WYDZIA ELEKTROTECHNIKI
I AUTOMATYKI
KATEDRA RiSM
Systemy sterowania robotów przemysłowych
Dr inż. Mariusz Dąbkowski
Sterowanie robota przemysłowego
powinno zapewniać:
" współdziałanie wszystkich jego zespołów
konstrukcyjnych (układów napędowych,
sensorycznych, efektora),
" programowanie pracy i niezawodne
wykonywanie zaprogramowanych
czynności.
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).
Programowanie robota przemysłowego
polega na nauczeniu go cyklu pracy, jaki
ma póz
niej 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.
Jednak są także inne części programu, które
nie opisujÄ… ruchu robota:
 interpretacja danych pochodzÄ…cych od
czujników
 uruchamianie efektora
 wysyłanie sygnałów do innych elementów
wyposażenia stanowiska pracy
 odbieranie danych od innych urządzeń oraz
prowadzenie obliczeń
Metody programowania robotów przemysłowych
On-line Off-line
Off-line
(na stanowisku pracy robota) (poza stanowiskiem pracy robota)
(poza stanowiskiem pracy robota)
Programowanie za pomocÄ…
Programowanie Programowanie Programowanie za pomocÄ…
Programowanie Programowanie
tekstowych języków programowania
ręczne przez nauczanie tekstowych języków programowania
ręczne przez nauczanie
Programowanie Programowanie
Programowanie Programowanie
dyskretne ciągłe
dyskretne ciągłe
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).
" 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-by-
showing).
" Podczas programowania robota metodÄ… uczenia jest
on przemieszczany wzdłuż zadanej trajektorii w celu
zapisania jej do pamięci układu sterowania.
" Można tu wyróżnić:
" Programowanie ciągłe
" Programowanie dyskretne
" 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 siÄ™ 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).
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)
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).
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
Przestawianie
Charakteryzuje siÄ™ ono wymuszaniem
następnej wartości zadanej dopiero po
uzyskaniu, z określoną dokładnością
poprzedniej wartości zadanej.
Rys. 1. Regulacja położenia w zadaniu przestawiania; 1  z
przeregulowaniem, 2  bez przeregulowania, "xz  skok zadanej
wartoÅ›ci poÅ‚ożenia, x(t)  zmiany poÅ‚ożenia, tr1, tr2  czasy regulacji µS 
odchyłka statyczna regulacji położenia
W konwencjonalnych zastosowaniach
wymaga siÄ™, aby dla dowolnych
skokowych zmian wartości zadanej "xz
z zakresu dopuszczalnego, po czasie tr
zwanym czasem regulacji, różnica
między aktualną wartością a zadaną xz
nie przekraczała co do wartości
bezwzględnej pewnej ustalonej
wartoÅ›ci µs, zwanej odchyÅ‚kÄ… statycznÄ…
regulacji położenia.
Nadążanie
" Nadążanie cechuje się ciągłymi zmianami
zadanej pozycji.
" Jego parametrami są: dopuszczalna wartość
odchyÅ‚ki dynamicznej µd, oraz dopuszczalna
prędkość zmian wartości zadanej.
" Oznacza to, że dla dowolnych dopuszczalnych
zmian wartoÅ›ci zadanych różnica µ(t) miÄ™dzy
położeniem istniejącym xi(t) a zadanym xz(t) nie
może przekraczać wartoÅ›ci µd (rys. 2.).
Rys. 2. Regulacja położenia w przypadku nadążania; xZ(t)  położenie
zadane, xi(t)  poÅ‚ożenie istniejÄ…ce, µ(t)  odchyÅ‚ka regulacji.
" 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.
" 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.
" 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.
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.
Na rys. 3 pokazano możliwe do osiągnięcia
punkty w prostokÄ…tnej przestrzeni roboczej
robota (dla uproszczenia jest to robot w układzie
kartezjańskim).
