các phần trên đã trình bày về hệ thống cơ khí (xương cốt) và hệ thần kinh ngoại vi. Muốn điều khiển được robot cần một hệ thống thần kinh trung
ương, tức là bộ não. Đó là hệ thống điều khiển.
1. Kiến trúc chức năng.
Hệ thống điều khiển robot cần có các khả năng sau:
- Điều khiển chuyển động của các cơ cấu cơ khí (manipulation ability) - Thu nhận thông tin về trạng thái của hệ thống và về môi trườn công tác
(sensory ability)
- Phân tích thông tin và phản ứng trước điều kiện thực tế trong phạm vi xác định (inteligent behavior ability)
- Lưu trữ, xử lý và cung cấp thông tin về hệ thống (data processing ability)
Muốn vậy, bộ điều khiển cần có các khối (modul) cơ bản:
- Modul cảm biến thu nhận, biến đổi, hiệu chỉnh, tổng hợp thông tin về
trạng thái của hệ thống và về môi trường.
- Modul tổng hợp, thiết lập mô hình tổng hợp về hệ thống và môi trường trên cơ sở thông tin do modul cảm biến cung cấp.
- Modul ra quyết định, đưa ra phương thích hành động. Từ chiến lược hành động, lập kế hoạch, điều khiển hoạt động của cơ cấu để thực hiện nhiệm vụ theo tình huống cụ thể.
Các modul trên tự động liên kết với nhau theo nhiệm vụ, được quy đinh trong chương trình và có tính dến khả năng thích ứng của hệ thống trong tình huống cụ thể. Tuy vậy vẫn cần có giao diện với người vận hành để khi cần con người có thể kiểm tra, giám sát, can thiệp vào hệ thống.
Tính đến cường độ trao đổi thông tin giữa các modul với nhau và giữa hệ thống với người vận hành cần có bộ nhớ chung dể lưư trữ các thông tin ban đầu và thông tin cập nhật của hệ thống và môi trường.
Cấu trúc chức năng trên được phân cấp theo thứ bậc. Cấu trúc bậc thấp liên quan đến các dịch chuyển vật lý . Cấu trúc bậc cao gắn với chức năng phân tích logic. Các bậc liên hệ với nhau thông qua dòng dữ liệu. Sơđồ
trên hình 4-2 cho phép nhìn nhận tổng quan về cấu trúc, chức năng và cấu trúc thứ bậc của hệđiều khiển robot.
Tuỳ theo yêu cầu đối với hoạt động của robot, các chức năng được phân cấp với mức dộ khác nhau. Nói chung, có thể phân thành 4 cấp chính: - Cấp nhiệm vụ (task level) giải quyết các vấn đề chung vê nhiêmj vụ. So
sánh yêu cầu đặt ra với khả năng chấp nhận của hệ thống, tình trạng hiện tại của hệ thống và môi trường...
- Cấp chiến lược (action level) giải quyết phương thức hành động chung, ví dụ hệ toạđộ, vị trí của phần công tác, các điểm phải đi qua mà nội suy sẽ sử dụng.
- Cấp kế hoạch (primitive level) thiết lập quỹđạo, tính toán vận động học và vận động học ngược, phân tích tình trạng hệ chấp hành... - Cấp thừa hành (servo level), liên quan đến các hoạt động cụ thể như
giải mã lệnh, nội suy, xử lý lỗi, giao diện với cơ cấu chấp hành.
XỬ LÝ TÍN HIỆU TỪ MÔ HÌNH CHIẾN LƯỢC TỪ SENSOR TRI THỨC RA QUYẾT ĐỊNH TỪ SENSOR TRI THỨC RA QUYẾT ĐỊNH CẤP NHIỆM VỤ CẤP TÁC ĐỘNG CẤP ĐỐI TƯỢNG CẤP SERVO SENSORS ACTUATOS
Hình 4 - 2: Cấu chúc chức năng và thứ bậc của hệ điều khiển robot
S M D S M D S S M D D M B Ộ NH Ớ TOÀN C Ụ C B Ộ NH Ớ TOÀN C Ụ C
Sơđồ trong hình 4-2 cho phép hình dung chi tiết về sự phân cấp điềi khiển. Trên thực tế, không phải hệ điều khiển robot nào cũng có đầy đủ nhiệm vụ. Ngược lại, một số loại robot, như robot dùng trong vũ trụ, trong quân sự, trong y học... có nhiều cấp điều khiển hơn.
