CC BY
87
УПРАВЛЕНИЕ, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
УДК 681.3
ПРОМЫШЛЕННЫЙ РОБОТ С ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМОЙ УПРАВЛЕНИЯ
Т.А. Акименко, А.А. Аршакян, С.А. Будков, Е.В. Ларкин
Рассматривается промышленный робот с информационной системой управления, который может быть использован в различных отраслях промышленности, например в электротехнической, для роботизации процессов обработки и сборки изделий.
Ключевые слова: робот, система управления, сигнал информационной связи, модуль промышленного робота.
Мобильные информационные роботы достаточно широко применяются в промышленности, военном деле, при экологическом мониторинге и т.п. Большинство существующих мобильных роботов способны функционировать только под непосредственным контролем оператора, в строго детерминированной среде и с заранее заданными алгоритмами движения.
Конструктивно мобильные роботы представляют собой жесткий корпус (или шарнирно сочленяемые элементы жесткого корпуса), установленный на самоходное шасси, на который также монтируется рабочее оборудование. В состав установленных на роботах приборов и оборудования входят: источник энергии; манипуляторы для захвата, перемещения и транспортирования объектов; телевизионная аппаратура (до четырех единиц телевизионных камер); осветительные средства (прожекторы) для подсветки при действиях в темное время суток и низких уровнях освещенности; аппаратура для обследования на месте обнаруженного объекта и определения степени его опасности; оборудование для уничтожения на месте
взрывоопасных предметов, и др.
Модули промышленных роботов достаточно известны. В устройство авторов Ю.А. Аркатова, Э.Ф. Шевченко, Н.М. Киреева, Н.В. Попова [1] входят два линейных двигателя, корпуса которых установлены на корпус устройства, а штоки имеют через одностепенные шарниры, обеспечивающие кинематическую связь со стержнями, связанными через третий шарнир с рабочим органом, входы двигателей через блок коммутации подключены к выходам блока управления, к первому входу которого подключены датчики обратной связи, а второй вход подключен ко входу устройства.
Из известных устройств наиболее близким по технической сущности является модуль промышленного робота, содержащий два двигателя со штоками, установленные на корпусе, стержень с закрепленным на нем рабочим органом, шарнирно связанный со штоками, и блок управления, содержит пять двухстепенных шарниров, два из которых соединяют каждый из двух двигателей с корпусом, третий шарнир соединяет стержень с корпусом, а четвертый и пятый шарниры соединяют штоки между собой и со стержнем, при этом двигатели связаны с датчиками обратной связи, подключенными к блоку управления. [4]
К недостаткам данных устройств можно отнести низкую точность позиционирования рабочего органа.
Задачей модели промышленного робота с информационной системой управления является увеличение точности позиционирования рабочего органа.
Поставленная задача достигается тем, что в модуль промышленного робота, в состав которого входят два двигателя со штоками, установленные на корпусе, стержень с закрепленным на нем рабочим органом, шарнирно связанный со штоками, блок управления, пять двухстепенных шарниров, два из которых соединяют каждый из двух двигателей с корпусом, третий шарнир соединяет стержень с корпусом, а четвертый и пятый шарниры соединяют штоки между собой и со стержнем, введен источник электромагнитного излучения, закрепленный на рабочем органе и имеющий информационную связь с датчиком электромагнитного излучения, жестко установленным на корпусе, выходы которого подключены к входам блока управления.
На рис. 1 приведена схема модуля промышленного робота.
В состав модуля промышленного роботы, приведенного на рис. 1, входит корпус 1, два двигателя 2 и 3 со штоками 4, 5, которые через двухстепенные шарниры 6 и 7 подсоединены к стержню 8. Через двухстепенные шарниры 9 и 10 корпуса двигателей 2 и 3 подсоединены к корпусу 1, на котором в двухстепенном шарнире 11 установлен стержень 8. На конце стержня 8 установлен рабочий орган 12, на котором закреплен источник 13 электромагнитного излучения, который имеет информационную связь с двухкоординатным датчиком 14 электромагнитного излучения, выходы
которых подключены ко входам блока 15 управления, выходы которого подключены ко входам двигателей 2 и 3.
14
Рис. 1. Схема модуля промышленного робота
На рис. 2 приведена схема формирования сигнала информационной связи промышленного робота с информационной системой управления.
Рис. 2. Схема формирования сигнала информационной связи
На схеме формирования сигнала информационной связи, приведенной на рис. 2, показаны источник 13 электромагнитного излучения и двух-
координатный датчик 14 электромагнитного излучения, в состав которого входит объектив 16, четыре чувствительных элемента 17, 18, 19, 20, расположенные по квадрантам системы координат, таким образом, что ось симметрии объектива проходит через начало координат, совпадающее со стыком чувствительных элементов, и два дифференциальных усилителя 21, 22, разностные входы первого из которых, 21, подключены к чувствительным элементам 17, 19, а разностные входы второго, 22, подключены к чувствительным элементам 18, 20. На чувствительных элементах 17, 18, 19, 20 формируется образ 23 источника 13 электромагнитного излучения. Выходы дифференциальных усилителей 21, 22 образуют выходы двухкоординатного датчика 14 электромагнитного излучения, подключаемые к входам блока 15 управления.
Принцип работы промышленного робота с информационной системой управления заключается в следующем.
