующего многочлена и, наконец, передачей соответст­ вующих данных для исполнения нижестоящему уровню привода. Реализация такой простейшей двухуровневой структуры (уровень привода и уровень вычисления управления, или, как его называют, тактический уровень) может быть самой разнообразной: например, управляющая микроЭВМ либо микропроцессор для каждого сочле­ нения исполнительного механизма могут выполнять функции вы­ числения управления, а также брать на себя частично функции ре­ гулятора привода, реализуя цифровую корреляцию.

122