Робототехника.Фу, Ли, Гонсалес, страница 2

Н. Саридиса, Р. Б. Кэлли, Я. И, С, Лу, Н. К. Ло, В. Т. Снайдера, Д. Бржаковича, Е. Г. Бурдэ, М. Я. Чунга, В. Х. Ли, а также докторов О. Е. Вудса, С. Дугласа, А, К. Бьецци, С. Дэя, Ф. Кинга и Л.-В. Тзая. Неоспоримо также, что за последние пять лет, проведенные нами в университетской среде, студенты оказали влияние не только на наши мысли, но и на развитие вопросов, затронутых в этой книге. Нам бы хотелось отметить здесь тех студентов, которые работали вместе с нами в процессе выполнения своих выпускных и преддипломных исследований.

Это Д. А. Херрера, М. А. Абиди, Р. О. Иасон, Р. Сафа. бакш, А. П. Перец, К. Х. Хайден, Д. Р. Кэйт, К. А. Райнхарт, Н, Алвертос, Е. Р. Мейер, П. Р. Чанг, К. Л. Чен, С. Х. Хоу, Г. Х. Ли, Р. Джангклае, Хуарг и Д. Хуанг. Мы благодарим также г-жу Сюзен Мерел, г-жу Дэнис Смиддн, г-жу Мэри Берден, г-жу Фрзнси Бурдэ и г-жу Мэри Энн Прудер за печатание многочисленных вариантов рукописей. И наконец, мы выражаем нашу признательность Национальному фонду, министерству военно-воздушных сил, министерству военно-морского флота, министерству вооруженных сил, фирмам «Вестингхаус», «Мартин Мариэтта Аэроспейс», «Мартин Мариэтта Энеджн Системз», «1Онион Карбайд», «Локхид Миссайлз энд Спэйс Компани», Ок-Риджской национальной лаборатории и Университету центра по управлению н измерениям а Теннесси за финансирование наших исследований в области робототехники, искусственного зрения, искусственного интеллекта и смежных областях. К.

Фу, Р. Гонсалес, К. Ли Профессор Кинсан Фу скончался 29 апреля 1985 г. в Вашингтоне (округ Колумбия) от сердечного приступа вскоре после завершения работы над этой книгой. Это большая потеря для всех, кому посчастливилось знать этого человека и работать с ним на протяжении его продуктивной и выдающейся творческой деятельности, Р.

Гонсалес К Ли ОБ АВТОРАХ Кинсан Фу был профессором Университета Пэрдью, Он получил ученые степени бакалавра, магистра и доктора наук соответственно в Национальном университете Тайваня, университетах Торонто и Иллинойса, был всемирно известным специалистом в области распознавания образов, обработки изображений н искусственного интеллекта, внес существенный вклад как в фундаментальные, так и прикладные исследования. Написал четйре книги и более 400 статей по автоматическому распознаванию образов. Подготовил 75 докторов наук. Был избран членом Национальной инженерной академии в 1976 г., удостоен медалей Американского общества технического образования в 1981 г. и Международного общества по электронике и электротехнике в 1982 г. Был членом Международного общества по электронике и электротехнике, с 1971 г. — членом общества Гугенхейма, а также почетным членом обществ Сигма Кои, Эта Каппа Ню н Тау Бета Пи.

Основал и был первым президентом Международной ассоциации по распознаванию образов, был главным редактором журнала по распознаванию образов и машинному интеллекту. Профессор Фу умер от сердечного приступа 29 апреля 1985 г, в Вашингтоне. Рафаэль Гонсалес является профессором по вычислительной технике Университета Теннесси в Кноксвилле, а также основателем и президентом фирмы Персептикс Корпорейшн, которая специализируется в области обработки изображений, распознавания образов, технического зрения и машинного интеллекта. Степень бакалавра он получил в Университете Майами, а ученые степени магистра и доктора — в Университете Флорида в Гейнесвилле.

Всемирно известен в своей области, им или с его участием написано более 100 статей и 4 книги в области обра ботки изображений, распознавания образов и машинного зрения. Является консультантом многих промышленных фирм и правительственных учреждений.

Состоит во многих научных 11 обществах, в том числе в обществах Тау Бета Пи, Фн Каппа Фн, Эта Каппа Ну, Сигма Кси, а также в международном обществе по электронике и электротехнике. К. Ли является профессором Университета Пэрдью. Ученые степени бакалавра н магистра он получил в Вашингтонском государственном университете, а степень доктора наук в Университетах Пэрдью и Мичигана, Автор более 40 научных статей, докладов по робототехнике ~а многих конференциях.

В настоящее время специализируется в области робототехники, автоматизации и интегрированных производственных систем. Ведет интенсивную консультационную работу в области робототехники для автомобильных и аэрокосмических ф: рм. Рецензент-консультант с 1983 г. научных программ в области применения вычислительной техники Международного общества по электронике и электротехнике, технический издатель журнала по робототехнике и автоматизации, член технических комитетов различных конференций по робототехнике. Состоит в научных обществах Сигма Кси, Тау Бета Пи, Международном обществе по электронике и электротехнике, в Американской ассоциации по промышленным роботам.

