2. Методы обучения и управления

Управление программными роботами осуществляется в два этапа. На первом этапе, называемом обучением робота, осуществляется формирование и запоминание программы движения, обеспечивающей достижение целей управления. На втором этапе, этапе эксплуатации, осуществляется периодическое воспроизведение и отработка этой программы требуемое количество раз.

Взаимодействие робота и человека в режимах обучения и эксплуатации мы подробно рассмотрим на примере программного робота "Юнимейт" в следующем параграфе. А пока опишем общие принципы и методы управления роботами первого поколения.

Обучение робота той или иной программе движения обычно осуществляется человеком-оператором с помощью специального пульта (или рукоятки) управления, позволяющего осуществлять ручное управление исполнительным механизмом по каждой обобщенной координате. Отсюда ясно, что эффективность (в частности, производительность) программных роботов в значительной степени определяется тем, насколько сложен и трудоемок процесс их обучения, т. е. программирования. В настоящее время обучение серийно выпускаемых роботов первого поколения осуществляется квалифицированным человеком-оператором, прошедшим специальную подготовку.

В режиме эксплуатации автоматически осуществляется считывание программы движения из запоминающего устройства и передача ее на устройство управления приводами исполнительных механизмов робота.

Различают два основных метода управления программными роботами: метод непрерывного, или контурного, управления и метод позиционного управления. При непрерывном управлении исполнительные механизмы осуществляют движение по наперед заданной программной траектории, при позиционном же управлении задаются только отдельные точки рабочей зоны, через которые должны пройти робот или его отдельные звенья. Метод позиционного управления в свою очередь подразделяется на метод двухточечного управления, когда по каждой обобщенной координате осуществляется точное позиционирование (обычно с помощью механических упоров) только крайних (начального и конечного) положений исполнительных механизмов, и метод многоточечного управления, при котором производится позиционирование во всех промежуточных точках.

Перечисленные методы управления роботами могут быть реализованы по-разному в зависимости от принятой схемы управления приводом. В теории управления различают разомкнутую и замкнутую схемы управления.

Для осуществления разомкнутой схемы управления необходимо иметь датчик времени (часы) и в соответствии с ходом часов генерировать в управляющей системе сигнал (управляющее воздействие) как функцию времени. При этом за реальным движением исполнительных механизмов робота можно не наблюдать, так как вся необходимая для управления информация определяется заранее сформированной программой движения и ходом часов. Ясно, что такая схема управления может оказаться совершенно неэффективной вследствие того, что в ней управление никак не зависит от возможных отклонений реального движения от программы.

Другая, замкнутая схема управления свободна от указанного недостатка. В ней обязательно используются датчики обратной связи о реальном движении робота, благодаря чему оказывается возможной коррекция управляющего воздействия в зависимости от рассогласования между реальным и программным движением. Управляющая система, построенная по замкнутой схеме, чутко реагирует на любые отклонения от программы движения, какими бы причинами эти отклонения ни были вызваны.

Замкнутая схема управления роботами имеет преимущество перед разомкнутой. Она позволяет придать программе движения устойчивость, т. е. неподатливость к действию разного рода возмущений (например, к изменению нагрузки или характеристик самого робота). Однако расчет и техническая реализация замкнутой схемы управления роботом значительно сложнее, чем разомкнутой.