Systemy sterowania robotów przemysłowych

Transkrypt

1 WYDZIA ELEKTROTECHNIKI I AUTOMATYKI KATEDRA RiSM Systemy sterowania robotów przemysłowych Dr inż. Mariusz Dąbkowski

2 Sterowanie robota przemysłowego powinno zapewniać: współdziałanie wszystkich jego zespołów konstrukcyjnych (układów napędowych, sensorycznych, efektora), programowanie pracy i niezawodne wykonywanie zaprogramowanych czynności.

3 1) Reagowanie na działalność operatora. 2) Sterowanie w osiach dyskretnych. 3) Sterowanie w osiach pozycjonowanych płynnie lub numerycznie. 4) Sterowanie i koordynacja podsystemów składowych stanowiska pracy robota. 5) Rozgałęzienia programu (ustalanie kolejności dalszego działania).

4 Programowanie robota przemysłowego polega na nauczeniu go cyklu pracy, jaki ma później wykonywać. Znaczna część programu jest przeznaczona na opis trajektorii ruchu, wzdłuż której robot ma przemieszczać przedmioty lub narzędzia z jednego punktu w przestrzeni roboczej do drugiego.

5 Jednak są także inne części programu, które nie opisują ruchu robota: interpretacja danych pochodzących od czujników uruchamianie efektora wysyłanie sygnałów do innych elementów wyposażenia stanowiska pracy odbieranie danych od innych urządzeń oraz prowadzenie obliczeń

6

7 Metody programowania robotów przemysłowych On-line (na stanowisku pracy robota) Off-line (poza stanowiskiem pracy robota) Programowanie ręczne Programowanie przez nauczanie Programowanie za pomocą tekstowych języków programowania Programowanie dyskretne Programowanie ciągłe

8 Zadawanie wartości poszczególnych elementarnych przemieszczeń robota programowanego ręcznie może być realizowane: Bezpośrednio w układzie robota (poprzez przestawienie mechanicznych ograniczników ruchu (zderzaków) dla każdego nowego programu lub w przypadku układu o wielu zderzakach). Pośrednio w układzie sterowania (w którym wartości przemieszczeń będą nastawione ręcznie za pomocą zadajników wartości).

9 Układy sterowania programowane przez nauczanie wymagają od programisty ręcznego lub mechanicznego przemieszczania manipulatora wzdłuż żądanego toru i wprowadzenia go do pamięci układu sterowania (teach-in lub teach-byshowing). Podczas programowania robota metodą uczenia jest on przemieszczany wzdłuż zadanej trajektorii w celu zapisania jej do pamięci układu sterowania. Można tu wyróżnić: Programowanie ciągłe Programowanie dyskretne

10 Programowanie ciągłe Programowanie ciągłe (CP - continuous path) jest stosowane tam, gdzie są wymagane płynne ruchy ramienia robota wzdłuż toru będącego skomplikowaną krzywą. Programowanie dyskretne Podczas programowania dyskretnego wykorzystuje się sterownik ręczny (TP - teach pendant) do sterowania silnikami wykonawczymi robota, w celu mechanicznego prowadzenia robota przez szereg punktów w przestrzeni. Programowanie dyskretne używane jest przy programowaniu przemieszczeń manipulatora z punktu do punktu (PTP point to point).

11 2. Sterowanie w osiach dyskretnych Włączanie i wyłączanie napędów dwustanowych, szczególnie dwustanowych zespołów ruchu oraz chwytaków. Grupa urządzeń dwustanowych obejmuje: pozycjonowane za pomocą zderzaków zespołu ruchu jednostki kinematycznej robota większość stosowanych obecnie chwytaków sygnalizatory stanu pracy robota część urządzeń zewnętrznych, stanowiących elementy obsługiwane przez robota (pod względem układu sterowania analogiczne do urządzeń dwustanowych)

12 3. Sterowanie w osiach pozycjonowanych płynnie Sterowanie zespołami ruchu pozycjonowanymi w całym zakresie przemieszczeń jest bardziej złożone niż sterowanie napędów dwustanowych. Układy napędowe tych zespołów muszą zapewnić możliwość osiągania stabilnych położeń w dowolnych punktach całego zakresu przemieszczeń. Napędy te to serwonapędy (układy programowej lub nadążnej regulacji położenia).

