Файл: Системы очувствления и адаптивные промышленные роботы..pdf

такой классический атрибут универсальных операционных систем, как мультизадачность, становится чрезвычайно важным, так как позволяет придать программному обеспечению адаптивного робота следующие свойства.

1: Мультизадачность является практическим выражением иерар­ хического способа организации системы управления адаптивного робота. При этом каждый уровень иерархии оформляется в виде одной или нескольких задач, каждая из которых реализует выпол­ няемую данным иерархическим уровнем функцию, например, выде­ ление уровня привода и уровня обработки сенсорной информации. Причем чаще всего этим задачам предоставлен отдельный процессор (для уровня привода иногда выделяется по одному процессору на каждый привод).

2.Человек-оператор имеет возможность вмешиваться в процесс исполнения роботом задания: приостановить его (с возможностью последующего перезапуска), динамически изменять его параметры (например, скорость движения захвата и т. п.).

3.Параллельно с исполнением роботом задания человек-опера­ тор может формировать новые рабочие программы в виде текстов на входном проблемно-ориентированном языке управления.

Взадачах, связанных с управлением сложными антропоморф­ ными исполнительными механизмами, возникает проблема преоб­ разования координат, заключающаяся в вычислении обобщенных координат по координатам захвата и обратно. Для решения этой

задачи требуются достаточно большие вычислительные мощности; она также может быть реализована на отдельном процессоре.

Важнейшей характеристикой адаптивного робота является про­ стота и легкость работы с ним человека-оператора. С одной стороны, оператор должен иметь возможность сформировать задание, которое не обязательно должно быть прямо связано с движением манипуля­ тора; с другой стороны, робот должен при необходимости информиро­ вать оператора о состоянии системы в целом, этапах исполнения за­ дания ит. д. Все эти функции обеспечивают программное обеспечение системы управления адаптивного робота, а именно та его часть, ко­ торую по аналогии с универсальными операционными системами называют монитором.

Язык, на котором формируется задание роботу, а также трансля­ тор с него являются важнейшей частью программного обеспечения адаптивного робота. По мнению ряда авторов, основная задача раз­ работки программного обеспечения — это создание высокоуровневых проблемно-ориентированных языков управления роботом.

Проблемно-ориентированный язык управления — это в большей степени компонента программного обеспечения адаптивного робота, поскольку роботу 1-го поколения свойственна жесткая программа, сформулированная в виде последовательности точек позициониро­ вания, которые робот должен обойти, чтобы выполнить задание. Для адаптивных роботов программа как фиксированный набор данных неприемлема, поскольку заранее (в тот момент, когда составляется программа) неизвестны многие данные, входящие в программу: они

21

становятся известными на этапе исполнения. Поэтому основным спо­ собом представления задания адаптивному роботу является про­ грамма, написанная на проблемно-ориентированном языке.

В настоящее время наблюдается бурное развитие языков управ­ ления движением роботов.

К числу немногих реально используемых проблемно-ориентиро­ ванных языков относится язык VAL, разработанный для семейства роботов «Рита» и входящий в состав системы программирования, включающей монитор, редактор, интерпретатор языка управления движением, систему управления файлами и обеспечивающей двухзадачный режим работы. VAL — это язык низкого уровня, рассчи­ танный на детальное планирование всех действий робота. В состав языка входит набор инструкций, позволяющих выполнить операции управления конфигурацией и движением манипулятора, управления захватом, арифметические операции над числами и координатами точек позиционирования, управления прохождением программы (условные и безусловные операторы ветвления), а также обеспечи­ вающих связь с внешними устройствами и работу с системой техни­ ческого зрения. Операторы, относящиеся к последней группе, позво­ ляют инициировать СТЗ, считывать видеоинформацию и обрабатывать ее. Некоторые версии языка используют уже обработанную в СТЗ видеоинформацию, представляющую собой координаты центра де­ тали и данные по ее ориентации.

PLA W — язык программирования адаптивного сварочного ро­ бота. Так же, как и VAL, —это язык низкого уровня, не требующий больших вычислительных мощностей (для его реализации доста­ точно одной микроЭВМ). В состав языка PLAW входят следующие группы инструкций:

управление движением манипулятора (перемещение от точки к точке с использованием различных способов интерполяции);

управление периферийным (в том числе сварочным) оборудова­ нием;

управление прохождением программы.

Элементы адаптации робота отражены в различного рода услов­ ных операторах языка.

Такие языки, как MAL, LM, RAIL, LMAC, MCL, AL, позволяют программировать, робот и сопряженное с ним оборудование для р а ­ боты в различных условиях, однако они не нашли еще практиче­ ского применения.

