Ответы к ГосЭкзамену 220402 (Информатика) (1088974), страница 28

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 28)

Пересечение светового потока с объектами в рабочем пространстве фиксируетсятелевизионной камерой, помещенной на расстоянии В от источника света. Такая ситуация легко анализируется компьютером при определении расстояния. Например, отклонение пучков света указывает на изменение поверхности, а разрыв соответствует промежутку между поверхностями.Измерение расстояния по времени прохождения сигналаРассмотрим три метода измерения расстояния, основанные на определении времени прохождения сигнала между объектом и приемником.

Два из них – лазерные, один – ультразвуковой.Первый метод – измеряется время, в течение которого посланный вдоль оси световой импульс возвращается вдоль той же оси от отражающей поверхности. Расстояние до объекта определяется по формулеD  cT 2 , где Т – время прохождения сигнала и с – скорость света (0,3 м/нс). Частота отсчета должнабыть 50 Гц для достижения точности измерения порядка  6,3 мм.Лазерные измерители дают двухмерный массив со значениями, пропорциональными расстоянию.

Двухмерное сканирование выполняется путем отклонения лазерного луча вращающимся зеркалом. Рабочая зонаэтого устройства находится в пределах 1-4 метра, точность  2,5 мм.Во втором случае вместо импульсного светового сигнала используется непрерывный луч лазера и измеряется задержка (т.е.

фазовый сдвиг) между посылаемыми и возвращенными лучами (рис. 21-1).Луч лазера с длиной волны  расщеплен на два луча. Один из них (опорный «луч отсчета») проходитрасстояние L к фазометру, а другой проходит расстояние D до отражающей поверхности. Общее расстояние,пройденное отраженным лучом, составляет D  L  2D . Фазовый сдвиг между двумя лучами в точкеизмерения (рис. 21.1,б) возникает в случае, если отраженный луч проходит путь больший, чем исходящий. Вэтом случае имеем:D  L Так как360.(21-1)D  L  2D , подставив это значение в уравнение (21-1), получим: D ,360  2 (21-2)что определяет расстояние через фазовый сдвиг, если известна длина волны (632,8 нм у гелий-неоновоголазера). При такой малой длине волны метод, схема которого показана на рис.

21.1, нецелесообразно применять в робототехнике из-за сложности определения малых фазовых смещений.Наиболее приемлемым решением является амплитудное модулирование лазерного луча волной с гораздо большей длиной, например, 30 метров (f=10 МГц) (рис. 21.2). Основная процедура остается прежней, носигнал отсчета является теперь функцией модулирования. Модулированный лазерный сигнал посылается наобъект, а возвращенный сигнал демодулируется и сравнивается с отсчетным сигналом для определения фазового сдвига.103Рисунок 21.1. Принцип измерения расстояния по фазовому сдвигу (а) и сдвиг между исходящей и отраженной световыми волнами (б)Рисунок 21.2.

Волновой сигнал, модулированный по амплитуде модулирующей функцией с гораздо большейдлиной волныРавенство (21-2) все еще имеет силу, но теперь работа происходит в более удобном диапазоне длинволн.Третьим методом измерения является ультразвуковой метод, реализующим идею измерения расстоянияпо времени прохождения сигнала.Ультразвуковой сигнал передается за короткий промежуток времени и, так как скорость звука известнадля определенной среды, простое вычисление, включающее интервал времени между посылаемым и отраженным сигналами, дает оценку расстояния до отражающей поверхности.5.

Силомоментное очувствление.Многие типы датчиков силы/момент основаны на измерении деформаций. Датчики для измерения деформаций называются тензодатчиками. Принцип действия таких датчиков- изменение электрического поля в образце, который подвергается воздействию внешних сил (пьезорезестивный эффект). Относительное изменение сопротивления как функция действующей на датчик силы зависит от используемого материала: уполупроводникового датчика оно на 1-2 порядка больше, чем у металлического.

Чувствительный элементуполупроводникового датчика выполнен из монокристалла пьезорезестивного материала. Дополнительноепреимущество полопроводниковых тезодатчиков – более высокое удельное сопротивление по сравнению сметаллическими и, соответственно ,меньшее потребление мощности и выделение тепла6.

Информационное обеспечение мобильных роботов. Система навигации.Навигация мобильных роботовДля успешной навигации в пространстве бортовая система робота должна уметь строить маршрут, управлять параметрами движения (задавать угол поворота колес и скорость их вращения), правильно интерпретировать сведения об окружающем мире, получаемые от датчиков, и постоянно отслеживать собственные координаты.Полноценный робот должен определять собственные координаты и выбирать направление движения толькона основании показателей бортовых датчиков, поэтому системы искусственного интеллекта, создаваемыедля автономных машин, ориентированы на поддержку непрерывного цикла "опрос датчиков – принятиеоперативного решения об изменении маршрута". Таких циклов может быть несколько – один ответствененза следование по основному маршруту, другой – за обход препятствий и т.

д. Кроме того, на аппаратномуровне каждый цикл может поддерживаться датчиками разных типов и разных принципов действия, формирующих потоки данных разного объема и интенсивности.Технические сложности мобильной навигацииПри построении системы навигации роботов возникает немало технических сложностей.1041. Чтобы двигаться к цели, роботу необходимо сформировать достаточно точный образ окружающего егопространства.Сегодня это достигается преимущественно использованием лазерных дальномеров и ультразвуковых генераторов (сонаров). Однако лазерный луч поможет получить образ среды только в зоне прямой видимости.Кроме того, на пути луча часто возникают мелкие помехи, вносящие погрешность в такой образ.