С внешнего устройства на вход модуля промышленного робота поступают требуемые значения координат х и у рабочего органа 12, закрепленного на стержне 8. Источник 13 электромагнитного излучения, закрепленный на рабочем органе, перемещаясь вместе с ним, излучает в пространство, в направлении двухкоординатного датчика 14 электромагнитное поле. Электромагнитное излучение в видимой, или инфракрасной области спектра фокусируется в плоскости расположения чувствительных к соответствующей области спектра элементов 17, 18, 19, 20 с помощью объектива 16 таким образом, образ источника 13 электромагнитного излучения частично покрывает каждый из чувствительных элементов. Уровень сигнала каждого чувствительного элемента 17, 18, 19, 20 пропорционален покрытию его площади образом источника 13 электромагнитного излучения.
Сигналы с попарно противоположных чувствительных элементов (17, 19), (18, 20) подаются на разностные входы усилителей 21 и 22, соответственно. Таким образом, на выходах усилителей 21 и 22 формируются сигналы, пропорциональные отклонению источника 13 электромагнитного излучения от оптической оси по координатам х и у, соответственно. Сформированные таким образом сигналы сравниваются в блоке 15 управления с требуемые значения координат х и у, и сигнал рассогласования подается на входы двигателей 2 и 3, которые приводят в действие стержень 8 с установленным на нем рабочим органом 12 и закрепленным источником 13 электромагнитного излучения.
При работе двигатели 2 и 3 изменяют свою длину ^ и ^, соответственно, в результате чего угловые координаты ф и у стержня 8, несущего рабочий орган 12 изменяются по зависимостям
' Ь'-'2
(Я *sm(ф) *соэ(у)- а) + Я *sm(ф) *зт(у) + — +(Я *sm(ф))
V 2)
136
2
L2
2
,(R * sin(j) * cos(y) - a) + R * sin(j) * sin(y) — + (R * sin(j))2
V V 2 J
где a - длина перпендикуляра, проведенного от оси вращения двухстепенного шарнира 11 до середины отрезка соединяющего оси вращения двухстепенных шарниров 9 и 10, b - расстояние между осями вращения двухстепенных шарниров 9 и 10, R - расстояние между двухстепенного шарнира 11 и двухстепенными шарнирами 6, 7. [2,3]
Координаты х и у связаны с углами ф и y зависимостями х = R • sin ф • cos y; у = R • sin y. Блок 15 управления пересчитывает координаты в углы, углы в длины L1 и L2 выдвижения штоков двигателей 2 и 3, и подает соответствующий управляющий сигнал на двигатели 2 и 3, что приводит к выдвижению штоков 4 и 5 на необходимую величину, а следовательно и повороту стержня 8 на требуемые углы.
Данный модуль промышленного робота c информационной системой управления позволяет повысить точность позиционирования рабочего органа за счет введения информационной обратной связи по положению собственно рабочего органа, а не промежуточных управляющих элементов конструкции, или двигателей, что позволяет использовать модуль в качестве технологического оборудования в различных производственных автоматизированных системах.
Список литературы
1. Авторское свидетельство №1421524(СССР) / Ю.А. Аркатов, Э.Ф. Шевченко, Н.М. Киреев, Н.В. Попов. Модуль промышленного робота. В 25 J 1/02. 07.09.88. Бюл. № 33
2. Зарубин В.С. Математическое моделирование в технике. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2001. 496 с.
3. Краснощеков П.С., Петров А. А. Принципы построения моделей. М.: Изд-во МГУ, 1983. 264 с.
4. Ларкин Е.В., Осетров А.О., Осетров С.О. Модуль подвижности промышленного робота// Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. 12. Ч. 2. С. 244 - 249.
Акименко Татьяна Алексеевна, канд. техн. наук, доц., tantan72@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Аршакян Александр Агабекович, канд. техн. наук, докторант, tantan72@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Будков Сергей Анатольевич, аспирант, tantan72@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
Ларкин Евгений Васильевич, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, tantan72@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
INDUSTRIAL ROBOT WITH INFORMATION CONTROL SYSTEM T.A. Akimenko, A.A. Arshakyan, S.A. Budkov, E.V. Larkin
Considered an industrial robot with a management information system, which can be used in various industries, such as electrical engineering, robotics for processing and assembly.
Key words: robot control system, the signal data communication module, an industrial robot.
Akimenko Tatiana Alekseevna, candidate of technical science, docent, tantan72@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Arshakyan Alexander Agabekovich, candidate of technical science, postgraduate, tantan72@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Budkov Sergey Anatolievich, postgraduate, tantan72@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Larkin Evgenii Vasilevich, doctor of technical science, professor, head of the Department, tantan72@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 519.217.2
ВРЕМЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛУМАРКОВСКИХ ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОЙ ЭВМ
А.Н. Ивутин
Предложены аналитические математические зависимости для оценки времени блуждания по циклическому стохастическому полумарковскому процессу в модели обработки данных специализированной ЭВМ.
Ключевые слова: цифровая система, алгоритм, полумарковский процесс, сеть Петри-Маркова, время выполнения.
Вычислительные системы с параллелизмом качественно
отличаются от фон-неймановских в плане диапазона времени выполнения алгоритмов. Интуитивно можно предположить, что указанный параметр может быть варьирован от величины, получающейся в случае, если все операторы алгоритма последовательно интерпретируются одним
