п

т'Г

дам

-2 -J

/ 2 J

Рис. 11.12. Схемы командоаппаратов:

а - механический, б - электромеханический

Рис. 11.13. Система управления со штекерной панелью

с позиции контроля в лоток с годными или бракованными изделиями. Пневмомеханическая система применена для управления роботом ПР5-2П и описана в § 11.4.

Системы управления со штекерными панелями хотя внешне и отличны от электромеханических систем, по принципу действия очень сходны (рис. 11.13). Блок коммутации 1 в этой системе является аналогом двигателя в электромеханической и осуществляет поочередную подачу напряжения на горизонтальные шины 2. С вертикальных шин 3 снимаются команды для управления соответствующими приводами манипулятора. Горизонтальные шины через диоды 4 и выключатели или штекеры могут замыкаться с вертикальными. Диоды служат для того, чтобы сигнал проходил от горизонтальных шин к вертикальным, но не проходил в обратном направлении. Замкнутое пересечение соответствует выступу, разомкнутое- впадине кулачка электромеханической системы. Поочередная подача напряжений на горизонтальные шины имитирует вращение распределительного вала. Функциональные возможности такой системы эквивалентны возможностям электромеханической системы.

Контактно-релейные системы и специальные контроллеры на базе ИС малой степени интеграции по логике своей работы весьма сходны. Их характерной особенностью является то, что блоки памяти и обработки информации не являются автономными, а слиты вместе. В качестве памяти выступают элементы с двумя устойчивыми состояниями - триггеры, непосредственно входящие в схему обработки информации и в зависимости от своего состояния меняющие логику ее работы. Эти триггеры как раз и считают, и запоминают проходы для восполнения информации о состоянии робота в рассмотренной в начале этого раздела ситуации. Хотя такие системы и представляют большие возможности 284

Внешняя среда

м

ШИНА АДРЕСОВ, ДАННЫХ И УПРАВЛЕНИЯ

Ж

Гаи

Рис. 11.14. Укрупненная схема типовой микропроцессорной системы управления

для обработки информации, чем системы с командоаппара-тами и штекерными панелями, они практически вытеснены системами управления на микропроцессорной основе и на базе микроЭВМ как еще более универсальными и гибкими. А простые и надежные системы с командоаппаратами, особенно пневмомеханическими, применяются и скорее всего еще долго будут применяться для простейших специальных и специализированных роботов.

Системы управления роботами на базе микропроцессоров и микроЭВМ получают все большее распространение благодаря универсальности, огромным возможностям по организации процесса управления и обработки информации, дешевизне и ярко выраженной тенденции к все большему снижению стоимости.

Впервые термин микропроцессор появился в 1971 г., когда фирмой Intel была выпущена БИС, позволяющая производить арифметическо-логические операции с четырехразрядными двоичными словами. За прошедшие 17 лет в этом направлении сделан колоссальный скачок вперед. Успехи микроэлектроники позволяют в одном корпусе размещать устройства, обрабатывающие 32-разрядные слова с большим на порядок быстродействием. Для простейшей работы микропроцессоров первого поколения необходимы внешний тактовый генератор, внешние формирователи шин, постоянное (ПЗУ) и оперативное (ОЗУ) запоминающие устройства- всего около двух десятков ИС. МикроЭВМ - это микропроцессор с внешним обрамлением, позволяющим ему производить необходимые арифметическо-логические операции и осуществлять связь с внешними устройствами: дисплеем, клавиатурой, внешней памятью, блоком формирования и принятия команд. Выпущены автономные микроЭВМ, размещенные в одном корпусе.

