книги / Робот. Компьютер. Гибкое производство

Рис. 6. Система программного обеспечения СТЗ

В то же время для автоматизированного проектирова­ ния прикладных программ был предложен отладочный комплекс СТЗ (см. рис. 5). Он имеет расширенный состав периферийных устройств, максимально облегчающий про­ цесс исследования и разработки программного обеспече­ ния различных СТЗ, которые должны обрабатывать изоб­ ражения деталей в конкретных технологических процессах. Отладочный комплекс СТЗ включает, помимо устройств, входящих в рабочий комплекс, накопитель на гибких магнитных дисках, буквенно-цифровой дисплей, печатаю­ щее устройство. Блок последовательных интерфейсов по­ зволяет подключать несколько рабочих комплексов СТЗ, размещенных на значительном удалении в цеховых ус­ ловиях. Имеется программатор постоянных запоминающих устройств, а также предметный стол с новыми издели­ ями, для которых необходимо подготовить пакет программ обработки изображений.

Программное обеспечение СТЗ (рис. 6), рассчитанное на обработку бинарных изображений, имеет следующий состав:

31

комплект сервисных программ осуществляет запись видеоинформации на внешний носитель, вывод видеоин­ формации на дисплей и ряд других функций;

комплект отладочных программ обеспечивает координат­ ную привязку видеодатчика к заданным в поле зрения реперным точкам, масштабирование изображения, авто­ матический или программный выбор квантования видео­ сигнала по уровню, автономную проверку функциониро­ вания СТЗ;

комплект прикладных рабочих программ строится на основе определенного метода извлечения характерных гео­ метрических особенностей объекта, инвариантных к сме­ щению и повороту объекта. Прикладные программы раз­ работаны для целого ряда конкретных технологических задач, встречающихся на участках сборки, окраски и ви­ зуального контроля качества в гибких производственных системах.

Модульная структура отладочного комплекса и про­ граммного обеспечения позволяет после отладки трансли­ ровать любой отлаженный модуль непосредственно на каждый рабочий комплекс, где он потребуется. В боль­ шинстве случаев для промышленных целей бывает доста­ точно работать в рамках бинарного изображения. Однако у нас имеется разработка СТЗ, различающей до 16 гра­ даций яркости на базе как телекамеры, так и фотодиод­ ной матрицы.

Основные типы камер, с которыми могут работать СТЗ нашего центра «Робототехника»: серийная телеви­ зионная камера КТП-67 или любая другая, обеспечиваю­ щая выходной сигнал согласно принятому ГОСТу; серий­ ная камера на ПЗС-матрице КТ-2 с размерностью матри­ цы 288X232 элемента; фотоматричная камера, изготовлен­ ная самостоятельно на базе матрицы М814. Интерфейсное устройство сопряжения телекамер с микро-ЭВМ включает устройство синхронизации и буферную память. Такие устройства были изготовлены по нашей документации в 1983 г. Минэлектропромом и Минприбором. Они разме­ щаются непосредственно в корзине серийной микро-ЭВМ типа «Электроника-60» или «Электроника-НЦ-80-01» или же в комплексе типа ДВК-2М и т. п.

Отличительной особенностью рабочего комплекса СТЗ на базе микро-ЭВМ «Электроника-НЦ-80-01» и телекаме­ ры КТ-3 является его низкая стоимость (порядка 3 тыс. рублей).

32

Использование фотодиодных матриц

СТЗ, выполненные на базе фотодиодных матриц, напри­ мер типа МФ-14, имеют размерность чувствительного по­ ля 32X32 элемента. Они обладают более высокой чувст­ вительностью по сравнению с телекамерами, поскольку работают по принципу накопления энергии светового по­ тока и обеспечивают работоспособность СТЗ при значи­ тельных перепадах освещенности рабочей сцены. Кроме того, малые габариты и простота сопряжения камер на фотодиодных матрицах с устройством управления робота позволяют установить их непосредственно на захватном устройстве манипулятора или на его запястье. Таким об­ разом, обеспечивается возможность осмотра труднодоступ­ ных мест, не поддающихся обзору с помощью стандарт­ ных камер.

Системы силомоментного очувствления

Кратко охарактеризуем силомоментные средства очувств­

очувствления обусловлена необходимостью измерения сил и моментов в процессе взаимодействия схвата или специнструмента с объектом манипулирования при выполне­ нии механической сборки, абразивной зачистки или шли­ фовки изделий и ряда других операций.

