Архитектура тренажерной системы подготовки операторов радиационно стойких манипуляторов

Abstract

Описана концепция построения, структура и практическая реализация тренажерной системы для подготовки операторов радиационно стойких дистанционно управляемых роботизированных электромеханических манипуляторов, устанавливаемых в герметичных камерах. В настоящее время на предприятиях атомной отрасли широко применяются механические и электромеханические манипуляторы копирующего типа. Современные подходы к построению систем управления и человеко-машинных интерфейсов позволяют уйти от способа прямого копирования кинематических конфигураций задающего и исполнительного органов и реализовывать как автоматизированные, так и автоматические режимы управления. Ключевой особенностью является присутствие человека в контуре управления, что обусловливается большим разнообразием и сложностью выполняемых операций и в ряде случаев недетерминированностью самой рабочей среды. В связи с этим вне зависимости от типа применяемых органов управления необходимо формирование устойчивых навыков выполнения операций, в том числе с использованием систем обучения и тренажерных систем. Задачами тренажерных систем для оборудования подобного типа являются: теоретическая подготовка операторов, поэтапная подготовка операторов к выполнению практических функций управления манипуляторами, реализация периодического контроля квалификации оператора, выполнение функций мониторинга управляющих воздействий на всех этапах выполнения технологических операций, регистрация и анализ предаварийных и аварийных состояний как манипулятора, так и его системы управления. Использование в составе системы дополнительной рабочей станции инструктора позволяет строить процесс подготовки в режиме непосредственного взаимодействия и совместного управления «оператор - инструктор». В работе приведены архитектура программной части тренажерной системы, интерфейсы взаимодействия с системой управления, структура базы данных регистрируемой информации. Nowadays Industrial robots of different kinematic structures and functionality are widely used nowadays in different areas of industry and most of them function autonomously with preprogrammed set of actions or typical trajectories. Some special purposes mobile and stationary robots are human-controlled and in most cases require qualified operator skills. For example, in nuclear industry the mechanical and electro-mechanical “master arm - slave arm” manipulators are widely used. Modern approaches of control systems and human machine interfaces designs allow to eliminate direct copy of kinematic configuration of manipulator arms, add semi-automatic and automated control modes. Key feature of such manipulator systems is a presence of human in control loop, by reason of variety and complexity of manipulations and, in some cases, non-deterministic environment. Due to these factors, it is very desirable to form operator sustainable skills to control such manipulators, including learning process using training systems. This article describes general approaches and practical aspects of the operator training and qualification system for arm-based special purpose manipulators. The set of training system functions include: general manipulator control (basic motion) and grasping actions, manipulator operations in restricted working areas, operator actions using virtual reality helms and multi-monitor visualization, etc. The hardware and software architecture of training system should allow effective training process and teamwork of trainee and instructor to reach good results. The paper proposes ROS-based software part of training system with description of inter-process communication messages, data formats, integration with database and following analysis of trainee action.