Василенко Н.В., Никитин К.Д., Пономарёв В.П., Смолин А.Ю. - Основы робототехники (1071028), страница 78
Текст из файла (страница 78)
датчик помещается во внешний изолированный корпус 5, а электрический ток к преобразователю и от него подается по кабелю б. Такая конструкция датчика отличается компактностью и позволяет получать узкий акустический поток в виде мощного направленного сигнала. Такие ультразвуковые локаторы применяются для очувствления захватных устройств роботов, удобно размещаясь между губками . 4 Х й Ультлаэвунсвсо совмещенный 3 2 1 датчик оэлученил-лсое ла Акустический метод локации позволяет достаточно простыми средствами обеспечивать следующие параметры измерений: расстояние или линейное перемещение — в воздухе от 2 до 2000 мм, в водв - от О,б до 10000 мм с погреьоностью до 2%; скорость перемещения в воздухе - от 2 мм/с, в воде - от 10 мм/с с погрешностью до 2%; вибрация в воздухе- от 2 мм/с, в воде- от 10мм/с.
Локационные сенсорные устройства в сочетании с тактильными и силомоментными системами очувствления позволяют создавать адаптивные захватные устройства роботов (см. рис. 6.26), обеспечивающие автоматизацию сложных технологических операций (например сборочных), которые обычными методшии автоматизировать невозможно либо экономически нецелесообразно. Системы технического зрения Системами технического зрения (СТЗ) называют сенсорные устройства, обеспечивающие получение ь)зображений рабочих сцен и объектов, их преобразование, обработку и интерпретацию с помощью ЗВМ, а также передачу результатов управляющему устройству робота Среди различных систем очувствления роботов СТЗ обладают наибольшей информативной емкостью, обеспечивая понекоторым оценкам от 60 до 90 % всей необходимой для успешного функционирования робота информации.
Техническое, или машинное, зрение реализует сложный процесс выделения, идентификации и преобразования видеоинформации, е жит шесть основных этапов: 1) получение (восприятие) ен ия; 4 опи- инфорь;ации; 2) предварительная обработка; 3) сегментация; ) опи- сание; 5) распознавание и 6) интерпретация, После восприятия информации в виде визуального изображения производится ее предварительная обработка для снижения посторонних помех, улучшения изображений отдельных элементов объекта или сцены, а затем она подвергается сегментации, заключающейся в и или элементы для подразделении сцены на составляюцуле част выделения на изображении интересующих обьектов.
Последующее описание массива информации представляет собой определение ха актерных параметров, необходимых для выделения требуемых х р объектов или элементов сцены и дальнейшего и р посредством идентификации в соответствии с программньни набором ин о ации. И, наконец, посредством интерпретации окончательно информации., а устанавливается принадлежность "рассматрива емого" обьекта к ппе распознаваемых, установление его зрительного образа тру п Визуальная информация в системах технического зр ри и еобразуется в электрические сигналы с помощью опто- 3, кото ые элект онных преобразователей, или видеодатчиков СТ, которые электрон 1х являются первичными преобразователями из уч р л ения в элект ические сигналы и состоят из ри м пр емной оптической камеры, чувствительного элемента, устройств сканирования, считывания и усиления.
Об аботка информации в СТЗ производится иерархически, для ра н женил помех и е варительно на первом уровне с целью с и (фильтрации) и улучшения изображениИ используютс и д л я ви ео- процессоры, которые строятся на быстродействующих логи~вских элементах или микропроцессорах. Как прави о, в л качестве основной характеристики плоского изображения используется его контур. Ви еопроцессор по отфильтрованноИ информации от видеодатчика определяет координаты точек контура и вводит э у ф р ид второй уровень, формирующий управляющую информацию для робота и реализуемый, как правило, на базе ЭВМ, входящей в состав СТЗ.
П исое инение видеодатчиков к основной аппаратуре СТЗ осуествляется с помощью специальных кабелей, оз о щи р, и вляю х пее- авать информацию с малыми потерями и большой частотой сигналов; давать ин о м ци в последние годы для передачи информации стали прим и и именять также световолоконную оптику. Чувствительные элементы видеодатчиков могут быть точечными, одномерными и двумерными. В первом случае ч вствительный элемент воспринимает нэпу~ение от малой части чувствительны э м объекта, а для полу~ения полного изображения требует с р я ется скани ование по плоскости изображения.
При этом изображение получается в виде растра. Более сложные одномерные чувствительные элементы соот- ветствуют линейке точечных элементов, для получения изображения в этом случае необходимо одномерное сканирование, т.е. перемещение элемента относительно объекта в направлении, перпендикулярном к его линейному размеру, либо аналогичное перемещение объекта Двумерные чувствительные элементы заменяют матрицу точечных элементов, расположенных с определенной дискретностью, и не требуют сканирования. На чувствительный элемент изображение проецируется с помощью оптической системы, которая определяет размеры охватываемого видеодатчиком поля изображения рабочей зоны.