13 Urządzenia tej klasy mają możliwość takiego kształtowania ruchu, że prędkość przemieszczania jest funkcją ciągłą różnicy położeń: aktualnego i zadanego. Ze względu na charakter zmian wartości zadanej wyróżnia się dwa rodzaje regulacji położenia: Przestawianie Nadążanie

14 Przestawianie Charakteryzuje się ono wymuszaniem następnej wartości zadanej dopiero po uzyskaniu, z określoną dokładnością poprzedniej wartości zadanej.

15 Rys. 1. Regulacja położenia w zadaniu przestawiania; 1 z przeregulowaniem, 2 bez przeregulowania, Δx z skok zadanej wartości położenia, x(t) zmiany położenia, t r1, t r2 czasy regulacji ε S odchyłka statyczna regulacji położenia

16 W konwencjonalnych zastosowaniach wymaga się, aby dla dowolnych skokowych zmian wartości zadanej x z z zakresu dopuszczalnego, po czasie t r zwanym czasem regulacji, różnica między aktualną wartością a zadaną x z nie przekraczała co do wartości bezwzględnej pewnej ustalonej wartości ε s, zwanej odchyłką statyczną regulacji położenia.

17 Nadążanie Nadążanie cechuje się ciągłymi zmianami zadanej pozycji. Jego parametrami są: dopuszczalna wartość odchyłki dynamicznej ε d, oraz dopuszczalna prędkość zmian wartości zadanej. Oznacza to, że dla dowolnych dopuszczalnych zmian wartości zadanych różnica ε(t) między położeniem istniejącym x i (t) a zadanym x z (t) nie może przekraczać wartości ε d (rys. 2.).

18 Rys. 2. Regulacja położenia w przypadku nadążania; x Z (t) położenie zadane, x i (t) położenie istniejące, ε(t) odchyłka regulacji.

19 Ponieważ robot wykonuje ruchy w kilku osiach połączonych ze sobą, uzyskanie zadanej drogi w przestrzeni wymaga, aby robot przemieszczał swoje ramiona przez różne położenia przegubów. Dla robota o sześciu stopniach swobody każdy punkt toru jest opisany za pomocą sześciu wartości współrzędnych.

20 Każda wartość odpowiada położeniu jednego przegubu. Jeżeli punkt w przestrzeni w programie robota jest położeniem efektora, to istnieje zwykle więcej niż jeden układ ramion robota umożliwiający osiągnięcie tego punktu.

21 Specyfikacja punktu w przestrzeni nie definiuje jednoznacznie współrzędnych przegubów robota. Odwrotnie jednak, specyfikacja współrzędnych przegubów robota określa tylko jeden punkt w przestrzeni, który odpowiada temu zespołowi wartości współrzędnych.

22 Sterowanie robota można określić jako sekwencję współrzędnych (położeń) przegubów, której efektem jest droga w przestrzeni. Określanie sekwencji punktów w przestrzeni. Rys. 3. Przestrzeń robocza robota kartezjańskiego o dwóch osiach i dwóch zaprogramowanych punktach na każdej osi.

23 Na rys. 3 pokazano możliwe do osiągnięcia punkty w prostokątnej przestrzeni roboczej robota (dla uproszczenia jest to robot w układzie kartezjańskim). Należy określić jak zaprogramować drogę pomiędzy punktami 1 i 2

24 Są różne możliwości: W danym czasie ruch będzie się odbywać tylko w jednej osi i efektor będzie przemieszczał się po bokach a', b' prostokąta przez punkt 1,2.

25 W danym czasie ruch będzie się odbywać tylko w jednej osi i efektor będzie przemieszczał się po bokach b", a" prostokąta przez punkt 2,1.

26 Ruch w obu osiach będzie się zaczynać jednocześnie z jednakową prędkością w każdej osi i wtedy efektor będzie przemieszczał się po linii łamanej c-d, której odcinek c jest pochylony pod kątem 45.

27 Ruch w obu osiach będzie się odbywać jednocześnie w jednakowym czasie i efektor będzie przemieszczał się po linii prostej - przekątnej e.

28 Ruch w obu osiach będzie się odbywać jednocześnie w jednakowym czasie i efektor będzie przemieszczał się po torze będącym fragmentem okręgu koła f.