А ультразвуковые датчики характеризуются большим временем отклика2. В ходе движения робот должен быстро и точно управлять мотором и положением колес.3. Робот должен знать свое реальное местонахождение, а оно почти всегда отличается от хранящегося в бортовой системе.Определение своих координат – фундаментальная задача навигации.Схемы навигации автономных устройств- глобальная – определение абсолютных координат устройства при движении по длинным маршрутам;- локальная – определение координат устройства по отношению к некоторой (обычно стартовой) точке. Этасхема востребована разработчиками тактических беспилотных самолетов и наземных роботов, выполняющих миссии в пределах заранее известной области;- персональная – позиционирование роботом частей своего тела и взаимодействие с близлежащими предметами, что актуально для устройств, снабженных манипуляторами.Системы навигации классифицируются еще по одному признаку – они могут быть пассивными и активными.Пассивная система навигации подразумевает прием информации о собственных координатах и другиххарактеристиках своего движения от внешних источников, а активная рассчитана на определение местоположения только своими силами.

Как правило, все глобальные схемы навигации пассивные, локальные бывают и теми и другими, а персональные схемы – всегда активные.У разработчиков систем пассивной локальной навигации популярна идея использования для ориентирования искусственных сооружений (например, специальных вышек). Она неплохо реализована в коммерческихверсиях, и робот, снабженный системой машинного зрения, может довольно точно рассчитать расстояние довышки по анализу изменения геометрических размеров ее видимого образа. Здесь может помочь использование стереокамер – зная угол зрения каждой из них, можно вычислить расстояние до цели. Другая пассивная концепция локальной навигации – с помощью радиомаяков – заключается в размещении в зоне действийробота источников радиосигналов, которые обрабатываются бортовым микропроцессором. Но так как радиомаяки располагаются в фиксированных точках некоторого маршрута, аппарат теряет возможность обходить препятствия или выбирать альтернативный путь движения.Моделирование и исследование роботов1.

Классификация математических моделей роботов. Модели сложных робототехнических систем.а) Геометрические модели – это модели формы роботов, дающие исчерпывающее наглядное представление о них. Эти модели используются для визуализации движения роботов, для расчета основных характеристик прочности, для технологической подготовки производства роботов и т. д.б) Модели прочности – это модели позволяющие рассчитать основные характеристики прочностироботов (напряжения, упругие и пластические деформации и т.

д.)в) модели кинематики – эти модели учитывают движение роботов без учета взаимного силовоговлияния звеньев. Эти моделиадекватно описывают сравнительно медленное перемещение роботов.г) Модели динамики – эти модели описывают сравнительно быстрое движение роботов, когда необходимо учитывать силовое взаимодействие звеньев в процессе перемещения.д) Модели управляемого движения – это модели целенаправленного перемещения роботов, происходящего при наличии системы управления.2. Модели управляемого движения роботов. Автоматизация математического описания.Уравнения, описывающие процессы в системе управления, вместе с уравнениями динамики образуют уравнения управляемого движения роботов, которые могут использоваться для различных целей, в томчисле для моделирования роботов на ЭВМ.Методичка Тягунов, Мосяков «Моделирование роботов».

Главы 1.4, 1.5 Файл White.pdf3. Геометрические модели роботов. Сравнительный анализ программныхсредств геометрического моделирования роботов105Геометрическое моделирование – это представление различных физических тел (например манипуляторов) с точки зрения их геометрических свойств. Геометрические модели играют очень важную роль, т.к.используются для многих целей как при разработке, так и при изготовлении манипуляторов (и иных изделийспециального назначения). Важно отметить, что геометрическая модель тела является машинным представлением его формы и размеров.Виды геометрических моделей:а) Двухмерный (для чертежей).б) Трёхмерная модель (создаёт виртуальное представление изделия во всех 3-х измерениях).Различают 3 основных типа 3-х-мерных моделей:1) Каркасные.

(проволочные модели).2) Поверхностные модели.3) Модели сплошных тел (объёмные).В каркасных моделях хранятся только координаты XYZ вершин и соединяющие их рёбра. Поскольку известны только рёбра и вершины, различные интерпретации одной модели.Поверхностная модель позволяет описывать иногда достаточно сложные поверхности. Такую возможностьчасто добавляют каркасным моделям для описания поверхности изделия, которую невозможно автоматически определить по каркасным моделям.

Однако такая гибридная модель не обеспечивает однозначности,которая позволила бы определить ограничивают ли заданные поверхности некоторый объём.Возможны различные виды задания поверхности (плоскости), поверхность вращения, линейчатая поверхность. При этом используются различные математические модели аппроксимации поверхностей ( методыКунса, Безье, Б-сплайны).Объёмная модель позволяет представлять сложные изделия с обеспечением логической связности информации, в частности благодаря введению понятия о материале.

Объёмы могут быть ограниченны сложнымиповерхностями.Основные требования к геометрическим моделям.1.2.3.4.Любая модель которую можно сконструировать не должна противоречить реальному объекту (правильность модели).Допустимо полное конструирование модели объекта (мощность модели или степень точности).Возможно вычисление ряда геометрических величин (например объёмов).Предусмотрено использование различных функций.

Характеристики

Список файлов ответов (шпаргалок)