Система силомоментного очувствления представляет собой датчик и устройство предварительной обработки сигналов, обеспечивающее измерение в общем случае трех проекций вектора силы и трех проекций вектора момен­ тов, действующих между захватным устройством или специнструментом робота и обрабатываемой деталью. Получен­ ные данные вводятся в систему управления робота и используются для коррекции его движения. Реализуются две компоновочные схемы с силомоментной системой адаптации (ССА), первая предусматривает установку многокомпонентного силомоментного датчика (СМД) в кисть манипулятора промышленнного робота; во второй СМД размещается в основании сборочного стола, что по­ зволяет использовать один или несколько роботов без ССА (рис. 7).

Предлагаемая система предназначена для измерения шестикомпонентного вектора силы и момента, возникаю­ щего в точке контакта сопрягаемых деталей.

В состав ССА входят следующие устройства (рис. 8): тензорезисторный шестикомпонентный СМД с механиче­ ским и электрическим разделением компонент; шестика­ нальный коммутатор аналоговых сигналов с СМД (КАС); шестиразрядный параллельный АЦП; блок параллельного ввода информации в Q -b u s-шину (БПВ); блок управле­ ния ССА (БУ); блок контроля нормального режима рабо­ ты (БК). Процессор ССА (ПССА) осуществляет предобра­ ботку силомоментиоп информации. Центральный процес­ сор (ЦП) через модуль связи (МС) передает в режиме прямого доступа эту информацию в модули процессоров приводов (МПП) для управления привода робота. Процес­ сор силомоментные системы адаптации и шесть модулей процессоров приводов составляют нижний уровень системы управления.

Мультипроцессорная структура системы управления позволяет реализовать нелинейные законы управления ро­ ботом с переменной структурой, наиболее эффективной при выполнении точных сборочных операций, например, для сопряжения небольших деталей с цилиндрическими посадочными поверхностями при микронных гарантиро­ ванных зазорах.

Рассматриваемые функциональные схемы предусматри­ вают возможность динамической коррекции движения ро­ бота в процессе сборки.

Экспериментальные и теоретические исследования ряд сборочных операций позолили выработать требования к ССА, учитывающие динамические свойства управляе­ мой системы и метрологические характеристики СМД. На основании этих требований были созданы образцы ССА, обладающие необходимыми эксплуатационными характе­ ристиками.

Большинство разработанных образцов силомоментных систем очувствления основано на измерении упругих деформаций элементов механической конструкции датчи­ ка с помощью тензорезисторов. Приведем только два при­ мера. Ряд образцов создан, например, для совместной ра­ боты с электромеханическими роботами типов УЭМ-5 и РМ-01.

В процессе экспериментальных исследований именно за счет силового очувствления надежно осуществлялась

35

СИСТЕМА ГРАФИЧЕСКОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ РОБОТОВ — АПРОГРАФ

В. 3. РАХМАНКУЛОВ, С. А. ПЕРЕСЛЕНИ

Введение

Независимое программирование роботов в составе робото­ технических комплексов (РТК), где они должны взаимо­ действовать со многими другими видами автоматического оборудования и роботами, в настоящее время рассматри­ вается как один из наиболее эффективных путей повыше­ ния темпов и качества разработки информационного обес­ печения гибких автоматизированных производств (ГАП). Достоинством независимого программирования является возможность существенного сокращения трудоемкости планирования рабочего пространства роботов, их про­ странственно-временной координации и программирования информационно-логических процедур, основанная на ис­ пользовании модельных представлений и специализиро­ ванных языковых средств. Однако в условиях резкого уве­ личения числа типов роботов, разнообразия их кинемати­ ческих схем, сенсорного оснащения, языков программиро­ вания независимое программирование роботов наталки­ вается на трудности объединения разнородных модельных и языковых средств в рамках единой системы програм­ мирования.

При традиционном подходе к построению систем не­ зависимого программирования роботов, демонстрируемому в таких системах, как QUADRO [1], ROBOT—SIM [2], средства геометрического моделирования, типичные для САПР, интегрируются со специализированными программ­ ными пакетами моделирования динамики и кинематики роботов и их программирования на конкретном или от­ носительно универсальном промежуточном роботоориен­ тированном языке. Взаимодействие пользователя с такой системой осуществляется с помощью достаточно простых

37

языковых средств, не требующих от него высокой програм­ мистской квалификации. Так как пользователь не имеет прямого доступа к программному обеспечению системы, он лишен возможности его адаптации к изменениям, вносимым в конструкцию роботов, алгоритмическое обес­ печение, язык программирования в ходе их усовершенст­ вования или приспособления к конкретным технологиче­ ским требованиям. Имеются также трудности, связанные с переносом программ для роботов на роботы других ти­ пов. Гипотетически необходимость такой адаптации исче­ зает при переходе к так называемому задачно-ориентиро- ванному программированию при использовании более «интеллектуальных» систем типа RAPT [3], SMGR [4], LM-GEO [5]. В таких системах уровень модельных пред­ ставлений и соответственно языкового интерфейса поль­ зователя должен быть настолько высоким, чтобы обеспе­ чить пользователю возможность спецификации в понят­ ных ему терминах всех деталей технологической среды и задачи. Принципы построения таких систем, однако, пока не вышли за рамки исследовательских работ, к тому же требуемые для их реализации вычислительные мощности не позволяют ожидать в ближайшее время появления рентабельных коммерческих систем такого класса.