Она представляет собой линзовый объектив с возможностью диафрагмирования с Мелью регулирования интенсивности светового потока и фокусировки для обеспечения четкости изображения при изменении расстояния до объекта В качестве видеодатчиков используются различные оптикоэлектронные устройства Преимущественное применение в СТЗ нашли телевизионные камеры на основе вакуумной трубки типа видикон и различные твердотельные преобразователи. Телевизионная трубка - видикон — является электронно-лучевым преобразователем с накоплением заряда и преобраз ванием световой энергии в электрические сигналы с помощью зов и на внутреннего фотоэффекта Изображение в видиконе проецируется а плоскую мишень из полупроводникового материала Отклоняющий контур обеспечивает сканирование электронного луча по внутренней поверхности мишени для считывания изображений.
Это самый дешевый и наиболее широко применяемый в телевизионных камерах преобразователь света в электрический сигнал. Твердотельные чувствительные элементы как приборы с зарядовой связью (ПЗС) представляют собой полупроводниковые преобразователи света в электрический сигнал в виде кремниевой пластинки (размером около ВхВ мм), светочувствительную поверхность которой образует сетка-матрица выращенных методами интегральной технологии сложных микроэлектронных элвментов, способных воспринимать проецируемое на них изображение. Такие преобразователи обладают рядом преимуществ перед видиконамивысокой линейностью, меньшими размерами и массой, высокой надежностью и договечностью, малой энергоемкостью, однако их азрешающая способность пока еще ниже, чем у телевизионных трубок разр ша Восприятие и предварительная обработка информации вид ое датчиками являются основой процессов технического зрения, однако, с точки зрения своей сложности, не требующей элементов искусственного интеллекта, представляют собой низший уровень СТЗ.
Послеующие анализ, описание, распознавание объектов, требующие дую и использования современных ЭВМ и сложного программно-алгор т- имического обеспечения, относятся к среднему уровню. Высший уровень систем технического зрения требует для своей реализации искусственного интеллекта И если алгоритмы, используемые на нижнем и с еднем уровнях СТЗ, разработаны достаточно хорошо, теоретический Р 390 Ъ О в с > т о -яь о в ч.
Ф ш о и х Ю Ю Ф о ь ш и прикладной потенциал для реализации процессов высшего уровня СТЗ пока еще недостаточен. Это обсуловило практическое использование в промышленных роботах систем технического зрения первого поколения, работающих с плоскими изображениями и простейшими по форме объектами, и применяемых на операциях распознавания и сортировки деталей, укладки их в тару, измерения координат объектов, проверки соответствия размеров деталей чертежу и т.п. Так, на рис. 8.20 показана система технического зрения на участке сортировки и укладки изделий на технологическую палату.
Рабочая зона с деталями 1, освещенная с помощью ламп 2, находится под наблюдением подвижной телекамеры 3, передающей по кабелю 4 видеоинформацию в основной блок 5 СТЗ, откуда переработанная информация поступает в управляющее устройство 5 промышленного робота 7, обеспечивающего сортировку и упорядоченную укладку деталей на технологическую палету 8 в соответствии с программным обеспечением и информацией от СТЗ. Для использования в адаптивных и интеллектуальных роботах ведутся исследования по созданию СТЗ второго и третьего поколений, способных работать с трехмерными полутоновыми изображениями и сложными объектами при повышенных требованиях к точности измерений, вероятности распознавания обьектов и быстроте обработки информации. Научнотехнический поиск исследователей и конструкторов направлен на совершенствование технических средств и програМмно-алгоритмического обеспечения, создание специализиро.- ванных ЭВМ, а также разработку принципиально новых систем технического зрения.
И хотя современные СТЗ сложны и дорого стоят, их применение в робототехнике постоянно расширяется. В настоящее время у нас в стране и за рубежом ведется интенсивный научный и конструкторский поиск по созданию различных чувствительных устройств внешней информации роботов.
В лабораторных условиях созданы и проходят отработку сложные сенсорные устройства, позволяющие воспринимать целые "образы" и "сцены", что даст возможность осуществить целенаправленные автономные действия робота в недетерминированном трехмерном пространстве рабочей среды. Л иге р а ту ра [2, 5, 14, 23, 30, 33, 34, 35, 40, 41, 46, 48, 49, 56, 62, 66, 68, 70, 73, 74, 75, 76, 78, 79, 80, 81, 84, 85, 86, 91, 93]. Контрольные вопросы для самопроверки 1. Для чего предназначена и какова структура информационноуправляющей системы робота? 2. Каковы общие принципы построения информационно-управляющих систем? 3. Каково структурно-функциональное построение иерархического адаптивного управляющего устройства ? 4, Какова роль языков программирования, и какие их уровни используются в управлении роботами ? 5. В чем сущность роботоориентированного и проблемно ориентированного подходоа при программировании.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
