Воротников С.А. - Информационные устройства робототехнических систем, страница 75

При увеличении а сигмоид приближается по внешнему виду к функции единичного скачка с порогом х0 = О. Из выражения для сигмоида следует, что выходной сигнал нейрона изменяется в диапазоне от О до 1. Простейшей нейросетью является персептрон — сеть, нейроны которой имеют активационную функцию в виде единичного скачка (см. рис.

7.15, б). Количество нейронов в персептроне неограниченно. Более того, его структура может быз ь многослойной. При этом выходные сигналы предыдущего слоя являются входными сигналами следующего. Например, у однослойно- 7. С.'истнсиы ~иок~н)~львово л)йище го трехнейронного персепгрона на и входов поступают сигналы, которые передаются по его синапсам на три нейрона„образующие единственный слой нейросети, Следовательно, функцию преобразования каждого из трех нейронов можно представить в виде ) ) 0 л Рис. 7.15.

Нейронный алгоритм распознавания тактильного образца: а — структура искусственного нейрона; 6 — д — нримсры ак1теационнык функций; е — схема блока распознавания; 1 — нейрон; 2 — сииаис; 3 — аксаи Все весовые коэффициенты синапсов одного слоя нейронов можно свести в матрицу %~, в которой каждый элемент и'; задает вес )-го синапса ~'-го нейрона. Таким образом, происходящий в нейросети процесс может быть записан матричным уравнением вида где Х и У вЂ” соответственно входной и выходной сигнальные векторы; Р(У) †..

активационная функция, применяемая поэлемснтно к компонентам вектора Ъ' =. ХЪУ.. 360 7.6. Ореанизаиия управления робота и Представим реализацию алгоритма распознавания контактной ситуации на базе нейросети. Рассмотрим тот же пример. сопряжения цилиндрических объектов и также ограничимся тремя компонентами Е„., Р и М,. Тогда структура блока распознавания будет иметь вид многослойной нейросети, : представленной на рис.

7.15, е. (Заметим, чта этот слу гай содержит все . характерные признаки общей постановки задачи,) Здесь используются три признака распознаваемых классов (приращения компонент ЬГ„, . ЛР' и ЛМу) и пять классов контактных ситуаций («свободный ход», «движение по фаскс», «одноточечный контакт», «двухточечный контакт», «завершение цикла», пли «заклинивание»). Таким образом, нейросеть содержит три слоя: входной, состоящий из трех нейронов; выходной, содержащий иять нейронов, и промежуточиь1й. Количество нейронов промежугочпого слоя определяет скорость и надежность распознавания и может быть различным. После обучения нейросеть можег распознать контактную ситуацию, т.

е. определить класс, к которому принадлежит тактильный образ. 7.6. Организация управления роботом с силомоме~п ным очувствлением Как ужс отмечалось, характеристики ССО роботов нужно выбирать исходя из параметров конкретного робота и особенностей технологической операции. Так, для большинства кантакпых задач свойственно временное замыкание и размыкание кинематической цепи. В этом случае, как мы уже , упоминали, использование только позиционного или только силового ущивлсния недоста1очно. Традиционным подходом является настроение нескольких контуров регулирования.

Если система управления является позиционной (т. е. содержит контур с датчиками положения), то сигналами от СМД проводится модификация номинальной траектории или скорости. Схсма позиционно-силовой системы управления роботом приведена па рис. 7.16. Рис. 7.16. Струкгурная схема системы позиционно-силового управления Зб1 7. Системы тиктильного типа При проектировании систем позиционно-силового управления антропоморфными манипуляторами необходимо рассмотреть влияние жесткости С СМД на динамику системы. Управление приводами в режиме замыкания кипематической цени ~например, при сборочных операциях) происходит по сигналам СМД, причем на каждом шаге движения решается прямая кинематическая задача — по обобщенным координатам и определяется положение концевой точки манипулятора К, Если ССО построена в соответствии с концепцией «очувствленного» запястья, то возникает необходимость проведения вычислений в двух координатных системах: системе координат СМД ~здесь находится «центр измерений») и абсолютной системс координат робота Оху~, а также в обобщенных координатах и.

Запишем ЬК = ДЦо)ЬЦ, где ЬК, Ьс~ — векторы, компоненты которых представляют собой отклонения центра измерений СМД при его деформации, и соответствующие им изменения обобщенных координат. Матрица Якоби Я~сро) размером ~лхб) определена для конфигурации Оо манипулятора, где ив число его степеней подвижности. Приведем вектор сил. Р из центра измерений датчика к обобщенным координатам. Допустим, что точка приложения вектора Р приблизительно совпадает с центром измерений. Тогда в проекциях на оси степеней подвижности этот вектор будет определяться выражением ~ (Чо) =Л (Чо)Е Принимая для простоты расчета, что жесткость собственно манипулятора С,„» О, т. с.