29 Ruch w obu osiach będzie się odbywać jednocześnie w jednakowym czasie i efektor będzie przemieszczał się po dowolnym torze g.

30 Pytanie, którą drogę wybrać nie jest wcale trywialne, gdyż tor ruchu jest istotny ze względu na zadanie realizowane przez robota lub pomiędzy punktami 1 i 2 mogą znajdować się przeszkody.

31 Interpolacja proces generowania drogi Możliwe są interpolacje: 1) Przegubowa 2) Prostoliniowa 3) Kołowa 4) Typu Spline

32 Interpolacja przegubowa Układ sterowania oblicza, jaką drogę musi przebyć każdy przegub w celu przemieszczenia robota z jednego punktu zdefiniowanego w programie do drugiego. Bazując na znajomości czasu ruchu i wartości przemieszczeń wymaganych dla innych osi, układ sterowania dzieli ruch na mniejsze inkrementy w ten sposób, że ruch we wszystkich osiach zaczyna i kończy się jednocześnie.

33 Interpolacja prostoliniowa Układ sterowania konstruuje hipotetycznie idealny tor między dwoma punktami określonymi w programie (co odpowiada prostej e) i następnie generuje wewnętrzne punkty tak blisko tego toru, jak to jest tylko możliwe. Tor wynikowy jest aproksymacją linii prostej. Dokładność aproksymacji zależy od liczby punktów.

34 Interpolacja kołowa Wymaga od programisty zdefiniowania okręgu w przestrzeni roboczej robota. Wykonywane jest to najczęściej przez specyfikację trzech punktów leżących na obwodzie tego okręgu. Układ sterowania następnie tworzy aproksymację tego okręgu przez wybranie szeregu punktów adresowalnych, leżących najbliżej zdefiniowanego okręgu. Gdy siatka punktów adresowalnych jest odpowiednio gęsta, liniowa aproksymacja wygląda jak by to był fragment okręgu f.

35 Interpolacja typu Spline Umożliwia uzyskanie bardzo gładkiego przebiegu krzywej, nie występują duże wartości przyspieszeń, gdy dysponuje się opisem tylko niektórych punków pomocniczych w zadanym konturze. Punkty pomocnicze łączone są wielomianem od 1 do 3 stopnia. Interpolacja Spline umożliwia istotne zmniejszenie liczby bloków programowych.

36 Rozróżniamy trzy typy interpolacji typu Spline: A-Spline tworzy krzywą przechodzącą po stycznej przez zaprogramowane punkty pomocnicze (wielomian trzeciego stopnia). B-Spline Zaprogramowane punkty nie są punktami pomocniczymi, lecz tylko punktami kontrolnymi. Powstała krzywa nie przechodzi przez punkty kontrolne, lecz w ich pobliżu (odpowiednio wielomian 1., 2. lub 3. stopnia). C-Spline jest najbardziej znaną i najczęściej stosowaną interpolacją typu Spline. Przebiegi przez punkty pomocnicze przechodzą po stycznej lub w sposób łukowy. Stosowane są wielomiany 3 stopnia.

37 4. Sterowanie wyjść i wejść technologicznych W przypadkach, gdy zadania manipulacyjne nie mogą być wykonywane w układzie otwartym musi istnieć kontrola efektów oddziaływania układu sterowania na poszczególne zespoły jednostki kinematycznej robota oraz synchronizacja z działaniem współpracujących maszyn i przebiegiem obsługiwanego procesu. Decyzja o kontynuowaniu albo zakończeniu aktualnie wymuszonego stanu pracy jest podejmowana najczęściej na podstawie wartości pojedynczych logicznych sygnałów stanu samego robota lub stanu procesu czy stanu maszyny.

38 Kontroli wymagają także pewne wielkości, na które robot nie ma bezpośredniego wpływu. W takich sytuacjach oczekiwanie na spełnienie warunku może być odrębnym zadaniem układu sterowania. Wykonanie następuje w chwili, gdy warunek - wskazany dla danego stanu pracy robota, czy obsługiwanej maszyny - osiągnie założoną wartość.