Należy określić jak zaprogramować drogę
pomiędzy punktami 1 i 2
Są różne możliwości:
W danym czasie ruch będzie się odbywać tylko w jednej osi i
efektor będzie przemieszczał się po bokach a', b'
prostokÄ…ta przez punkt 1,2.
W danym czasie ruch będzie się odbywać tylko w jednej
osi i efektor będzie przemieszczał się po bokach b", a"
prostokÄ…ta przez punkt 2,1.
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 kÄ…tem 45°.
Ruch w obu osiach będzie się odbywać jednocześnie w
jednakowym czasie i efektor będzie przemieszczał się
po linii prostej - przekÄ…tnej e.
Ruch w obu osiach będzie się odbywać jednocześnie w
jednakowym czasie i efektor będzie przemieszczał się
po torze będącym fragmentem okręgu koła f.
Ruch w obu osiach będzie się odbywać jednocześnie w
jednakowym czasie i efektor będzie przemieszczał się
po dowolnym torze g.
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.
Interpolacja  proces generowania drogi
Możliwe są interpolacje:
1) Przegubowa
2) Prostoliniowa
3) Kołowa
4) Typu Spline
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.
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 aproksymacjÄ… linii prostej.
" Dokładność aproksymacji zależy od liczby
punktów.
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.
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 Å‚Ä…czone sÄ… wielomianem od 1
do 3 stopnia. Interpolacja Spline umożliwia istotne
zmniejszenie liczby bloków programowych.
Rozróżniamy trzy typy interpolacji typu
Spline:
A-Spline
tworzy krzywÄ… przechodzÄ…cÄ… po stycznej przez zaprogramowane punkty
pomocnicze (wielomian trzeciego stopnia).
B-Spline
Zaprogramowane punkty nie sÄ… 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
Å‚ukowy. Stosowane sÄ… wielomiany 3 stopnia.
4. Sterowanie wyjść i wejść
technologicznych
" W przypadkach, gdy zadania manipulacyjne nie mogÄ…
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.
" 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.
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.
Większość układów sterowania robotów
przemysłowych umożliwia podzielenie
programu robota na jedną lub więcej
gałęzi.
Gałąz
może być traktowana jako
podprogram, który jest wywoływany
jeden lub więcej razy podczas
wykonywania programu.
" Większość sterowników umożliwia
użytkownikowi określenie czy sygnał
powinien przerwać aktualnie wykonywaną
gałąz
programu, czy czekać dopóki
wykonywanie tej gałęzi się nie zakończy.
" Zdolność przerywania jest wykorzystywana
głównie w gałęziach błędów.
" Gałąz
błędów jest wywoływana, gdy sygnał
wejściowy wskazuje, że nastąpiło
nienormalne działanie.
6. Klasyfikacja układów
sterowania
Oto klasyfikacja układów sterowania
robotów przemysłowych wraz z
możliwościami realizacji wymienionych
wcześniej zadań i sposobów
programowania.
Układy sterowania robotów
Sterowanie Sterowanie sekwencyjne Sterowanie numeryczne
teleoperatorów
Obsługa Przekaz
nikowe PLC Hardwarowe Mikroproce-
sorowe
Programowanie
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
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,
 kopiujÄ…ce zadawanÄ… pozycjÄ™,
 kopiujące zadawaną pozycję z siłowym
sprzężeniem zwrotnym,
 bioelektryczne.
W sterowaniu przyciskowym
teleoperatorów ruchy organu roboczego
są śledzone przez człowieka, a korekcji
tego ruchu dokonuje siÄ™ stosownie do
istniejÄ…cej sytuacji.
" Sterowanie kopiujÄ…ce zadawanÄ…
pozycję jest dużo łatwiejsze w
obsłudze niż sterowanie przyciskowe.
" UrzÄ…dzeniem sterujÄ…cym (zwanym
także fantomem) jest kinematycznie
podobny układ ramion, jaki ma
teleoperator (kopia organu roboczego
w pewnej podziałce) lub w nowszych
rozwiÄ…zaniach joystick.
