Системы управления промышленных роботов. Вычислительные устройства робототехнических систем, страница 13

Технический уровень робототехники в мире продолжает непрерывно расти, включая функциональные возможности, быстродействие, точность, надежность, взаимодействие с человеком-оператором. Соответственно расширяются и области применения робототехники. При этом, по мере развития средств робототехники в мире, основное направление работ в области робототехники все более смещается от разработок новых типов роботов в сторону создания робототехнических систем с освоением более сложных операций и назначений, включая работы в экстремальных условиях (в том числе в чрезвычайных ситуациях), в космосе, под водой, в Вооруженных Силах, работы по персональному обслуживанию человека в быту, здравоохранении и т.д.

Рассмотрим сначала проблематику развития собственно средств робототехники. Сегодня здесь можно выделить следующие ключевые проблемы:

улучшение массогабаритных характеристик манипуляторов;

расширение обслуживаемой ими зоны;

развитие систем дистанционного и телеуправления манипуляторами и системами передвижения роботов;

развитие систем автономного управления мобильными роботами.

Актуальность проблемы улучшения массогабаритных характеристик манипуляторов очевидна: современные манипуляционные системы на несколько порядков уступают по этому показателю животному миру, включая руку человека. Основные направления ее решения:

уменьшение массы механической части манипуляторов путем снятия ограничений на величины упругих деформаций, прежде всего, за счет соответствующего более совершенного управления и, конечно, применения новых материалов;

создание новых типов на порядок более легких приводов, в том числе типа "искусственная мышца";

создание новых типов кинематических схем и компоновок, включая схемы с переменной структурой, с управляемой деформацией, с рекуперацией энергии.

Эти меры теоретически могут позволить снизить массу манипуляционных систем более чем на порядок. Перспективным направлением управления гибкими манипуляторами является переход к управлению по абсолютным координатам рабочего органа манипулятора. Еще Н. А. Бернштейн обратил внимание на тот факт, что точность позиционирования кисти руки человека существенно выше, чем отдельных ее суставов[2]. Он же нашел и объяснение этому - управление по позиции конечного звена руки, т.е. ее кисти.

Сегодня в робототехнике, ситуация обратная: точность позиционирования рабочего органа манипуляторов ниже, чем отдельных его звеньев. Поэтому определяющий этот недостаток принцип управления по относительным координатам можно признать оптимальным только при невысоких требованиях к точности и для относительно несложных движений, когда годятся сравнительно простые датчики перемещения звеньев. Однако такое управление неперспективно для прецизионных манипуляторов, например, с микронной точностью, и для сложных движений. Но главное при переходе к управлению по абсолютным координатам рабочего органа - это возможность реализации более сложных алгоритмов адаптивного управления, в том числе гибкими манипуляторами. Работы, выполненные по поиску принципов действия приводов типа "искусственная мышца", показали реальную возможность создания такого типа электрических приводов с улучшенными на два-три порядка массовыми характеристиками [3].

Идеи построения манипуляторов с переменной структурой - с так называемой адаптивной кинематикой, - развитые А.Н. Тимофеевым, - рассмотрены в [4].

Проблема расширения зоны обслуживания не сводится просто к увеличению рабочей зоны манипуляторов за счет увеличения их длины, а заключается в оптимальном сочетании этого "лобового" решения со следующими возможностями:

введением чисто транспортных степеней подвижности, в том числе с промежуточными точками фиксации;

применением упомянутой выше адаптивной кинематики с подвижными приводами;

применением подвижного основания.

Эта проблема приобрела особенно большое значение в робототехнике для экстремальных, существенно стесненных внешних условий.