[МУЗЫКА] Здравствуйте, уважаемые слушатели! Сегодня мы начинаем тему о дистанционно управляемых роботах и манипуляторах. В настоящее время возрастает интерес к исследованию и практическому применению дистанционно управляемых роботов и манипуляторов. Развитие новых технологий дает возможность применения роботов в широком диапазоне задач, в которых требуется дистанционное присутствие человека-оператора. К их числу относится применение роботов в местах экологических и техногенных катастроф, использование дистанционно управляемых объектов для работы с радиоактивными веществами и установками, использование роботов для сборки космических конструкций и других задачах. Новое перспективное направление научных исследований, имеющее важное практическое значение — это дистанционное управление роботами в среде Интернет. Среди возможных приложений например: дистанционное обучение и проведение научных исследований, удаленное управление автоматизированными производствами, использование дистанционно управляемых роботов для медицинских приложений. Дистанционно управляемые манипуляторы по типу системы управления делятся на три рода: с командным управлением, с копирующим управлением, с полуавтоматическим управлением. Дистанционно управляемые роботы разделяются на два рода: с супервизорным управлением и с диалоговым управлением. Рассмотрим принципы дистанционного управления. Командное управление характеризуется тем, что человек-оператор путем нажатия различных кнопок или включения тумблеров запускает по очереди приводы манипулятора по различным степеням подвижности, добиваясь поочередным включением каждого привода требуемого конечного положения всего манипуляционного механизма. Метод командного управления широко используется для обеспечения транспортных движений манипуляционного робота при его выводе в рабочую зону. Командное управление применяется также при обучении промышленных роботов процессу выполнения технологических операций. Командное управление на исполнительном уровне применяется для управления действиями робота в непредвиденных или аварийных ситуациях. Например, возникновение сложной ситуации при заклинивании деталей, поломке механизма связано с необходимостью перехода с автоматического управления на ручное. Именно ручное командное управление позволяет обеспечить быстрый вывод манипулятора из сложной ситуации и привести его в исходное положение для дальнейшей работы в автоматическом режиме. Командное управление является наиболее простым и надежным методом дистанционного управления, а также удобным способом формирования программ движения исполнительного устройства при обучении промышленного робота. Рассмотрим копирующее управление. Человек-оператор работает с задающим устройством, кинематически полностью подобным манипулятору робота. Каждый шарнир задающего устройства по принципу следящей системы связан с соответствующим шарниром рабочего манипулятора. В результате, если человек-оператор, взявшись за конец задающего механизма, будет его двигать, точно такие же движения получают все шарниры рабочего манипулятора одновременно. Таким образом формируется траектория и закон движения непосредственно рабочего органа. При этом аппаратура данного уровня управления должна включать задающее устройство и устройство формирования сигналов управления на приводы каждой из степеней подвижности манипулятора. Кинематическое подобие задающего исполнительного устройства может сохраняться и при существенном различии в линейных размерах звеньев. Если, например, в стационарных условиях обслуживания боксов и камер зона оператора не лимитируется по размерам, то в обитаемых аппаратах она является весьма ограниченной, поэтому задающие устройства, имитирующие движение кисти руки оператора, должны быть весьма компактными. Полуавтоматические системы управления манипулятором отличаются от копирующих систем наличием другого задающего устройства и наличием вычислителя. Здесь вместо многозвенного механизма, кинематически подобного рабочему манипулятору, применяется управляющая рукоятка с несколькими степенями свободы. Человек-оператор производит легкое нажатие на рукоятку в требуемом направлении. Конфигурация управляющей рукоятки необязательно соответствует кинематике рабочего манипулятора. В такой полуавтоматической системе, благодаря наличию микропроцессорного вычислительного устройства, могут быть реализованы самые разнообразные алгоритмы управления, и осуществляться движения в любой системе координат независимо от кинематики манипулятора и конфигурации управляющей рукоятки. Наиболее типичны три вида управления: скоростной, силовой и позиционный. В них предполагается осуществление соответственно скорости, силы и перемещения на рабочем конце манипулятора пропорционально величине нажатия руки человека на управляющую рукоятку. Рассмотрим более подробно три основных алгоритма управления. При скоростном алгоритме управления