39 5. Ustalanie kolejności dalszego działania Ze względu na sposób wymuszania poszczególnych stanów pracy wyróżnia się dwa typy programów działania robotów przemysłowych: programy liniowe, w których obowiązuje stały porządek następowania po sobie poszczególnych stanów programy rozgałęzione, w których o kolejności wykonywania poszczególnych stanów decydują wartości warunków (najczęściej binarnych), wynikających np. ze stanu i parametrów procesu.

40 Większość układów sterowania robotów przemysłowych umożliwia podzielenie programu robota na jedną lub więcej gałęzi. Gałąź może być traktowana jako podprogram, który jest wywoływany jeden lub więcej razy podczas wykonywania programu.

41 Większość sterowników umożliwia użytkownikowi określenie czy sygnał powinien przerwać aktualnie wykonywaną gałąź programu, czy czekać dopóki wykonywanie tej gałęzi się nie zakończy. Zdolność przerywania jest wykorzystywana głównie w gałęziach błędów. Gałąź błędów jest wywoływana, gdy sygnał wejściowy wskazuje, że nastąpiło nienormalne działanie.

42 6. Klasyfikacja układów sterowania Oto klasyfikacja układów sterowania robotów przemysłowych wraz z możliwościami realizacji wymienionych wcześniej zadań i sposobów programowania.

43 Obsługa Programowanie Sterowanie teleoperatorów Układy sterowania robotów Sterowanie sekwencyjne Sterowanie numeryczne Przekaźnikowe PLC Hardwarowe Mikroprocesorowe Obsługa ręczna Programowanie ręczne Programowanie PTP Programowanie CP Zadania Sterowanie Sterowanie w osiach dyskretnych Pozycjonowanie w osiach serwonapędowych Koordynacja pracy serwonapędów Sprawdzanie stanu wejść technologicznych Sterowanie wyjściami technologicznymi Możliwości rozgałęzień programu pracy

44 7. Układy sterowania teleoperatorów Układy sterowania teleoperatorów, gdzie człowiek stanowi jeden z elementów procesu sterowania, ze względu na sposób realizacji zamierzeń operatora można sklasyfikować na: przyciskowe, kopiujące zadawaną pozycję, kopiujące zadawaną pozycję z siłowym sprzężeniem zwrotnym, bioelektryczne.

45 W sterowaniu przyciskowym teleoperatorów ruchy organu roboczego są śledzone przez człowieka, a korekcji tego ruchu dokonuje się stosownie do istniejącej sytuacji.

46 Sterowanie kopiujące zadawaną pozycję jest dużo łatwiejsze w obsłudze niż sterowanie przyciskowe. Urządzeniem sterującym (zwanym także fantomem) jest kinematycznie podobny układ ramion, jaki ma teleoperator (kopia organu roboczego w pewnej podziałce) lub w nowszych rozwiązaniach joystick.

47 Operator, obserwując położenie i zachowanie się części wykonawczej, kształtuje" ramiona urządzenia sterującego bądź odpowiednio manipuluje joystickiem. Ruchy te są następnie kopiowane przez układ wykonawczy teleoperatora.

48 Sterowanie kopiujące zadawaną pozycję z siłowym sprzężeniem zwrotnym jest znacznym udoskonaleniem. Informacja zwrotna o siłach i momentach w układzie wykonawczym, powstających jako reakcje od wykonywanej pracy, jest przekształcana na wyczuwane przez operatora siły na elementach sterownika. W medycynie jest to niezwykle ważne.

49 8. Programowalne sterowniki logiczne PLC Programowalne sterowniki logiczne PLC (ang. programmable logic controller) są przeznaczone głównie do sterowania dwupołożeniowych urządzeń wykonawczych, których stan jest opisany przez funkcje logiczne zmiennych procesowych, sygnalizowanych przez łączniki drogowe. Struktura sterowników PLC umożliwia połączenie ich z systemem sterowania stanowiska pracy, a programowalność łatwe przystosowanie do każdego nowego zadania.

50 Komputer centralny Układ sterowania numerycznego Inne PLC Interfejs komunikacyjny Procesor logiczny Instrukcje Pamięć programu Krok Struktura sterownika PLC: Interfejs programowania Programator PLC Moduł wyjść analogowych zmiennoprądowych Moduł wejść analogowych zmiennoprądowych = Moduł wyjść analogowych stałoprądowych Magistrala systemowa Moduł wejść analogowych stałoprądowych = CD Moduł wyjść cyfrowych Moduł wejść cyfrowych CD Silniki skokowe Moduł sterowania silnikami skokowymi

51 System PLC zawiera: jednostkę centralną (procesor z układami sterującymi i logicznymi) centralną pamięć programu, z której system pobiera program sterowania zapisany przez użytkownika moduły wejściowe i wyjściowe, moduły funkcji dodatkowych.