1.3. Модели проблемно-ориентированной среды

Робототехнические комплексы представляют собой взаимосвя­ занную систему машин, оборудования, транспортных связей, вычис­ лительных и информационных средств, объединенных общностью решаемых задач и предназначенных для достижения единой цели.

Опыт разработки роботизированных систем и полученные резуль­ таты при решении задач автоматизации технологических процессов свидетельствуют о том, что методология проектирования робоготех-

22

нических систем должна быть основана на системном подходе, позво­ ляющем формировать общие типовые решения но созданию роботи­ зированных технологий.

Адаптация к изменению внешней среды в ПР может осущест­ вляться либо путем создания адаптивных модулей (при этом мани­ пулятор функционирует по жесткой программе), либо путем кор­ рекции программы управления манипулятором. В первом случае возможно использование самонастраивающихся и ориентирующих модулей с устройствами контроля положения объектов манипулиро­ вания.

Как было отмечено выше, характерным для адаптивных роботов является наличие единой управляющей системы, построенной с ис­ пользованием микроЭВМ или мини-ЭВМ. Одной из основных задач, возникающих при построении алгоритмических и программных мо­ дулей для таких систем, является создание модели проблемно-ориен­ тированной среды, которая при реальных характеристиках датчиков позволяла бы роботу распознавать определенный класс ситуаций. Под ситуацией при этом понимается описание некоторого состояния среды, складывающегося при определенных условиях с учетом функ­ ционального состояния робота. Поскольку структура адаптивного робота зависит от конкретного типа технологического процесса, можно говорить о модели проблемно-ориентированной среды.

Модель проблемно-ориентированной среды представляет собой совокупность взаимосвязанных сведений о реальной среде, в которой функционирует робот, необходимых и достаточных для решения конкретных задач из некоторого класса, определяемого назначе­ нием робота. Информация, содержащаяся в модели проблемноориентированной среды, включает сведения как общего характера, относящиеся ко всему классу задач, так и частного характера, спра­ ведливых только для данной конкретной задачи из класса.

К информации первого типа относятся следующие сведения: о за­ кономерностях реальной среды, т. е. о компонентах, связях и отно­ шениях, существующих между этими компонентами; о возможности воздействия на среду со стороны робота и изменениях, которые они вызывают; о вероятных изменениях в среде, не зависимых от робота,

атакже сведения о самом роботе и его возможностях.

Кинформации второго типа, характеризующей условия решения конкретной задачи, относятся сведения о требуемом результате решения и об ограничениях, накладываемых на процесс решения данной задачи.

Таким образом, задача отображения реальной среды в адаптив­ ной системе тесно связана с задачей распознавания элементов физи­ ческой среды и ее внутреннего состояния. Решение последней задачи

вряде случаев невозможно без учета инструментальных погрешно­ стей датчиков и соответствующей коррекции первичного отображе­ ния внешней среды в системе. При решении указанных задач необ­ ходимо считаться-с ограничениями, накладываемыми на объем

средпв, используемых для реализации моделей, н с требованиями к точности.

23

сигнале объектов заданного класса. Выходная информация этого блока поступает в блок символического представления информации, который осуществляет сжатие первичной информации и представляет

еев виде, удобном для использования. В системе принятия решения

сучетом функциональных возможностей робота выделяется информа­ ция, необходимая для решения той или иной задачи из заданного класса задач, решаемых робототехническим комплексом. Получен­ ная таким образом модель используется в дальнейшем системой вы­ работки управляющих воздействий для управления используемой системой. Отработка исполнительной системой соответствующих воздействий на физическую среду приводит к корректировке модели проблемно-ориентированной среды.

Модель объединяет сведения, заданные в некотором формальном языке и отражающие как абстрактные знания, так и знания о неко­ торых ситуациях. Знания о конкретной ситуации подвержены более частым изменениям, чем абстрактные знания.

Вобщем случае при моделировании внешней среды можно вы­ делить три уровня моделей. Модели первого уровня связаны с вос­ приятием и обработкой сенсорной информации. Как правило, после предварительной обработки воспринимаемой информации состав­ ляется описание фрагмента среды и определяется отношение между

объектами.

Модели первого уровня, как правило, служат основой построения моделей второго уровня, которые определяют работу планирующей системы робота. Языки описания моделей первого и второго уровней могут не совпадать.

Модели третьего уровня рассматриваются в формах общения че- ловека-оператора с роботом. Язык общения может не совпадать с язы­ ком планирующей системы. В этом случае требуется перевод инфор­ мации о среде и о планах действий, заданных в языке общения, на язык планирующей системы.

24