Типовая укрупненная схема микропроцессорной системы управления приведена на рис. 11.14. Процессорный модуль ПМ, содержащий микропроцессор с необходимым обрамлением, подключен к общей шине, состоящей из шин адресов, данных и управления. По шине адресов передаются адреса ячеек памяти (устройств), к которым обращается микропроцессор, по шине данных передаются данные, которыми микропроцессор обменивается с другими устройствами, по шине команд - команды, организующие этот обмен и всю внутреннюю работу системы управления. Иногда шина адресов и данных бывает совмещена, и по ней после-

довательно передаются в одном такте адреса, в другом - данные. Это позволяет уменьшить число выводов ИС и число проводников в общей шине, но несколько снижает быстродействие. К общей шине подключены ПЗУ, ОЗУ и адаптеры интерфейса АИ, позволяющие вести обмен информацией с дисплеем Д, накопителем на гибком магнитном диске НГМД, манипулятором и внешней средой. Комплект подключенных к общей шине устройств легко может изменяться и в минимально необходимом объеме составляет ПЗУ, ОЗУ, адаптер манипулятора и внешней среды и клавиатуру. Такой системой оснащен, например, робот Электроника НЦТМ-01 . Клавиатура необходима для перепрограммирования рабочего цикла робота.

Память системы представляет собой набор ячеек, которые объединены в слова. Каждое слово имеет свой номер или адрес. Выдав этот адрес на шину адресов, можно обратиться к любой ячейке памяти и в зависимости от команды на управляющей шине извлечь содержимое памяти на шину данных или записать информацию с шины данных в память. В памяти системы управления записана совокупность команд, определяющих ее поведение. Каждая команда хранится в одном или нескольких машинных словах и начинается с признака или кода команды, определяющего, что должен делать микропроцессор. Всего в зависимости от типа микропроцессора существует от 30 до 150 и более команд, которые делятся на арифметическо-логические, команды пересылки и ввода-вывода, команды управления и др. После кода команды в памяти записан либо сам операнд, с которым нужно произвести действие, либо адрес ячейки памяти или регистра микропроцессора, где записан этот операнд. Есть и более сложные методы адресации, например после кода команды может быть указан номер регистра микропроцессора, где записан адрес ячейки памяти, содержащий операнд. Развитые методы адресации позволяют повысить быстродействие и разделить содержимое программы на неизменную память (память программ) и переменную (память данных) части. В памяти программ содержатся коды и являющиеся неизменными адреса данных, в памяти данных -сами данные, которые изменяются в ходе отработки программы.

Память программ записывается в ПЗУ, информация в ячейках которого открыта только для считывания, не может быть изменена в процессе отработки программы и сохраняется при отключении питания. Различают ПЗУ, однократно программируемые при изготовлении или наладке системы управления и репрограммируе-мые ПЗУ или РПЗУ. РПЗУ можно перепрограммировать несколько раз, стирая и записывая информацию на специальных программаторах. При этом в отличие от ОЗУ при стирании информации закрыт доступ к отдельным ячейкам и стереть информацию можно в целой зоне памяти, например, облучая соответствующую ИС ультрафиолетовым светом через специальное окно. 286

В ОЗУ каждое слово открыто как для чтения, так и для записи, однако при выключении напряжения информация в ОЗУ теряется. Поэтому в ОЗУ целесообразно хранить ту часть программы, которая восстанавливается и вычисляется при работе системы. Иногда для сохранения информации в ОЗУ применяют его батарейную подпитку при отключении питания, как это сделано в роботе РФ-202М.

Работает микропроцессорная система следующим образом. После включения системы микропроцессор вырабатывает и выдает на шину адресов номер стартовой ячейки памяти, содержащей первую команду, которую должен отработать микропроцессор. В простейшем случае первой командой может быть команда перехода к первой ячейке зоны памяти, содержащей управляющую программу.

В памяти рассмотренных ранее систем с командоаппаратами или штекерными панелями хранится собственно набор управляющих слов, которые затем последовательно выдаются на манипулятор. Алгоритм обработки этих слов весьма прост и включает лишь их последовательную выдачу. При таком подходе к программированию микропроцессорной системы управления память программ будет минимальна, память данных - максимальна. Возможен прямо противоположный подход. Можно составить такую программу, которая по заложенным в нее правилам будет формировать управляющие слова, т. е. сделать память программ максимальной, память данных - минимальной.

В реальных системах для минимизации общей емкости памяти используются оба подхода, причем для систем, приводы которых работают по упорам, предпочтителен первый подход, для контурных систем и позиционных систем с программно задаваемыми точками позиционирования - второй.