52 Ciągły rozwój mikroelektroniki ugruntowuje dwa kierunki rozwoju układów PLC: Z jednej strony coraz tańsze elementy umożliwiają budowę małych, tanich układów o niewielkiej liczbie wejść/wyjść. Z drugiej zaś rozwój techniki mikroprocesorowej umożliwia budowę układów o bardziej złożonych funkcjach, przypisywanych dotychczas komputerom, przy zachowanej zasadzie programowania w języku zorientowanym na realizację sterowań logicznych.

53 Sterownik GE Fanuc VersaMax Nano Sterownik GE Fanuc VersaMax

54 9. Układy sterowania numerycznego komputerowego Najnowocześniejszymi numerycznymi systemami sterowania robotów są układy sterowania o strukturze komputerowej CNC (ang. computer numerical control). Do budowy sterowań CNC wykorzystano układy mikroprocesorowe.

55 Zalety mikroprocesorowego sterowania robotów: Łatwe i szybkie wprowadzanie, poprawianie, wymienianie i przechowywanie programów pracy robota. To samo oprogramowanie może być stosowane do różnych układów sterowania. Dla tego samego układu sterowania można zrealizować różne warianty sterowań CNC za pomocą różnych programów (np. różne roboty mogą mieć ten sam układ sterowania, a realizować mogą różne warianty strategii sterowania). Istnieje wiele możliwości wprowadzania i wyprowadzania danych, jak: za pomocą taśmy magnetycznej, dyskietek, dysku twardego, sieci komputerowych.

56 Architektura wielomikroprocesorowych układów sterowania robotów przemysłowych: Procesor centralny Pamięć RAM-EPRAM Pakiet kontroli Sterownik pamięci dyskowych Interfejs komunikacji z innymi komputerami lub układami sterowania Procesor PLC Interfejs programowania Sterownik ręczny - Panel programatora C E N T R A L N A S Y S T E M O W A M A G I S T R A L A Pakiety wejść i wyjść dwustanowych Pakiety -- wejść i wyjść analogowych V =10V Pakiety --wejść i wyjść cyfrowych Procesor sterowania ruchami w osiach pozycjonowanych płynnie (interpolator) Sterowniki serwonapędów Sterowniki -- napędów -- z silnikami skokowymi

57 Podstawowym elementem architektonicznym układu jest centralna magistrala systemowa, która realizuje połączenie między modułami. Zespoły komunikują się między sobą za pośrednictwem trzech grup linii sygnałowych tworzących: Szynę adresową, Szynę danych, Szynę sterującą.

58 10. Programowanie robotów przez nauczanie Jeśli robot ma wykonywać czynności na konkretnym stanowisku pracy, trzeba utworzyć program opisujący kolejność czynności, które gwarantują wymagane jego działanie i współpracujących z nim urządzeń peryferyjnych.

59 Zakładając, że ruchy robota są programowane metodą uczenia, to za pomocą przycisków do naprowadzania robota w wymagane położenie, można uruchomić ruch w płynnie sterowanych osiach w przestrzeni roboczej robota i sterować położeniem chwytaka. Przez przyciśnięcie przycisku wpisuje się do pamięci układu sterowania odpowiednią instrukcję, której częścią są dane o pozycjach w poszczególnych osiach robota w danym punkcie.

60 Zestaw instrukcji można podzielić na dwie grupy: Instrukcje z argumentem. Instrukcje z argumentem to takie, które wymagają określenia parametru cyfrowego (argumentu) wraz z zaprogramowaniem instrukcji. Instrukcje bez argumentu. Instrukcje bez argumentu programuje się tylko przez wciśnięcie przycisku instrukcyjnego.