Глава 1. ВВЕДЕНИЕ Одна машина может выполнять работу сотни обыкновенных людей, но никакая машина не заменит одного выдающегося человека, Элберт Хаббард 1.1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ Растущие потребности производства в выпуске качественной продукции обусловливают все более широкое применение в промышленности средств автоматизации, в основе которых лежит вычислительная техника. В настоящее время большинство автоматизированных работ на производстве осуществляется машинами, специально сконструированными для выполнения определенных функций в производственном процессе. Такие машины, как правило, дороги и не обладают гибкостью, т. е.

они могут быть испочьзованы только для конкретных, заранее определенных работ. В связи с этим все больший интерес проявляется к использованию роботов, способных выполнять различные производственные функции в обстановке гибкого производственного процесса при более низких материальных затратах. Слово робот происходит от чешского слова гоЬо1а, означающего работу. В словаре Вебстера робот определяется как автоматическое устройство, которое выполняет функции, обычно приписываемые человеку. В соответствии с этим определением моечные машины являются роботами. В Американском робототехническом институте применяют более точное определение промышленных роботов: перепрограммируемьи1 многофункциональный манипулятор, предназначенный для осуществления различных заранее заданных перемещений материалов, деталей, инструментов или специальных приспособлений с целью выполнения различных работ.

Итак, робот представляет собой перепрограммируемый универсальный манипулятор, снабженный внешними датчиками и способный выполнять различные сборочные работы. Это определение предполагает наличие у робота интеллекта, обусловленного заложенными в компьютер алгоритмами систем управления и очувствления. Промышленный робот представляет собой универсальный, оснагценный компьютером манипулятор, состоящий нз нескольких твердых звеньев, последовательно соединенных вращательными или поступательными сочленениями. Эта цепь одним 13 Кача плече сусла 3ращекие лнрп уса елее 44ноданае щение окледаас сладе (зуда/ Танга оус Крен удуд'/ 14 концом соединена с основанием манипулятора, другой ее конец свободен и снабжен инструментом, позволяющим воздействовать на объекты манипулирования или выполнять сборочные Врацение длокледолг сусладс Вращение а, ,торп са бтздау 4 Качание д плечедолг д дед'у пые~)рогсканое гддд') Рис 1.!.

Манипулятор Тз фирмы «1)инниннати Милакрона (о) в манипулятор Пума-560 1б). работы. Движение в сочленениях манипулятора вызывает относительное перемещение его звеньев. С точки зрения механики робот состоит из руки 1несущей конструкции) и узла запястья, оснащенного инструментом, Он может воздействовать на объекты, расположенные внутри его рабочего объема, Под рабочим объемом робота подразумевается область пространства, в каждую точку которой рука робота может доставить блок за- пястья, Обычно рука робота обладает тремя степенями свободы, Комбинацией перемещений по этим степеням свободы обеспечивается перенос узла запястья в заданную точку рабочего объема.

Узел запястья обычно обладает тремя вращательными степенями свободы. Комбинацией вращений в узле запястья обеспечивается необходимая для работы с объектом маннпу.пирования ориентация инструмента. Три угловых движения, реализуемые узлом запястья, часто называют танга- Рис. 1Д, Различные категории манипуляторов, жем, рысканьем и креном. Таким образом, рука шестиэвенного робота обеспечивает нужное положение инструмента, а узел запястья — его правильную ориентацию, Все сказанное иллюстрирует рис.

1.1, на котором изображены манипуляторы Т' фирмы кЦинцнннати Милакрон» и Пума фирмы <Юнимей1шн>. Промышленные роботы широко используются для выполнения таких функций в производственном процессе, как сборочномонтажные, сварочные, покрасочные, погрузочно-разгрузочные работы. Их используют для проведения космических и подводных исследований, для работы с вредными веществами и радиоактивными материалами. Все эти роботы относятся к одной из четырех основных категорий, различающихся по способу осуществления пространственных перемещений (рис.

1.2): 1Ь а Роботы с декартовой системой координат, имеющие три поступательных сочленения (например, робот КЗ-1 фирмы ИБМ и робот З!цта фирмы «Оливетти») (а). ° Роботы с цилиндрической системой координат, имеющие два поступательных и одно вращательное сочленение (например, робот Чегза1гап 600 фирмы «Прэб» (б). ° Роботы со сферической системой координат, имеющие одно поступательное и два вращательных сочленения (например, робот ()и!ша!е-200В фирмы «Юннмейшн>) (в). Ф Роботы с вращательной, или шарнирной, системой координат, имеющие три вращательных сочленения (например, робот Т» фирмы «Цинциннати Мнлакрон» и робот Пума фирмы «Юнимейшн») (з). Большинство современных промышленных роботов, несмотря на то что управление ими осуществляется с помощью микрон мини-ЭВМ, представляют собой по сути простые позиционные механизмы.

Их функционирование сводится к воспроизведению заранее запрограммированной последовательности движений. Кроме того, этн роботы не оборудованы или оборудованы в недостаточной степени внешними датчиками, поставляющими информацию о рабочей обстановке. В результате роботы применяются в основном для выполнения простых, многократно повторяющихся операций.