Другой, «редукционистский», подход может быть ос­ нован на использовании концепции графического програм­ мирования, развиваемой в системе автоматизации програм­ мирования роботов АПРОГРАФ [6, 7]. В соответствии с этой концепцией вся модель технологического процесса с роботами строится пользователем с любой желаемой степенью детализации в виде программы на языке мани­ пулирования числовыми данными и геометрическими объ­ ектами, графически отображаемыми на экране графиче­ ского дисплея. Такая программа, являясь модельным опи­ санием всей совокупности взаимодействующих в рамках технологической задачи устройств, одновременно несет всю необходимую информацию по управлению этими устройствами, ассоциируемыми с теми или иными геомет­ рическими объектами или вычислительными блоками. Это означает, в частности, что одна и та же графическая программа может быть использована для порождения множества управляющих программ для каждого програм­ мируемого элемента робототехнического комплекса. Неза­ висимость такой программы от специфики конкретных языков программирования упрощает решение проблемы обеспечения мобильности управляющих программ для

38

роботов, поскольку такая специфика учитывается только на этапе посттрансляции графической программы в испол­ нительную «целевую» программу. Отметим также предоставляемую этим подходом возможность для пользо­ вателя самому описывать и учитывать при программирова­ нии роботов пространственную активность любых вспомо­ гательных устройств РТК, не дожидаясь поставки разра­ ботчиком системы программирования дополнительных специализированных системных модулей.

В настоящей статье подробно рассматривается струк­ тура и состав системы АПРОГРАФ, средства и возмож­ ности геометрического моделирования и графического программирования в этой системе, а также вопросы, ка­ сающиеся места и роли технического зрения.

Состав и структура системы АПРОГРАФ

На рисунке 1 представлена базовая структура системы АПРОГРАФ. Ядро системы образуют библиотеки графи­ ческих данных (геометрических описаний) и графических программ, модуль подготовки и редактирования графиче­ ских данных — графический редактор, модуль интерпре­ тации графических программ —интерпретатор, модуль геометрического моделирования —геометрический процес­ сор. Модуль видеоввода предназначен для автоматизации подготовки графических данных, и в частности для уточ­ нения фактических геометрических параметров деталей и элементов РТК и их пространственного размещения. Спе­ циализированные модули посттрансляции графических программ предназначены для генерации исполнительных программ на языках программирования конкретных типов роботов по тексту отлаженной графической программы. Число таких модулей в системе не ограничено и зависит только от того, какие работы должны программировать­ ся с ее помощью. В простейшем случае, как можно уви­ деть из последующего описания процедуры графического программирования, для этой цели может быть использо­ ван любой текстовый процессор, реализующий операции подстановки строк и фильтрации.

Функционально система АПРОГРАФ может быть раз­ делена на три подсистемы:

—подсистему подготовки графических данных, имею­ щую в своем составе графический редактор, геометриче­ ский процессор, библиотеку графических данных (БГД) и в общем случае модуль видеоввода;

39

Рис. 1. Структура системы АПРОГРАФ

—подсистему составления и отладки графических программ, разделяющую с первой подсистемой библиоте­ ку графических данных и Геометрический процессор и дополнительно интерпретатор графических программ и библиотеку графических программ (БГП );

— подсистему посттрансляции, к которой относятся модули посттрансляции и библиотека графических про­ грамм; результатом работы этой подсистемы являются файлы данных с текстами или кодами управляющих про­ грамм для роботов.

Минимальная конфигурация комплекса технических средств системы АПРОГРАФ включает микро-ЭВМ с растровым графическим дисплеем и накопителем на гиб­ ких магнитных дисках (НГМД).

Геометрическое моделирование

При программировании роботов программист должен иметь возможность контролировать движения роботов в пространстве и их взаимодействие с другими элементами РТК. В отличие от режима прямого обучения робота, ког­ да имеется возможность визуального наблюдения за дей­ ствиями робота, при независимом программировании ин­ формация о взаимном положении объектов в пространстве может быть получена только из геометрической модели. С другой стороны, наличие геометрической модели позво­ ляет не только обеспечить графическую визуализацию программируемого процесса, но также использовать при

40