TÁC ĐỘNG HỆ TOẠĐỘ KHÔNG GIAN KHỚP VÙNG CÔNG TÁC TRẠNG THÁI QUỸĐẠO INQUIRY CÁC HÀM NỘI SUY CÁC HÀM ĐIỀU KHIỂN PRIMITIVE DỮ LIỆU KHÔNG GIAN KHỚP VÙNG CÔNG TÁC GIẢI MÃ LỆNH TẠO QUỸĐẠO ĐỘNG HỌC NGƯỢC PHÂN TÍCH TRẠNG THÁI XỬ LÝ SỰ CỐ ĐỘNG HỌC ĐỘNG HỌC NGƯỢC ĐỘNG LỰC HỌC ĐỐI TƯỢNG HÌNH HỌC TRẠNG THÁI TƯƠNG TÁC D M S
INQUIRY CÁC HÀM NỘI SUY SUY SERVO DỮ LIỆU SENSOR LỆNH RA CƠ CẤU LỰC CHẤP HÀNH CAMERA TRANSDUCERTRANSDUCER VẬN TỐC VỊ TRÍ
4 - 3: Phân cấp điều khiển robot
2.Bộ điều khiển.
a.Bộ xử lý trung tâm
Trung tâm của bộ điều khiển là CPU chịu trách nhiệm quản lý thông tin về bộ nhớ , quản lý xuất nhập , xử lý thông tin tính toán, điều khiển và đưa ra các tín hiệu điều khiển.
Robot trở nên phổ biến từ khi các máy tính - bit như loại Apple 2E trở
nên thông dụng. Nhược điểm cơ bản của bộ điều khiển này là tốc độ xử lý chậm, dung lượng bộ nhớ thấp điều này làm hạn chế khả năng lập trình cũng như hạn chế số vị trí trong vùng không gian làm việc của robot
Robot hiện nay đựoc trang bị bộ xử lý 16-bit có kèm theo bộ đồng xử
lý để phục vụ cho việc tính toán được sử dụng nhiều nhất là các bộ xử lý họ
Intel 8086 và 8088. Điều này khắc phục các hạn chế của máy tính 8- bit Các bộ vi xử lý 42 -bit là bộ não cho các bộ điều khiển của thế hệ
robot hiện đại nhờ ở khả năng tăng tốc độ xử lý và dung lượng của bộ nhớ. Máy tính 42 – bit cho phép ghi nhớ được một số lượng lớn các vỉ trí, điều này cần thiêt cho các robot điều khiển theo đường dẫn liên tục
ĐỘNG HỌC JACIBIAN JACIBIAN ĐỘNG LỰC HỌC NGƯỢC XỬ LÝ TÍN HIỆU TRẠNG THÁI CỦA TAY MÁY TRẠNG THÁI TƯƠNG TÁC VỚI MÔI TRƯỜNG GIẢI MÃ LỆNH MICROINTERPOLATION XỬ LÝ LỖI LUẬT ĐIỀU KHIỂN GIAO DIỆN SERVOMOTOR S M D
b.Bộ nhớ
Bộ nhớ dùng để lưu giữ chương trình và những fhông tin phản hồi từ
môi trường thao tác
Cac bộ nhớ Rom đựoc cung cấp cho các robot chiếm giữ 1 phần bộ
nhớ, các chương trình xuất / nhập cơ bản nằm trong bộ nhớ Rom. Các
chương trình này cho phép máy tính nhận và chuyển thông tin với các mạch giao tiếp cảm biến, mạch giao tiếp của các cư cấu tác động, mạch truyền thông nối tiếp.
Rom cũng chứa các chương trình điều khiển servo, sử dụng tín hiệu phản hồi từ các cảm biến để tính toán và xác định sai lệch giữa vị trí (vận tốc, gia tốc, momen) hiện tại với vị trí yêu cầu.
Hầu hết các bộ điều khiển robot có kèm theo các chương trình trong bộ
nhớ Rom cho phép quản lý được toàn bộ chuyển động của robot Rom phải chứa các chương trình khởi động hệ thống. Hệ thống khởi động cho phép người sử dụng đưa ra các lệnh như run, learn, edit...
Cuối cùng Rom còn kèm theo chương trình ứng dụng đểđáp ứng việc hướng dẫn cho người viết chương trình.
Bộ nhớ Rom có công dụng lưu chương trình của người sử dụng. Sử
dụng trong chế độ huấn luyện, lưu trữ giá trị các biến hiện hành các thông số
cài đặt và các dữ liệu làm việc được yêu cầu bởi chương trình bộ nhớ Rom.
c.Bộ xuất / nhập
Bộ xuất nhập dùng đểđưa chương trình vào bộ xử lý và kiểm tra theo dõi hoạt động trong quá trình thao tác. Cấu hình của bộ xuất / nhập bao gồm bàn phím, màn kính, các bo mạch được bố trí các cổng giao tiếp xuất / nhập dạng nối tiếp và song song Cổng máy in/ cổng song song Bộ nhớ EPROM ổđĩa mêm Truyền thông mạng Truyền thông với PLC và robot khác