величина смещения рукоятки по каждой степени подвижности преобразуется в электрический сигнал, пропорциональный величине смещения. Эти сигналы посылаются в микропроцессорный вычислитель. Там происходит преобразование координат управляющей рукоятки в координаты рабочего манипулятора и формирование сигналов управления приводами по каждой степени подвижности манипулятора так, чтобы конец манипулятора получил скорость движения в том же направлении, в каком человек нажал на управляющую рукоятку. По значению эта скорость должна быть пропорциональна величине смещения управляющей рукоятки. При силовом алгоритме управления аналогично проходит весь процесс снятия и преобразования сигналов в микропроцессорном вычислителе. Пропорционально общему смещению управляющей рукоятки создается сила как бы тянущая за конец манипулятора, чем и определяет его движение. Непосредственно эта сила реализуется при соприкосновении схвата или инструмента с каким-либо внешним предметом. Эта сила по величине и направлению соответствует общему смещению рукоятки. Смещение в управляющей рукоятке пропорционально силе нажатия руки человека за счет того, что управляющая рукоятка подпружинена по каждой степени подвижности. Сила, образующаяся на конце манипулятора, пропорциональна по величине и одинаково направлена с силой нажатия человека на рукоятку. Пружины в рукоятке нужны также, чтобы рукоятка возвращалась в нулевое положение, когда человек перестает на нее нажимать. При позиционном алгоритме получается величина и направление смещения конца манипулятора, пропорциональное смещению в управляющей рукоятке от руки человека-оператора. Существуют полуавтоматические системы, в которых заложены все три вида алгоритмов управления. Человек-оператор может переключать попеременно любой из них. Например, для транспортного перемещения манипулятора в зоне его действия целесообразно скоростное управление. Вблизи объектов действия, где важно соблюсти величины смещений в малой окрестности, необходимо позиционное управление. При рабочем контакте с объектом (оператор совершает силовое воздействие на объект) необходимо силовое управление. Рассмотрим манипуляторы с ручным управлением. Для осуществления тяжелых работ, поднятия и перемещения тяжеловесных грузов служат сбалансированные ручные манипуляторы. Это механизмы с электро- и гидроприводами. Они строятся так, что любой в пределах их грузоподъемности груз, подвешенный на конце манипулятора, удерживается в любом пространственном положении неподвижно приводами звеньев манипулятора. Человек, взявшись за рукоятку на конце манипулятора, может легким движением поднимать и переносить груз в нужное место. Управлять движением сбалансированного манипулятора можно и на расстоянии — по кабелю с командным способом управления путем нажима кнопок, включающих приводы отдельно по каждой степени подвижности манипулятора. Чтобы обеспечить горизонтальное перемещение груза в направлении усилия, приложенного оператором к рукоятке, в конструкции манипулятора применяется принцип пантографа. Последний представляет собой механизм, звенья которого образуют параллелограмм со специально устроенными шарнирами. В настоящее время развитие антропоморфной робототехники является одним из перспективных направлений, имеющих важное значение для восстановления и поддержания трудового потенциала населения. Сфера применения антропоморфной робототехники, в том числе экзоскелетонов, может быть весьма широкой, например, в армии, медицине, космосе, спорте, для социальных и общегражданских нужд. Экзоскелетон — это механизм, сопряженный непосредственно с телом человека (руки, ноги, спина), при этом движения человека дают управляющее воздействие на соответствующие приводы экзоскелетона. В результате звенья экзоскелетона по принципу копирующей системы повторяют все движения рук и ног человека, причем всю тяжелую нагрузку берут на себя приводы механизма. Так образом человек легкими движениями может в сотни раз усилить свои физические возможности при подъеме тяжестей, а также при ходьбе по труднопроходимой местности. Экзоскелетон может встраиваться в скафандр для облегчения действий водолаза на глубине. К настоящему времени разработано много разновидностей дистанционно управляемых манипуляторов. Например, манипуляторы, применяемые в атомной энергетике, существенно отличаются от манипуляторов подводных или космических. Иную компоновку имеют манипуляторы, применяемые в горнодобывающей промышленности, строительстве, нефтегазовой отрасли. В атомной энергетике чаще применяют электромеханические манипуляторы. При проведении подводных работ используют гидравлические манипуляторы. В других областях могут быть использованы и те, и другие манипуляторы. На этом, уважаемые слушатели, заканчиваем рассмотрение дистанционно управляемых манипуляторов. Следующая лекция посвящена дистанционно управляемым роботам. Всего хорошего, до встречи! [МУЗЫКА]