уподобляя датчик эквиваленгному упругому шестикомпонентному элементу, получаем Ф Г 1Чо) = ~~(Чо)ЛЧ где С (цо) — матрица обобщенной жесткости СМД. Поскольку для эквивалентного упругого элемента справедливо равенство Г =СЛК,то и обобщенную жесткость СМД в точке по можно представить в виде ~,(чо) = Л'(чо%Лчо) Следовательно, обобщенная жесткость б,(ср) определяется не только жесткостью С СМД, по и конфигурацией исполнительного механизма Я ~цо) и изменяется в процессе его движения. Для обеспечения заданного качества управления необходимо учитывать, что система, устойчивая при одной конфигурации манипулятора, может потерять устойчивость при ее изменении..В частности, это характерно при работе манипулятора в большой зоне обслуживания, например для технологических операций, подобных абразивной зачистке.

362 7. 7. Тактильные датчики 7.7. Тактильные датчики 7.7.1. Общие сведения Тактильную чувствительность человека обычно рассматривают с трех позиций: как чувствительность к силовому воздействию, к деформации кожи при вибрационном возмущении и разрешающую способность. При этом чувствительность разных участков кожи может различаться весьма существенно 1табл. 7.7).

Таблица 7,7 Средние значении порога тактильной чувствительности и разрешающей способности иекоторьп участков тела П р и м е ч а и и я: 1. Порог чувствительности к деформации определяют возбуждением участка площадью 1 см частотой 200 Гц. 2. Для определения разрешающей способноости используют двухточечное возбуждение. Тактильные датчики в робототехнике реализуют бионическую функцию осязания и предназначены для распознавания объектов внешней среды при контактном взаимодействии.

Обычно их не включают в состав ССО робота, а рассматриваюг как самос.гоятельную группу информационных средств. Спектр возможного применения тактильных датчиков весьма широк — от задач обеспечения безопасности при работе со связанными объектами до распознавания деталей сложной формы. Применительно к промышленному производству эти устройства используют, например, в операциях слежения за траекторией при дуговой сварке, для извлечения деталей из контейнера и при адаптивном захвате хрупких объектов, при сборке электронных приборов 1включая вакуумные лампы), для обнаружения заеданий в резьбовых соединениях и др. В робототехнике тактильные датчики были первыми средствами очувствления. Еще в 1961 г.

Х. Эрнст оснастил ими «механическую руку» МН-1. В 70-е годы ХХ в. сотрудники фирмы 1ВМ П; Вилл и Д. Гроссман создали манипулятор для сборки пишущих машинок, гакже использующий тактильное очувствление. С тех пор тактильные датчики являются важным средством адаптации робо'гов, особенно при работе в недетерминированных средах. Как правило, ими оснащают манипулятор и его захватное устройство, а сигналы с датчиков корректируют алгоритм движения исполнительного ме- 363 7. Системы тактильножо типа ханизма. Необходимость включения тактильных датчиков в контур управления робота предъявляет к ним повьппе~птыс требования по надежности, быстродействию и точности.

Именно невысокая надежность и достаточно большое время обработки информации являются основными препятствиями к более широкому промьпплеиному использованию этих устройств. Поэтому в настоящее время тактильные датчики имеют в основном специальное примснение — в задачах дистанционного управления манипуляторами, в мобильных робототехнических средствах, в устройствах для переноски и складирования и т.

д. Системы тактильного очувствления робота решают следующие основные задачи; обнаружение контакта инструмента с объектом, определение координат и площади контактного пятна, измсрснис силы сжатия схвата, определение ориентации обьекта в схвате, обнаружение проскальзывания объекта относительно схвата и измерение смещения, распознавание объектов по их тактильному образу. Как следует из перечисленных задач, тактильные устройства в отличие от ССО реализуют либо простейшие функции (касание), либо более сложные (анализ массивов данных).

Это же относится и к устройству тактильных датчиков: в первом случае их строят с использованием простейших первичных преобразователей, во втором — на базе сложных информационных устройств, использующих алгоритмы распознавания тактильных образов. Структурно тактильная система, как и ССО, представляет собой совокупность аппаратно-программных модулей, однако в отличие от последней ее датчики нс локализованы в некоторой области, а распределены по всей поверхности манипулятора. Особенно густой сетью ЧЭ оснащается захватное устройство робота.