" Operator, obserwując położenie i
zachowanie się części wykonawczej,
 kształtuje" ramiona urządzenia
sterujÄ…cego bÄ…dz
odpowiednio
manipuluje joystickiem.
" Ruchy te są następnie kopiowane
przez układ wykonawczy
teleoperatora.
" Sterowanie kopiujÄ…ce zadawanÄ… pozycjÄ™ 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.
8. Programowalne sterowniki logiczne
PLC
" Programowalne sterowniki logiczne PLC (ang.
programmable logic controller) sÄ… przeznaczone
głównie do sterowania dwupołożeniowych
urządzeń wykonawczych, których stan jest
opisany przez funkcje logiczne zmiennych
procesowych, sygnalizowanych przez Å‚Ä…czniki
drogowe.
" Struktura sterowników PLC umożliwia
połączenie ich z systemem sterowania
stanowiska pracy, a programowalność łatwe
przystosowanie do każdego nowego zadania.
Struktura sterownika PLC:
Komputer
centralny
Silniki
= CD
Układ sterowania
skokowe
numerycznego
Inne PLC
Moduł wyjść Moduł wyjść
Moduł sterowania
analogowych analogowych Moduł wyjść
silnikami
Interfejs
zmienno- stało- cyfrowych
skokowymi
komunikacyjny
prÄ…dowych prÄ…dowych
Procesor
Magistrala systemowa
logiczny
Moduł wejść Moduł wejść
Krok
Instrukcje
analogowych analogowych Moduł wejść
Pamięć
zmienno- stało- cyfrowych
programu
prÄ…dowych prÄ…dowych
Interfejs
programowania
=
CD
Programator
Programator
PLC
PLC
System PLC zawiera:
 jednostkÄ™ centralnÄ… (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.
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.
Sterownik GE Fanuc
VersaMax
Sterownik GE Fanuc VersaMax
Nano
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.
Zalety mikroprocesorowego sterowania
robotów:
" A
atwe 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.
Architektura wielomikroprocesorowych
układów sterowania robotów przemysłowych:
Procesor
C
----
Pakiety wejść i wyjść
centralny
E
dwustanowych
N
Pamięć
T
RAM-EPRAM
M Pakiety wejść i wyjść
R
----
analogowych
A
A
Pakiet
-10V =10V
G
L
kontroli
I
N
Sterownik
S
A
--
Pakiety wejść i wyjść
pamięci dyskowych
T
cyfrowych
R
Interfejs komunikacji
A
Procesor sterowania ruchami
z innymi komputerami
L w osiach pozycjonowanych
lub układami sterowania
S
płynnie (interpolator)
A
Y
Procesor
S
PLC
----
Sterowniki
T
serwonapędów
Interfejs E
programowania M
O
Sterowniki
----
W
Sterownik ręczny -
napędów z silnikami
A
Panel programatora skokowymi
Podstawowym elementem architektonicznym
układu jest centralna magistrala systemowa,
która realizuje połączenie między modułami.
Zespoły komunikują się między sobą za
pośrednictwem trzech grup linii sygnałowych
tworzÄ…cych:
 SzynÄ™ adresowÄ…,
 SzynÄ™ danych,
 SzynÄ™ sterujÄ…cÄ….
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.
" 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.
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 siÄ™
tylko przez wciśnięcie przycisku
instrukcyjnego.
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 urzÄ…dzeniami peryferyjnymi
Instrukcje ruchowe:
" Instrukcja DOKA
ADNIE -  Przejdz
z pozycji, w której
jesteÅ›, na pozycjÄ™ zaprogramowanÄ… (zapisanÄ… w
instrukcji) z zaprogramowaną prędkością. Nieważny jest
kształt drogi. Kolejną instrukcję wykonaj dopiero po
osiągnięciu zaprogramowanego punktu".
