Файл: Системы очувствления и адаптивные промышленные роботы..pdf

Рис. 5.11. Граф переходов конечного автомата, эквивалентного двухстепенному манипулятору

где верхний индекс 0 или 1 означает состояние захвата (открыт или закрыт — соответственно). Однако такой подход существенно услож­ няет описание автомата, а следовательно, и управление. Ниже, при описании конечного автомата, будет рассмотрен способ учета состоя­ ния захвата.

Управление цикловым манипулятором. Граф перехода конечного автомата отражает лишь возможные перемещения манипулятора, но не указывает, какую конкретную последовательность положений будет он проходить. Для того чтобы захват манипулятора обошел наперед заданные точки позиционирования, необходимо сформи­ ровать соответствующую последовательность управлений щ . В тер­ минах описания конечного автомата это означает, что требуется сге­

если U = (0,1), то строками, которые можно подать на вход, яв­ ляются следующие последовательности: 0 1 0 1 , 0 0 0 0 , 101011110 и т. д. Например, чтобы рассмотренный выше трехстепенной манипулятор

рованный перевод захвата манипулятора в состояние х ъ поскольку начальное положение захвата нам неизвестно. В том случае, когда требуется циклически повторить эту последовательность, т. е. осу­ ществить следующее движение: х ^ х ^ х ^ х ^ ..., а именно такого рода движения являются основными для цикловых манипуляторов, то аналогичным образом необходимо обеспечить периодичность вход­

ной СТРОКИ, Т. е. ^11^21^31^22^32^21^31^22^32^21 •••

Однако такой подход вызывает серьезные трудности. Преодолеть их можно путем синтезирования регулятора для циклового манипу­ лятора в виде конечного автомата, входной алфавит которого яв­ ляется подмножеством выходного алфавита циклового манипуля­ тора и, наоборот, выходной алфавит — подмножеством входного

148

и некоторыми дополнительными факторами (рис. 5.12). Примером может служить регулятор для трехстепенного манипулятора, кото­ рый обходит последовательность точек как это было сфор­ мулировано выше; однако лишь для простоты предполагается, что известно начальное положение х х захвата манипулятора. Один из возможных регуляторов, инициирующих требуемую последователь­

Соответствующий граф регулятора показан на рис. 5.13.

Рис. 5.14. Совместная работа манипулятора как объекта управления и регулятора

В рассматриваемом случае процесс обхода заданных точек пози­ ционирования есть результат совместной работы двух автоматов: манипулятора (см. рис. 5.9) и регулятора (рис. 5.13). В начальный момент времени манипулятор находится в состоянии х ъ а регуля­

налов переводит регулятор в состояние г2, в котором он генерирует выходной символ и22. Управляющий символ w22, будучи восприня­ тым манипулятором, переведет его в состояние х2, при этом сработает соответствующий датчик, и на выходе появится сигнал у 2Ъ который, в свою очередь, будет воспринят регулятором. Далее процесс обмена элементами алфавита между автоматами продолжается, в результате чего манипулятор будет двигаться по предписанной траектории. Совместную работу манипулятора и регулятора в процессе выпол­ нения поставленной задачи иллюстрирует рис. 5.14.

Манипулятор с сервоприводом как конечный автомат. Если манипулятор снабжен сервоприводами, то его зона обслуживания содержит бесконечно много точек, куда можно перевести захват, в отличие от циклового манипулятора, рабочая зона которого имеет конечное число точек. Попытки описать манипулятор с сервопри­ водами как конечный автомат, на том основании, что в действитель­ ности число состояний, в которых может пребывать его захват, конечно вследствие цифровой природы управляющих сигналов на приводы подвижных сочленений, не приводят к успеху, по­ скольку число этих состояний остается слишком большим. Так, если предположить, что шестистепенной манипулятор управляется ЭВМ с помощью 10-разрядных цифроаналоговых преобразователей, то число состояний манипулятора можно грубо оценить как (210)6, что безусловно превышает все ресурсы управляющей вычислитель­ ной техники как по памяти, так и по быстродействию, и с этой точки зрения можно считать число состояний просто бесконечным.

Задача упрощается, если считать, что манипулятор является «обученным», т. е. имеются описатели точек позиционирования, число которых конечно и к которым можно обращаться, если им присвоить некоторые имена. Более того, при контурном управлении можно именовать целую траекторию, поскольку при использовании теории конечных автоматов процесс перехода из одного состояния

150

смысл: соответствующий уровень иерархии системы управления робота (рис. 5.15) должен понимать и адекватно интерпретировать тот конечный (из-за конечности множеств, описывающих автомат) набор инструкций, который ему предписывается исполнить выше­ стоящим уровнем системы управления. Таким образом, мы рассма­ триваем как конечный автомат не только манипулятор с системой приводов, т. е. исполнительный уровень, но и уровни вычисления управления и интерпретации входных управляющих сигналов. Этот подход является весьма естественным с точки зрения наличия иерархии в структуре системы управления робота, поскольку не только не противоречит основным принципам этого способа органи­ зации системы, но и подтверждает необходимость их использования, а также конструктивность предложенного подхода к проектированию таких систем.

На самом деле рассмотренный выше цикловой робот также пред­ полагался обученным, хотя это выглядело не столь явно: процесс обучения циклового робота состоит в настройке фиксаторов, ограни­ чивающих движения манипулятора по каждой из степеней подвиж­ ности, однако ввиду относительной простоты этой операции ее часто упускают из вида. Тогда, если учесть это обстоятельство, исчезает разница между цикловым манипулятором и манипулятором с серво­ приводом: ее не существует для уровня логического управления, который рассматривает тот и другой манипулятор как конечный автомат.

Единственный вопрос, который осталось здесь обсудить, — это построение выходного алфавита автомата. Для циклового робота этот вопрос решался естественным образом: элементы выходного

151