61 11. Opis instrukcji Instrukcje można podzielić na trzy grupy: Instrukcje ruchowe Instrukcje sterowania programem Instrukcje do łączności systemu z otoczeniem i synchronizacji czynności robota z urządzeniami peryferyjnymi

62 Instrukcje ruchowe: Instrukcja DOKŁADNIE - Przejdź z pozycji, w której jesteś, na pozycję zaprogramowaną (zapisaną w instrukcji) z zaprogramowaną prędkością. Nieważny jest kształt drogi. Kolejną instrukcję wykonaj dopiero po osiągnięciu zaprogramowanego punktu". Instrukcja ZGRUBNIE - Przejdź z pozycji, w której jesteś, na zaprogramowaną pozycję z zaprogramowaną prędkością. Nieważny jest kształt drogi. W chwili kiedy w ostatniej poruszającej się osi rozpocznie się hamowanie, zacznij wykonywać następną instrukcję".

63 Instrukcja LINIOWO - Przejdź z pozycji, w której jesteś, na zaprogramowaną pozycję w linii prostej w czasie określonym w argumencie instrukcji. W chwili kiedy w ostatniej poruszającej się osi rozpocznie się hamowanie, zacznij wykonywać następną instrukcję". Instrukcja CHWYTAK - Zajmij położenie w dyskretnie sterowanej osi (zapisane w instrukcji) i czekaj przez czas określony w argumencie instrukcji".

64 Instrukcje sterowania programem: Instrukcja SKOK - Kontynuuj instrukcję, której numer jest określony w argumencie instrukcji". Instrukcje CYKL - Zapamiętaj numer następnej instrukcji i nastaw licznik cykli na wartość określoną przez argument instrukcji" i KONIEC CYKLU - Jeśli wartość licznika cykli równa się jeden, kontynuuj wykonywanie programu kolejną instrukcją. W innym przypadku obniż wartość licznika o jeden i skocz do instrukcji, której numer został zapamiętany podczas wykonywania instrukcji CYKL".!! Programowanie cyklu w instrukcji CYKLU nie jest dozwolone!

65 Instrukcje WEZWIJ PODPROGRAM - Zapamiętaj numer następnej instrukcji i skocz na początek programu (do instrukcji, której numer jest podany w argumencie instrukcji)"/ KONIEC PODPROGRAMU - Przeprowadź powrót z podprogramu, tzn. skocz do instrukcji, której numer był zapamiętany podczas wykonywania instrukcji WEZWIJ PODPROGRAM". Instrukcja KONIEC - Jest to koniec programu, skocz na początek kolej-nego programu pamięci".

66 Instrukcje do łączności systemu z otoczeniem i synchronizacji czynności robota z urządzeniami peryferyjnymi: Instrukcje WYJŚCIE WŁĄCZ/WYJŚCIE WYŁĄCZ - Włącz wyjście, określone przez argument instrukcji"/,,wyłącz wyjście, określone przez argument instrukcji". Instrukcja TEST CZEKAJ Czekaj, dopóki nie włączy się wejście, określone przez argument instrukcji". Instrukcja TEST KONIEC - Kontynuuj kolejną instrukcję programu, jeśli wejście (określone przez argument) jest włączone. W przypadku przeciwnym skocz na początek kolejnego włączonego programu".

67 Instrukcja TEST SKOK jest używana do testowania: wejść, położenia zespołów w dyskretnie sterowanych osiach, flag i rejestrów wewnętrznych. Instrukcja CZEKAJ - Czekaj przez czas określony przez argument instrukcji".

68 12. Sterowanie autonomicznych robotów mobilnych Sterowanie autonomicznych robotów mobilnych sprowadza się przede wszystkim do ich prowadzenia po wymaganym torze po powierzchni hali produkcyjnej. Można wyróżnić techniki prowadzenia: z pasywną linią prowadzącą aktywną linią prowadzącą bez linii prowadzącej.

69 Technika prowadzenia autonomicznych robotów mobilnych. Techniki prowadzenia Linia prowadząca pasywna Detekcja fotooptyczna Metoda Littona Detekcja metalu Linia prowadząca aktywna Prowadzenie indukcyjne Bez linii prowadzącej Nawigacja wirtualna w połączeniu z lokalizacją: -przyrostową -optyczną i laserową -podczerwoną -ultradźwiękową -żyroskopową

70 Techniki pasywne Wymagają użycia namalowanych albo przyklejonych na podłodze hali produkcyjnej barwnych pasków lub taśm stalowych, wytyczających tor ruchu pojazdu. Śledzenie toru ruchu jest oparte na zasadach fotooptycznych lub wykrywania metalu.

