Программное обеспечение систем управления адаптивных роботов

Атанов С.К., к.т.н., КазАТУ им. С.Сейфуллина, г. Астана

Илипов М.М. – ст. преподаватель кафедры вычсислительная техника ЕНУ им.Л.Гумилева
Введение
Адаптация (аккомодация) является основной реакцией жи­вого организма, обеспечивающей ему возможность выжива­ния. Она означает приспособление организма к изменяющимся внешним и внутренним условиям[1]. Реализация этого принципа в техни­ческих системах, а именно в робототехнике, по-види­мому, имеет много достоинств, а иногда и просто необходима

Этапы разработки программного обеспечения систем адаптивных управления роботов
Функции программного обеспечения адаптивного робота состоят в обслуживании внешних по отношению к системе управления объектов[2]: человека-оператора, приводов робота, информационной системы, технологического оборудования и вычислительного устройства верхнего уровня управления (рис.1).

Рис.1. Структура программного обеспечения адаптивного робота.

Система управления взаимодействует с человеком-оператором в режиме активного диалога, в процессе которого человек выполняет следующие действия:

• 
  формирует рабочую программу, которая может быть представлена в виде набора данных, описывающих точки позиционирования захватного устройства робота и управляющие сигналы на технологическое оборудование, или в виде набора инструкций на проблемно-ориентированном языке;
  
• 
  редактирует рабочую программу с помощью программы-редактора данных или редактора текста, поскольку, как было сказано выше, программа может представлять собой либо данные, либо инструкции;
  
• 
  создает объектный и загрузочный модули рабочей программы, обеспечивает удаление старых файлов, включение новых, переименование и хранение программ в библиотеке;
  
• 
  отлаживает рабочую программу, т.е. при поддержке программного обеспечения осуществляет ее пошаговое исполнение, анализирует результаты отладки и при удовлетворительном качестве программы дает команду на ее исполнение;
  
• 
  реализует функции контроля исправности оборудования, в частности, проверяет каналы связи с технологическим оборудованием, калибрует измерительные системы робота и выполняет другие операции диагностирования.
  

• 
  подробный анализ задания; разбиение его на подзадачи и элементарные действия;
  
• 
  планирование движения инструмента или захватного устройства для реализации этих действий;
  
• 
  определение последовательности точек позиционирования, обход которых позволит воспроизвести желаемую траекторию
  
• 
  преобразование координат точек позиционирования инструмента в требуемые положения сочленений манипулятора и формирование команд управления приводами.
  

Конечно, существуют гибкие производственные модули с адаптивными роботами, работающие полностью автономно. Однако в этом случае на плечи системы управления робота и ее программного обеспечения ложатся функции координации действий всех компонент ГПМ. Кроме того, при появлении каких-либо неполадок или сбоев в работе невозможно послать запрос о помощи вышестоящей системе управления.

С другой стороны, если существует канал связи адаптивного робота с ЭВМ верхнего уровня и процесс обмена поддерживается с двух сторон программным обеспечением, появляется уникальная возможность создания иерархии уровней управления с четким разделением задач каждого и сопутствующей унификацией программного обеспечения и языков программирования каждого.

В этом случае ЭВМ, управляющая гибким производственным модулем, который, как правило, является верхним уровнем по отношению к роботу, берет на себя координацию действий оборудования ГПМ, устранение возможности аварийных ситуаций, например столкновения манипулятора с подвижными участками других устройств или столкновения двух манипуляторов, оперирующих в одной зоне, диагностирование оборудования ГПМ и ряд других функций, осуществляемых программным обеспечением адаптивного робота при автономной работе ГПМ под его управлением[3].

При обслуживании информационных систем функции программного обеспечения адаптивного робота зависят уже от уровня интеллекта его сенсоров. Если обработка информации о внешней среде осуществляется самой сенсорной системой, то программное обеспечение робота должно организовать лишь прием данных. В противном случае в его функции включается также обработка и выделение информации, пригодной для целей управления, а также определение адресата из числа программных модулей, ответственных за управление, которому эта сенсорная информация предназначена.

Кроме перечисленных функций программное обеспечение должно решать общесистемные задачи по обработке сигналов прерываний, по управлению вводом-выводом информации, распределению вычислительных ресурсов и т.д.

Оценивая изложенные выше основные функции программного обеспечения адаптивного робота, можно заметить их сходство с функциями универсальных операционных систем реального времени. Действительно, если сравнивать основные компоненты универсальных операционных систем и систем программирования адаптивных роботов, то прослеживается их аналогия.

Система программирования адаптивного робота:

рабочее задание;

проблемно-ориентированный язык программирования робота;

обслуживание внешних устройств;

обеспечение обмена с верхним уровнем управления.
Операционная система реального времени:
команды монитора;

файловая система;

языки программирования;

управление вводом-выводом;

поддержка сетевого обмена.