Лекція № 15 . Системи дистанційного керування роботами

15.1. Системи дистанційного керування

15.1.1. Системи командного керування

Найпростішим видом дистанційного керування роботами є система командного керування, коли натисканням на кнопку, тумблер чи ручку пульта керування оператор пускає в хід безпосередньо привід одного ступеня рухомості виконавчого пристрою робота. Точність позиціювання в таких системах невелика за рахунок відсутності ЗЗ по положенню. Для обмеження переміщення ставляться кінцеві вимикачі.

Системи командного керування часто застосовуються на керованих людьми підводних апаратах, людина керує рухами робота, стежачи за ним та навколишньою обстановкою через ілюмінатор (або монітор).

Командний спосіб керування застосовується також і для дистанційного навчання руху ПР, для забезпечення руху робота у кількох критичних (аварійних) ситуацій.

15.2. Системи копіювального керування

Основна особливість цих систем – використання задавального пристрою, що має кінематичну подібність із виконавчим пристроєм робота. Головною перевагою систем копіювального керування є максимальна точність відтворення ВО всіх дій задавального пристрою. Тому маніпуляційні системи копіювального керування є найбільш універсальними пристроями, що дозволяють виконати різні й найбільш складні операції. Копіювальні системи керування підрозділяються на системи односторонньої та двосторонньої дії.

Системи односторонньої дії – це коли можлива лише однонапрямлена дія на маніпулятор з боку ЗП. При цьому рух ЗП під дією зусилля з боку навантаження неможлива.

Основний недолік цієї системи – відсутність у оператора інформації про силову дію виконавчого пристрою на об’єкт роботи, яка дає змогу формувати найбільш раціональні закони керування рухом при виконанні технологічних операцій.

Системи двосторонньої дії – це коли для підвищення ефективності дій оператора і маніпулятора створюється відчуття робочих зусиль на задавальному пристрої. Системи двосторонньої дії називають також зворотними стежачими системами.

Оператор, працюючи з таким маніпулятором, має можливість організовувати найбільш раціональний рух ВП. На рисунку 15.1 наведена структурна схема двосторонньої дії.

Рис.15.1. Структурна схема СК копіювального маніпулятора двосторонньої дії:

Р₃ = (Р₃₁, …Р_3r); Р_в = (Р_в1,…Р_вr) – вектори зусиль, відповідно на задавальному і виконавчому пристроях (r – число ступенів рухомості); М₃ = (М₃₁, …М_3r); М_в = (М_в1,…М_вr) – вектори моментів на задавальному й виконавчому пристроях; q₃, q_в – узагальнені координати переміщення, α₃, α_в – кутові узагальнені координати

Оператор за допомогою ручки керування діє на ЗП, що імітує рух руки в просторі. Задаючи положення та орієнтацію ручки (координати q₃ і α₃), оператор прикладає в неї у необхідному напрямку необхідні зусилля й моменти (Р₃ і М₃), що приводить до переміщення ЗП з координатами α_3і, М_3і, (і = 1…r).

Система двосторонньої дії забезпечує двонапрямлену передачу цих переміщень і моментів по кожному ступені рухомості від ЗП до ВП. Дія об’єкта на ВП передається через систему двосторонньої дії та кінематику ЗП на ручку керування й, отже, сприймається людиною, тобто забезпечується ефект безпосереднього виконання рукою людини виробничої операції.

За структурою зворотні стежачі системи підрозділяються на системи симетричного і несиметричного типів.

Зворотна стежачача система симетричного типу являє собою систему двосторонньої дії, що складається з 2-ох систем: одна з них керує положенням вала навантаження, а інша – положенням вала оператора. Сукупність систем забезпечує передачу кутових переміщень і передачу моментів, прикладених до осей системи.

Зворотна стежачача система несиметричного типу суміщає в собі виконавчу систему, що керує положенням вала навантаження та моментний навантажувач, що інформує оператора про навантажувальні моменти на виконавчому боці.

15.3. Системи напівавтоматичного (н/а) керування

У таких системах оператор неперервно бере участь у процесі керування, але одночасно з ним працює ЕОМ або спеціалізований обчислювач. При напівавтоматичному способі керування оператор, діючи на керуючу ручку, задає бажаний рух захватного пристрою, а мікроЕОМ чи спеціалізований обчислювач сигналами від датчиків ручки формує керуючу дію, що надходить на приводи ступенів рухомості ВП.

Основною відмінністю систем напівавтоматичного керування від систем копіювального керування – відсутність кінематичної подоби між ЗП і ВП. Для забезпечення повної керованості у системах н/а керування число ступенів рухомості ЗП повинно відповідати числу ступенів рухомості ВП.

15.3.1. Основні способи напівавтоматичного керування маніпуляторами

У ПР застосовують кілька способів н/а керування, що реалізують той чи інший алгоритм керування. Основні з них три:

– швидкісний (керування зі вектором швидкості);

– силовий (керування за вектором сили (моменту);

– позиційний (керування за положенням).

Швидкісний спосіб. Це один з найбільш розповсюджених способів н/а керування, при якому оператор задає за допомогою шестиступеневої ручки вектор швидкості й напрямок руху захватного пристрою маніпулятора. Слідуючи цьому завданню, спеціалізований обчислювач (ЕОМ) розраховує швидкості відносно ланок ВП маніпулятора.

Силовий спосіб. При н/а керуванні маніпулятором за вектором сили забезпечується прикладання до об’єкта маніпулювання дій, пропорційних силам і моментам, що розвиваються оператором на ручці керування. Обчислювальна машина, використовуючи інформацію про зусилля, котрі діють ручці керування, визначає моменти, які необхідно відтворити приводам маніпулятора за всіма ступенями рухомості.

Позиційний спосіб – оснований на копіюванні переміщень ручки ЗП захватним пристроєм. Розглянутий раніше спосіб копіювального керування з кінематично подібними ЗП і ВП є частинним випадком позиційного н/а керування. Позиційний спосіб керування полягає в тому, що за допомогою переміщення багатоступеневої керуючої ручки задається (у деякому масштабі) бажана траєкторія руху кінцевої точки ВП маніпулятора й бажані повороти захватного пристрою. Задана траєкторія та повороти реалізуються через спеціалізовані обчислення, які неперервно виробляють відповідні сигнали керування на приводи ступенів рухомості ВП.

Кожен із розглянутих способів н/а керування найбільш ефективний при виконанні певного класу операцій. Тому при побудові СК універсальними маніпуляторами раціональне використання комбінованої СК, що допускає можливість роботи у різних режимах н/а керування.