71 Metoda fotooptyczna stosowane są fotokomórki lub fotodiody, umieszczone w mechanizmie koła kierunku jazdy (koła skrętnego), reagujące na natężenie światła odbitego od namalowanej linii. Metoda Littona jej istotą jest pobudzenie ultrafioletem cząstek znajdujących się na pasku umieszczonym na powierzchni podłogi, które emitują światło o widmie niespotykanym w otoczeniu. Metoda detekcji metalu - pojazd jest wyposażony w detektory metalu i podąża za stalową taśmą ułożoną na lub pod podłogą hali.

72 Techniki aktywne Prowadzenie indukcyjne - Jest to technika aktywnego śledzenia drogi, która wymaga użycia przewodu prowadzącego, zasilanego prądem elektrycznym o niskim napięciu i natężeniu oraz wysokiej częstotliwości. Autonomiczne roboty mobilne poruszają się wówczas torami wyznaczonymi przez przewody elektryczne zagłębione pod podłogą hali o przebiegu odzwierciedlającym kształt potrzebnej sieci dróg transportowych. Przewód ten po zasileniu napięciem wytwarza zmienne pole elektromagnetyczne, indukujące napięcia w cewkach wózka.

73 Wymienione techniki prowadzenia autonomicznych robotów mobilnych nie zapewniają niestety dokładnego pozycjonowania pojazdu w krytycznych punktach. W tych punktach (miejscach) umieszcza się w związku z tym specjalne znaczniki" (elektroniczne nadajniki impulsów), które ułatwiają pojazdowi określenie jego rzeczywistej pozycji i po porównaniu z zapamiętaną w pamięci komputera pozycją zadaną dokonują odpowiedniej korekty położenia.

74 Innym rozwiązaniem jest umieszczenie wzdłuż drogi znaków terenowych, utworzonych po obu stronach linii prowadzącej z bocznych kresek. Pojazd czyta i interpretuje binarny kod tych kresek: Znaczniki binarne na drodze robota: a) Znacznik punktu zatrzymania b) Kod funkcji c) Kod położenia

75 Techniki sterowania bez ścieżki prowadzącej Nawigacja wirtualna - to rodzaj techniki sterowania bez ścieżki prowadzącej. W pamięci procesora pokładowego pojazdu jest zapamiętana dwuwymiarowa mapa bitowa świata zewnętrznego, tzn. hali fabrycznej z zaznaczonymi wszystkimi stałymi obiektami (przeszkodami). Komputer pojazdu generuje trajektorię ruchu od punktu startowego do celu, a następnie według niej prowadzi wózek, sterując mechanizmami kierowania i napędu.

76 Nawigacja wirtualna musi być łączona z innymi metodami, umożliwiającymi lokalizację położenia pojazdu w hali i wykrywanie przeszkód: Przyrostowa lokalizacja położenia metoda polega na wykorzystaniu sygnałów z przetworników obrotowoimpulsowych, zainstalowanych na kołach jezdnych i kołach skrętnych. Znając liczbę impulsów wygenerowanych przez każde koło, komputer sterujący może zgrubnie określić przemieszczenie wózka w dwóch osiach współrzędnych, czyli w konsekwencji jego położenie. Metoda lokalizacji optycznej w metodzie tej stosuje się kamerę CCD zainstalowaną pod sufitem hali oraz naniesione znaki optyczne na górnej powierzchni wózka.

77 Lokalizacja na podczerwień i ultradźwiękowa - pojazd jest wyposażony w nadajnik światła podczerwonego lub ultradźwięków i odbiornik sygnałów odbitych. Autonomiczny robot mobilny określa swoje położenie wzglądem stałych przeszkód, zapamiętanych w mapie bitowej. Lokalizacja za pomocą skanera laserowego metoda polega na omiataniu" przestrzeni wokół pojazdu promieniem laserowym w zakresie 180 lub 360 z zadaną rozdzielczością, np. 0,5. Lokalizacja żyroskopowa - robot ma zainstalowany żyroskop pokładowy, który umożliwia orientowanie się w aktualnej pozycji podczas ruchu.