Помимо своей основной функции - собственно управления процессом работы микропроцессорная система может предостав-влять пользователю ряд вспомогательных функций, облегчающих обслуживание робота. Это удобство перепрограммирования, автоматизация диагностики и выявления причин отказов и др. Именно реализация в полной мере этих вспомогательных функций и обеспечила микропроцессорным системам огромное преимущество перед всеми другими системами управления даже в простейших случаях, когда никакого сложного адаптивного управления и не требуется.

Системы управления, обеспечивающие их перепрограммирование пользователем, не имеющим специальной подготовки в программировании, называют свободно программируемыми СПСУ. Именно свободно программируемые системы управления получили сейчас наибольшее распространение для управления как роботами, так и автоматизированным технологическим оборудованием. Такая система применена для управления роботами РФ-202М,

Нет

Обучение

Режим ?

Задание номера программы Д/п

Запись В ОЗУ исходного положения родота

Обучение следующему шагу программы

Конец ? Да

Нет

Нет

Автомат

Однулить адрес А

Опрос следующего слова

Рис. 11.15. Алгоритм работы системы управления роботом РФ-202М

ЭМ-4060, ОЗУН-12000 МЗ, напылительными автоматизированными установками О1НИ-7-015 автоматами проекционной литографии ЭМ-584, полуавтоматами ОЗУН-10000 и др. Перепрограммирование осуществляется либо в диалоговом режиме, либо в режиме обучения (диалоговые СПСУ и обучаемые СПСУ, см. рис. 11.10).

В диалоговой СПСУ перепрограммирование заключается в ответе на вопросы, задаваемые системой управления в процессе диалога на дисплее. Вопросы составлены так, что требуют однозначного ответа, который и набирается оператором на клавиатуре. Так работает СПСУ установки Оратория-2М .

В обучаемых или копирующих СПСУ обучение идет по циклу, осуществляемому при ручном управлении. СПСУ запоминает все действия и затем воспроизводит их в автоматическом режиме. Та-288

Указатель занятости

Признак конца цикла

Признак слова

12 3 4 5 6 7 8 9 1011 12 13 П 1516 17 18 19 20212223 2Ь25

Рис. 11.16. Структура управляющего слова системы управления роботом РФ-202М

ким образом спроектирована СПСУ роботов РФ-202М, ОЗУН-12000 МЗ, ОЗУН-10 000; ЭМ-490Б и др. На очереди разработка систем, обучаемых голосом.

В ПЗУ свободно программируемых систем управления хранится уже не алгоритм или программа, предназначенная для управления роботом, а алгоритм составления управляющей программы и обеспечения работы этой программы в автоматическом режиме управления. Так, в ПЗУ системы управления роботом РФ-202М записан алгоритм (рис. 11.15), обеспечивающий последовательную запись в ОЗУ управляющих слов в режиме обучения, поиск нужной области памяти и выдачу оттуда управляющих слов в режиме управления.

В ОЗУ хранится сменяемая часть алгоритма работы системы- набор управляющих команд или слов.

В режиме обучения оператор с клавиатуры управления формирует в оперативной памяти микроЭВМ управляющие слова, содержащие 25 двоичных разрядов. Структура управляющего слова представлена на рис. 11.16. В зависимости от содержания 23-го разряда управляющие слова могут быть двух типов: адресное слово (признак 1), слово состояния (признак 0).

Адресное слово представляет собой заголовок программы, оно начинает любую управляющую программу и в четырех двоичных разрядах содержит ее номер, остальные разряды, кроме 23-го и 25-го, несущественны. Слова состояния следуют за адресным, они описывают состояние манипулятора и определяют тело управляющей программы, формируемое в процессе обучения. Первые 11 разрядов (рис. 11.16) предусмотрены для записи состояния модулей манипулятора. Например, если в первом разряде слова состояния записан 0, механизм горизонтального перемещения левой руки будет выдвинут вперед, если 1 - назад. Следующие 7 разрядов, начиная с 12-го, определяют команды синхронизации, выдаваемые в систему управления оборудованием, которое обслу-19-628 i 289