" Instrukcja ZGRUBNIE -  Przejdz
z pozycji, w której
jesteÅ›, na zaprogramowanÄ… pozycjÄ™ z zaprogramowanÄ…
prędkością. Nieważny jest kształt drogi. W chwili kiedy w
ostatniej poruszajÄ…cej siÄ™ osi rozpocznie siÄ™ hamowanie,
zacznij wykonywać następną instrukcję".
" Instrukcja LINIOWO -  Przejdz
z pozycji, w której jesteś,
na zaprogramowanÄ… pozycjÄ™ w linii prostej w czasie
określonym w argumencie instrukcji. W chwili kiedy w
ostatniej poruszajÄ…cej siÄ™ osi rozpocznie siÄ™ hamowanie,
zacznij wykonywać następną instrukcję".
" Instrukcja CHWYTAK -  Zajmij położenie w dyskretnie
sterowanej osi (zapisane w instrukcji) i czekaj przez czas
określony w argumencie instrukcji".
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 kolejnÄ… instrukcjÄ…. 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!
" Instrukcje WEZWIJ PODPROGRAM -  Zapamiętaj
numer następnej instrukcji i skocz na początek programu
(do instrukcji, której numer jest podany w argu-mencie
instrukcji)"/ KONIEC PODPROGRAMU -  Przeprowadz

powrót z podprogramu, tzn. skocz do instrukcji, której
numer był zapamiętany podczas wy-konywania instrukcji
WEZWIJ PODPROGRAM".
" Instrukcja KONIEC -  Jest to koniec programu, skocz
na początek kolej-nego programu pamięci".
Instrukcje do łączności systemu z otoczeniem i
synchronizacji czynności robota z
urzÄ…dzeniami peryferyjnymi:
" Instrukcje WYJÅšCIE WA

CZ/WYJÅšCIE WYA

CZ -
 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 kolejnÄ…
instrukcję programu, jeśli wejście (określone przez
argument) jest włączone. W przypadku przeciwnym
skocz na początek kolejnego włączonego programu".
" 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".
12. Sterowanie autonomicznych
robotów mobilnych
Sterowanie autonomicznych robotów mobilnych
sprowadza siÄ™ przede wszystkim do ich
prowadzenia po wymaganym torze po
powierzchni hali produkcyjnej.
Można wyróżnić techniki prowadzenia:
 z pasywnÄ… liniÄ… prowadzÄ…cÄ…
 aktywnÄ… liniÄ… prowadzÄ…cÄ…
 bez linii prowadzÄ…cej.
Technika prowadzenia autonomicznych
robotów mobilnych.
Techniki prowadzenia
Techniki prowadzenia
Bez linii
Linia prowadzÄ…ca Linia prowadzÄ…ca
prowadzÄ…cej
pasywna aktywna
" Detekcja fotooptyczna " Prowadzenie
Nawigacja wirtualna
" Metoda Littona indukcyjne
w połączeniu
" Detekcja metalu
z lokalizacjÄ…:
-przyrostowÄ…
-optycznÄ… i laserowÄ…
-podczerwonÄ…
-ultradz
więkową
-żyroskopową
Techniki pasywne
" Wymagają użycia namalowanych albo
przyklejonych na podłodze hali
produkcyjnej barwnych pasków lub taśm
stalowych, wytyczajÄ…cych tor ruchu
pojazdu.
" Åšledzenie toru ruchu jest oparte na
zasadach fotooptycznych lub wykrywania
metalu.
" Metoda fotooptyczna  stosowane sÄ…
fotokomórki lub fotodiody, umieszczone w
mechanizmie koła kierunku jazdy (koła
skrętnego), reagujące na natężenie światła
odbitego od namalowanej linii.
" Metoda Littona  jej istotÄ… jest pobudzenie
ultrafioletem czÄ…stek znajdujÄ…cych siÄ™ 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.
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 poruszajÄ… siÄ™
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.
Wymienione techniki prowadzenia autonomicznych
robotów mobilnych nie zapewniają niestety
dokładnego pozycjonowania pojazdu w krytycznych
punktach.
