Робототехнические системы с элементами искусственного интеллекта

Область робототехники

Робототехника, очувствление, искусственный интеллект, робот-станок, механизм параллельной структуры, электродвигатели безредукторные, высокомоментные, обобщенные координаты.

Область робототехники охватывает достаточно широкий класс машин, начиная от простейших игрушек до полностью автоматизированных производств (Автоматически управляемая электростанция, беспилотные космические корабли, автоматические подводные аппараты, ЭВМ, играющая в шахматы — все эти системы можно считать роботами). Поэтому, что называть роботом, к сожалению, не определено окончательно. В представленных лекциях уделим основное внимание промышленным роботам, в которых присутствуют элементы интеллектуальной деятельности.

Создание "разумных" роботов связано, как правило, с приданием им человеческих качеств. Это способность распознавать образы, участвовать в игровых операциях, ставить задачи и принимать решения. Поэтому в дальнейших лекциях остановимся более подробно на детальном рассмотрении подсистем низшего уровня, выполняющих технологические операции обработки деталей, и связь данных подсистем с подсистемами высшего уровня.

Применение вычислительной техники в системах управления и программного обеспечения позволяет реализовать интеллектуальные способности человека и заменить его в сфере оценки ситуации и принятия решений. Совокупность интеллектуальных и механических способностей робототехнической системы позволяет заменить человека в сфере его производственной деятельности.

Искусственный интеллект промышленных ИРС, рассмотренных в лекции 1, заключается в возможности распознавать детали и их поверхности с точки зрения качества и соответствия заданным геометрическим размерам по чертежу, управлять технологическим процессом и принимать решения по его изменению. В свою очередь принятие решения включает формирование промежуточных целей для выполнения поставленной задачи.

Но все вышесказанное не означает, что роль человека будет состоять только в том, чтобы наслаждаться работой робототехнических систем, пребывая в полной бездеятельности. Напротив его ответственность возрастает и потребуется колоcсальная нагрузка на человека, чтобы управлять сложными системами, создавать новые механизмы и обезопасить себя от любых техногенных катастроф.

Современная быстродействующая вычислительная техника позволила качественно изменить структуру технологического оборудования. Во-первых, благодаря высокому быстродействию вычислений появилась возможность осуществлять управление механизмами, в которых перемещения не совпадают с координатами обрабатываемой детали. Например, высоко скоростные прямолинейные перемещения можно выполнять с помощью вращательных пар. Во-вторых, быстродействующие средства контроля дали возможность построить системы оперативной настройки режимов обработки, получая информацию об обрабатываемой поверхности.

В робототехнике системы очувствления и искусственного интеллекта нашли достаточно широкое применение [ 8.5 ] . Следует выделить следующие направления развития интеллектуальных роботов:

1. Промышленные роботы, работающие в производственной сфере и заменяющие человека при выполнении технологических операций. Интеллект указанных роботов заключается в их способности автоматически распознавать качество обработанной поверхности, контролировать режимы обработки и корректировать их в зависимости от поставленной цели, например, минимизировать погрешности, уменьшать энергозатраты, выбирать технологию обработки в зависимости от типа детали и требований к ее выходным характеристикам. В настоящее время это, пожалуй, основной класс роботов, которому должно быть уделено особое внимание, так как замена человека в сфере производства качественно изменит его жизнедеятельность
2. Безусловно к сугубо интеллектуальным роботам следует отнести робото-тележки, перемещающиеся по космическим планетам в условиях непредсказуемой обстановки и выполняющие операции сбора информации о местности, на основе которой они определяют направление своего движения.
3. Игровые роботы, предназначенные для тренировки спортсменов. Роботы, играющие в гольф, теннис, шахматы, соревнующиеся друг с другом, на первый взгляд указанные роботы не предназначены для замены человека на производстве. Однако, как и в человеческой деятельности, при выполнении игровых задач отрабатывается структура искусственных машин, их силовые возможности, быстродействие и интеллектуальные способности.
4. Специальные роботы, способные работать в военной обстановке, а также в условиях особо опасных для жизнедеятельности человека.

ИРС для выполнения производственных задач, так называемые роботы-станки, являются устройствами, которые полностью автоматизируют производство по выпуску определенного вида продукции. Данное оборудование оснащается системами контроля технологических и выходных параметров обрабатываемого изделия.

В станочном оборудовании предъявляются достаточно высокое требования к точности, надежности и ответственности выполняемой операции. При выполнении операций обработки и сборки сложных деталей невозможно требовать вероятностного результата. Как правило, такие операции строго детерминированы. Поэтому вероятностные поисковые методы возможны только на стадии обработки результатов. Принятие окончательного решения должно обеспечивать детерминированный результат, обеспечивающий поставленную цель.

Особенно высокие требования предъявляются при обработке поверхностей сложной формы. В этом случае необходимо более точное выполнение режимов обработки, контроль износа инструмента в процессе обработки и обеспечение одновременно нескольких параметров детали. В частности, для каждой точки поверхности нужно одновременно обеспечивать до шести геометрических параметров, не считая качества поверхности. Для сложных поверхностей, кроме требований к самим координатам, накладываются условия и на их производные.

Для соблюдения высоких требований к точности изготовления деталей необходимо осуществлять постоянный контроль геометрических параметров станка, размеров звеньев, температурных изменений и других параметров. Применение механизмов параллельной структуры также качественно меняет подход к проектированию станочного робототехнического оборудования.

Понятие робот-станок было введено в 1992 году при описании станочного оборудования, построенного на механизмах параллельной структуры и позволяющего посредством одного и того же механизма выполнять транспортные операции и операции обработки. Данные механизмы позволяют расширить функциональные возможности станочного оборудования и при наличии системы управления, оснащенной элементами искусственного интеллекта, делает данное оборудование близким к интеллектуальным роботам.

Совмещение функций особенно актуально для сложных высокоточных операций, когда требуется обработка детали от одной базы. В данном случае получаем универсальное оборудование, позволяющее выполнять несколько различных технологических операций для широкой номенклатуры изделий.

Главной отличительной особенностью робота-станка от обрабатывающего центра является универсальность, точнее, более богатые кинематические возможности перемещения механизма. Безусловно, из набора роботов-станков можно построить распределенный обрабатывающий центр. Механизмы параллельной структуры расширили возможности исполнительных механизмов станков, сделали их более облегченными и универсальными. Наличие параллельных кинематических цепей позволяет управлять одним выходным звеном по нескольким параллельным каналам, обеспечивая одновременное управление по положению, скорости, более высоким производным, а также по силе. В работе приведены, хотя и не в полном объеме, механизмы параллельной структуры, которые с успехом можно применить в станочном оборудовании.

Последующие лекции ставят своей целью показать место интеллектуальных систем в сфере промышленной робототехники. При этом роботы представляются в виде технологических систем, непосредственно выполняющих операцию обработки. Мы их называем роботами-станками, так как их кинематическая схема позволяет выполнять транспортные операции и непосредственно обработку. Применение механизмов параллельной структуры уже на низшем уровне позволяет расширить интеллектуальные возможности технологических машин.