78 Generowanie trajektorii ruchu robota jest najważniejszym zadaniem nawigacji wirtualnej. W zależności od zakresu dostępnej informacji o otoczeniu robota podczas planowania ruchu metody planowania dzieli się na: globalne lokalne

79 W metodach globalnych zakłada się znajomość rozkładu wszystkich przeszkód przed przystąpieniem do planowania. Do metod globalnych zaliczamy: propagację fali, diagramy Woronoia, graf widoczności.

80 Metody lokalne zapewniają głównie bezkolizyjność ruchu z ewentualną optymalizacją lokalnej jakości ruchu. Do metod lokalnych zaliczamy metody: pól potencjałowych, elastycznej wstęgi.

81 Metoda propagacji fali W metodzie tej zakłada się, że robot mobilny porusza się na płaszczyźnie w dowolnym kierunku z jednakową łatwością, a więc jest holonomiczny. Metoda polega na podziale dwuwymiarowej przestrzeni konfiguracyjnej robota na elementarne komórki, zwykle tworzące jednorodną siatkę. Planowanie odbywa się przez przypisanie każdej komórce znacznika oraz wagi. Zastosowanie metody propagacji fal jest ograniczone do środowisk stacjonarnych i zamkniętych.

82 Metoda diagramu Woronoia Metoda diagramu Woronoia jest metodą planowania skrajnie bezpiecznych torów robotów mobilnych poruszających się na płaszczyźnie. Zwykle bywa wykorzystywana w środowisku o niezbyt licznych przeszkodach stacjonarnych. Na podstawie mapy otoczenia robota, w której znajdują się przeszkody, nanosi się krzywe równoległe do przeszkód. Główną zaletą metody diagramu Woronoia jest bezpieczeństwo wynikowego toru ruchu. Do wad metody należy zaliczyć trudność w uwzględnieniu zmian środowiska, np. w wyniku ruchu przeszkód.

83 Graf widoczności Tym sposobem planuje się efektywnie optymalny tor ruchu robota mobilnego na płaszczyźnie, na której znajdują się jedynie przeszkody w kształcie wieloboków wypukłych. Tworzony graf konfiguracji powstaje przez łączenie wierzchołków, których incydencja jest określona na podstawie kryterium widoczności. Metoda ta jest na tyle efektywna czasowo, że może być stosowana nawet w trybie czasu rzeczywistego z ruchomymi przeszkodami, o ile tylko mapa otoczenia robota jest uaktualniana odpowiednio często.

84 Metoda pól potencjałowych Jest to metoda lokalna, niewrażliwa na kształt przeszkód. Zakłada się w niej, że ruch robota jest wypadkową działających nań sił. Siły pochodzące od przeszkód odpychają robota, natomiast siły pochodzące od punktu docelowego przyciągają. Metoda ma jeden podstawowy mankament - problem z minimami lokalnymi.

85 Metoda elastycznej wstęgi Kolejna metoda planowania toru robota mobilnego traktowanego jako punkt materialny. Metoda łączy dwa podejścia: metodę ciągłej deformacji i metodę pól potencjałowych. Dopuszcza ona do wielu inwencji w projekcie konkretnego planera ruchu.

86 SINAS system nawigacyjny dla automatycznych robotów serwisowych Firma SIEMENS, przodująca w dziedzinie sterowań numerycznych, oferuje system nawigacyjny SIN AS dla niezależnych, mobilnych robotów serwisowych. Jest to system o budowie modułowej. Pakiet nawigacyjny składa się z następujących komponentów: sterownika z instalacją, pakietu oprogramowania, skanera laserowego, optycznego żyroskopu, systemu sensorów ultradźwiękowych.

87

88 Omawiając sterowanie robotów, należy pamiętać, że stanowią one tylko jeden z podsystemów zautomatyzowanego stanowiska, gniazda lub systemu produkcyjnego, które mogą zawierać jeden lub kilka robotów, obrabiarek, przenośników itp. Na wyższym poziomie stanowiska czy systemu mogą, być połączone w sieci produkcyjne obejmujące całą fabrykę w taki sposób, żeby komputer centralny mógł sterować całym przebiegiem produkcji danego zakładu. Stąd sterowanie robotów przemysłowych jest często związane z szerszym problemem współpracy wielu połączonych ze sobą maszyn i urządzeń w zautomatyzowanym zakładzie produkcyjnym.