W tych punktach (miejscach) umieszcza siÄ™ w
zwiÄ…zku z tym specjalne  znaczniki" (elektroniczne
nadajniki impulsów), które ułatwiają pojazdowi
określenie jego rzeczywistej pozycji i po
porównaniu z zapamiętaną w pamięci komputera
pozycjÄ… zadanÄ… dokonujÄ… odpowiedniej korekty
położenia.
Innym rozwiązaniem jest umieszczenie wzdłuż drogi znaków
terenowych, utworzonych po obu stronach linii prowadzÄ…cej 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
Techniki sterowania bez ścieżki
prowadzÄ…cej
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 trajektoriÄ™ ruchu od punktu startowego do
celu, a następnie według niej prowadzi wózek,
sterując mechanizmami kierowania i napędu.
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 obrotowo-
impulsowych, 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 siÄ™
kamerÄ™ CCD zainstalowanÄ… pod sufitem hali oraz
naniesione znaki optyczne na górnej powierzchni wózka.
" Lokalizacja na podczerwień i ultradz
więkowa - pojazd
jest wyposażony w nadajnik światła podczerwonego lub
ultradz
więków i odbiornik sygnałów odbitych.
Autonomiczny robot mobilny określa swoje położenie
wzglądem stałych przeszkód, zapamiętanych w mapie
bitowej.
" Lokalizacja za pomocÄ… skanera laserowego  metoda
polega na  omiataniu" przestrzeni wokół pojazdu
promieniem laserowym w zakresie 180°lub 360°z
zadanÄ… rozdzielczoÅ›ciÄ…, np. 0,5°.
" Lokalizacja żyroskopowa - robot ma zainstalowany
żyroskop pokładowy, który umożliwia orientowanie się w
aktualnej pozycji podczas ruchu.
Generowanie trajektorii ruchu robota jest
najważniejszym zadaniem nawigacji wirtualnej.
W zależności od zakresu dostępnej informacji o
otoczeniu robota podczas planowania ruchu
metody planowania dzieli siÄ™ na:
 globalne
 lokalne
W metodach globalnych zakłada się
znajomość rozkładu wszystkich
przeszkód przed przystąpieniem do
planowania.
Do metod globalnych zaliczamy:
 propagacjÄ™ fali,
 diagramy Woronoia,
 graf widoczności.
Metody lokalne zapewniają głównie
bezkolizyjność ruchu z ewentualną
optymalizacją lokalnej jakości ruchu.
Do metod lokalnych zaliczamy metody:
 pól potencjałowych,
 elastycznej wstęgi.
Metoda propagacji fali
" W metodzie tej zakłada się, że robot mobilny porusza się na
płaszczyz
nie w dowolnym kierunku z jednakową łatwością, a
więc jest holonomiczny.
" Metoda polega na podziale dwuwymiarowej przestrzeni
konfiguracyjnej robota na elementarne komórki, zwykle
tworzÄ…ce jednorodnÄ… siatkÄ™. Planowanie odbywa siÄ™ przez
przypisanie każdej komórce znacznika oraz wagi.
" Zastosowanie metody propagacji fal jest ograniczone do
środowisk stacjonarnych i zamkniętych.
Metoda diagramu Woronoia
" Metoda diagramu Woronoia jest metodÄ… planowania skrajnie
bezpiecznych torów robotów mobilnych poruszających się na
płaszczyz
nie.
" 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.
Graf widoczności
" Tym sposobem planuje siÄ™ efektywnie optymalny tor ruchu
robota mobilnego na płaszczyz
nie, na której znajdują się
jedynie przeszkody w kształcie wieloboków wypukłych.
" Tworzony graf konfiguracji powstaje przez Å‚Ä…czenie
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.
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 przyciÄ…gajÄ….
" Metoda ma jeden podstawowy mankament -
problem z minimami lokalnymi.
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.
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 instalacjÄ…,
 pakietu oprogramowania,
 skanera laserowego,
 optycznego żyroskopu,
 systemu sensorów ultradz
więkowych.
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.