Файл: Системы очувствления и адаптивные промышленные роботы..pdf

Рис. 5.21. Схема логической сети, уп­ равляющей поведением РТК

а л ф а ви т : р и , p d . Появление на выходе этих символов свидетельствует о нахождении

к тому, что стол повернется на одну позицию. В ы ходн ой а л ф а в и т ; rt. Появление сим­ вола r t свидетельствует об окончании процесса поворота стола. Соответствующий граф приведен на рис. 5.20, д .

Таким образом, перечисленные выше конечные автоматы описывают поведение каждого из активных элементов адаптивного РТК. Построим управляющую струк­ туру (логическую сеть) которая реализует адаптивный способ поведения сборочного

РТК.

На рис. 5.21 приведена схема логической сети, компоненты которой являются конечными автоматами. Регуляторы R x и R 2 управляют манипуляторами и их за­ хватами на основании полученной от них информации, а также команд монитора

рочного процесса; f l x — первый этап сборки завершен неудачно. В ы ходн ой а л ф а ви т :

Р ъ Р ъ Рз> Pi* Рь> Р%у eui- Символы p lt ..., р6 обеспечивают перевод манипулятора в со­ ответствующие точки позиционирования (см. автомат А г). Символ еиг передается монитору, чтобы проинформировать его о том, что, начиная с этого момента, можно инициировать работу СТЗ с целью проведения визуальной инспекции рабочей сцены, поскольку деталь А установлена в сборочное приспособление и поле зрения видео­ датчика не заслонено захватом манипулятора.

На рис. 5.22, а представлен граф регулятора. Входной символ, получаемый в состоянии х9у определяет поведение манипулятора: если деталь верно установлена в месте сборки, то цикл сборки продолжается, в противном случае манипулятор за­ бирает деталь и укладывает ее в тару брака.

Монитор (iWV). В ход н ой а л ф а в и т : s t0, e v lt v t , v f, .... Символ s t0 — это команда, источником которой является человек-оператор и который инициирует исполнение всего сборочного процесса. Все остальные символы принадлежат выходным алфави­ там соответствующих автоматов. В ы ходн ой а л ф ави т : $ tlt w lt s/2, ok1% со, ... Команды st-± и s^2 запускают исполнение сборки первым и вторым манипуляторами. Заметим, что, попав в состояние х4, монитор выдает сразу два управляющих символа, которые обеспечивают параллельное исполнение сборки двумя манипуляторами.

Фрагмент графа перехода монитора представлен на рис. 5.22, б . Монитор по существу управляет сборкой, обеспечивая запуск соответствующих активных эле­ ментов в зависимости от состояния сборочного процесса, т. е. придавая всему комп­ лексу в целом адаптивные свойства.

Реализация логического управления. Способы реализации логи­ ческого управления могут быть различными. Как известно, все

158

Рис. 5.22. Управляющие элементы логиче­ ской сети:

а — регулятор манипулятора; б — мо­ нитор

уровни иерархии управления (возможно, исключая нижние) реали­ зуются на базе ЭВМ, т. е. в виде некоторых программ. Логическое управление осуществляется сетью автоматов, которые обмениваются между собой элементами алфавитов. При этом естественно интерпре­ тировать каждый автомат как процесс (или задачу), развитие кото­ рого определяется поступающими на его вход данными от других процессов. Конкретная реализация этих процессов зависит от мощ­ ности располагаемых вычислительных средств. Один из лучших способов реализации заключается в использовании мультимикропроцессорной сети, в которой каждый микропроцессор выполняет программно функции конечного автомата. В этом смысле использова­ ние теории конечных автоматов при разработке управления адап-

1 5 9

тивньши роботами стимулирует распараллеливание процесса испол­ нения и является конструктивным. Для управляющих систем, имеющих небольшое число процессоров, необходимо реализовать мультизадаточный режим, что сопряжено с дополнительными рас­ ходами в связи с перераспределением ресурсов между задачами.

Вытекающая из теории конечных автоматов реализация конечного автомата в виде набора специальным образом соединенных простых логических элементов не является приемлемой для робототехнических систем, поскольку одним из отличительных качеств робота является его универсальность (т. е. возможность выполнять разнообразные операции), достигаемая путем его перепрограммирования. С точки зрения логического управления это означает перестройку связей, входящих в состав управляющей структуры автоматов, и тогда аппаратная реализация такой структуры (на базе логических элемен­

160

— ■*./

MAIN О

ID

■> ID

[ REC-OUT < 3 - >TO_OUT> s

RETURN<3->PNT.NX>;

HI

HI

От регуляторов и соответствующим образом управляют активными элементами. Такое свойство программного обеспечения логического управления является чрезвычайно большим преимуществом конечноавтоматного подхода к управлению адаптивными робототехническими системами, поскольку позволяет строить логический уровень управ­ ления из однотипных, заранее разработанных модулей, оставляя программисту лишь задачу соответствующего заполнения структур данных, описывающих каждый автомат.

Таким образом, выше мы рассмотрели ряд вопросов, связанных с логическим управлением адаптивными робототехническими ком­ плексами, касаясь при этом только формулировки основных идей, связанных с использованием аппарата теории конечных автоматов для решения этой проблемы. При этом не были затронуты очень важные вопросы: формальный анализ поведения адаптивного робото­ технического комплекса; способ описания логической сети на язы­ ковом уровне; формальное доказательство правильности работы ло­ гической сети; формализация синтеза управляющих структур ис­ ходя из заданной цели и возможностей активных элементов.

Описанный в этом параграфе подход выполнен на неформальном уровне, хотя и в этом случае он позволяет получать некоторые ре­ зультаты для несложных робототехнических систем.

5.4. Инструментальные средства для разработки

иисследования алгоритмического

ипрограммного обеспечения адаптивных роботов

Программное обеспечение адаптивного робота — это одна из самых сложных и дорогостоящих его компонент. Она определяет уровень адаптации робота, способ его функционирования в недетер­ минированной среде, а также ту простоту и легкость, с которой че­ ловек-оператор может обращаться с роботом, формируя ему задания с одной стороны и получая от него информацию о состоянии робота и исполняемого им задания с другой стороны. Поэтому проектирова­ ние программного обеспечения адаптивного робота представляет собой трудоемкую процедуру, требующую не только больших интел­ лектуальных и временных затрат разработчика, но и соответству­ ющих вычислительных средств, мощность которых (аппаратная и программная) должна, как правило, быть больше вычислительной мощности адаптивного робота. С этой целью используют инструмен­ тальные вычислительные комплексы, оснащенные не только широким набором периферийных устройств, но и развитыми операционными системами, как универсальными, так и проблемно-ориентирован­ ными.

Функции, которые выполняют эти инструментальные комплексы, разнообразны: исследование алгоритмов управления движением и методов обработки информации в робототехнических системах, ими­ тационное моделирование различных подсистем робота (включая исполнительный механизм), подготовка данных для рабочих робото­ технических комплексов и т. д.

1 6 2