Материал: 1697

го направления вектора скорости центра масс системы, однако подобные ме-

тодики оказываются эффективными только на достаточно высоких скоро-

стях. Наибольший интерес для современной робототехники представляет разработка комбинированных методик поддержания устойчивости, сочетаю-

щих расчет кинематических характеристик системы с высокоэффективными методами вероятностного и эвристического анализа.

1.3 Манипуляционные автоматизированные системы

Манипуляционный робот это автоматическая машина, состоящая из исполнительного устройства в виде манипулятора, имеющего несколько сте-

пеней подвижности, и устройства программного управления, которое служит для двигательных и управляющих функций. Основное распространение такие роботы получили в приборостроительной и машиностроительной отрасли. На рисунке 3 изображен промышленный манипулятор.

Рисунок 3 – Промышленный манипулятор IRB

Применяемый в качестве исполнительного устройства манипулятор является механизмом для управления пространственным положением ору-

дий, объектов труда и конструкционных узлов и элементов. Основная часть манипулятора состоит из механизмов со многими степенями свободы. Делят-

ся на управляемые и автоматические. Развитие манипуляторов привело к со-

зданию промышленных роботов. При их создании необходимо решение та-

ких задач, как создание манёвренности, устойчивости в работе, выбор пра-

вильного соотношения полезных и холостых ходов.

Различают следующие виды манипуляторов:

Манипулятор (в горном деле) основной механизм буровой ка-

ретки, предназначенный для перемещения в призабойном пространстве авто-

податчика с перфоратором (бурильной машиной).

Манипулятор (в металлургии) машина для выполнения вспомо-

гательных операций, связанных с изменением положения заготовки при об-

работке металлов давлением. Различаются прокатный и ковочный манипуля-

тор. В кузнечных и прокатных цехах используются подвесные и напольные

манипуляторы, которые являются разновидностью кантователей (механиз-

мов для переворачивания (кантовки) изделий).

Манипулятор (в ядерной технике) приспособление для работы с радиоактивными веществами, исключающее непосредственный контакт че-

ловека с этими веществами.

Манипуляторами оснащаются гидростаты для ведения океано-

графических и других работ на глубинах.

Платформа Гью-Стюарта разновидность параллельного манипу-

лятора, в которой используется октаэдральная компоновка стоек. Имеет шесть степеней свободы. Применяется в станкостроении, подводных иссле-

дованиях, авиационных спасательных операциях на море, летательных тре-

нажёрах, позиционировании спутниковых антенн, в телескопах и в ортопеди-

ческой хирургии.

Кран-манипулятор - мобильная грузоподъёмная машина, вклю-

чающая грузоподъёмный кран стрелового типа, смонтированный на автомо-

бильном шасси и служащий для его загрузки и разгрузки.

Для осуществления движения роботу требуется управление. Под эти понимается решение комплекса задач, связанных с адаптацией робота к кру-

гу решаемых им задач, программированием движений, синтезом системы

управления и её программного обеспечения.

По типу управления робототехнические системы подразделяются на:

а) Биотехнические:

1)командные (кнопочное и рычажное управление отдельными звеньями робота);

2)копирующие (повтор движения человека, возможна реализация обрат-

ной связи, передающей прилагаемое усилие, экзоскелеты);

3) полуавтоматические (управление одним командным органом, напри-

мер, рукояткой всей кинематической схемой робота);

б) Автоматические:

1) программные (функционируют по заранее заданной программе, в ос-

новном предназначены для решения однообразных задач в неизменных условиях окружения);

2)адаптивные (решают типовые задачи, но адаптируются под условия функционирования);

3)интеллектуальные (наиболее развитые автоматические системы);

в) Интерактивные:

1) автоматизированные (возможно чередование автоматических и био-

технических режимов);

2) супервизорные (автоматические системы, в которых человек выполня-

ет только целеуказательные функции);

3) диалоговые (робот участвует в диалоге с человеком по выбору страте-

гии поведения, при этом, как правило, робот оснащается экспертной систе-

мой, способной прогнозировать результаты манипуляций и дающей советы по выбору цели).

В развитии методов управления роботами огромное значение имеют достижения технической кибернетики и теории автоматического управления.

1.4 Использование роботизированных систем

Кроме промышленного использования, манипуляторы применяются и в химических отраслях. Существуют решения способные дозировать различ-

ные вещества, в основном использую системы без использования манипуля-

тора, построенные на принципе работы 3D принтеров. На рисунке4 изобра-

жена автоматическая дозирующая станция .

Рисунок 4 – Автоматическая дозирующая станция FitX

Подобные решения используются для непосредственного переливания исключительно жидких соединений посредством перемещения по всем осям координат для достижения конечного положения. Таким образом, подобные системы имею ограниченные функции и неспособны работать с летучими и ядовитыми веществами. Также имеют узкую специализацию.

Также имеются автоматизированные системы с использованием антро-

поморфных роботов. Данное решение более гибкое, но способно работать с ограниченным количеством реагентов, а также не имеет возможность расши-

рить свой функционал путем подключения дополнительных модулей. При использовании подобного решения запрещается работать с ядовитыми веще-

ствами в связи с особенностью конструкций.

В настоящее время данное направление слабо развито, и имеющихся решений мало, поэтому требуется разработать систему, удовлетворяющую необходимым требованиям. Главными условиями является работа с летучи-

ми и ядовитыми веществами, доступность, простота использование, создание безопасных условий труда для человека.

На данный момент имеется возможность разработать проект, который будет удовлетворять описанным требованиям. Используя микроконтроллер и элементы в свободном доступе, возможно создания химического манипуля-

тора, который будет выполнять однотипные действия, исключая человече-

ский фактор. Благодаря такому решению возможно будет повысить произво-

дительность химических лабораторий и смежных отраслей Одна из проблем, с которой сталкиваются инженеры во время проекти-

рования подобных проектов это прочность конструкции. Особенность состо-

ит в том, что имеющиеся манипулятор делятся на две категории. Это про-

мышленные громоздкие манипулятор, которые имеют большую стоимость и простые хобби манипуляторы, которые имеют малые размеры, но достаточно не точные для выполнения различных операций.

Для обеспечения точности использую пневматические системы, кото-

рые используются в основном на промышленных установках, но на данный момент есть возможность заменить пневматические элементы на электро-

двигатели с позиционирование, что позволяет создать малогабаритную си-

стему с достаточной точностью.

В будущем предполагается использовать различные датчики и камеры что позволит расширить функционал устройства и обеспечить корректировку при ошибках. На данный момент системы не имеют подобного решения и при неверной установки элементов, операция смешивания жидкостей будет невозможна. В дальнейшем предполагается расширение имевшихся возмож-

ностей путем использования камер и датчиков что позволит автоматизиро-

ванной системе ориентироваться в пространстве.

Также одно из перспективных развитий – это использование в других лабораториях. Частным примером является медицинских лаборатории, кото-

рые проводят анализ веществ. С использованием автоматизированной систе-

мы можно будет исключить человеческий фактор, увеличить точность иссле-