Робототехника.Фу, Ли, Гонсалес (962794), страница 50
Текст из файла (страница 50)
5.5). 555 Постройте устройство нелинейного независимого управления с обратной связью для робота из задачи 5.5 (см. п. 5.6). 5.8. Определите якобиан в базовой системе координат для робота из упр. 5.5 (см. приложение В). 5.9. Назовите два основных недоста~ка использования независимого управления движением по скорости. 5.10. Назовите два освоаных недостатка использования независимого управления движением по ускорению.
5.11. Назовите два основных недостатна использования адаптивного управления по заданной модели. 5.12. Назовите два основных недостатка использования адаптивного управления по возмущению. Глава 6. ОЧУВСТВЛЕНИЕ Не тяк же тм доверяешь чувствам как и тому, что видишь тыз В. Шекспир 6.1. ВВЕДЕНИЕ Внешние устройства очувствления позволяют взаимодействовать роботу с внешней средой в интерактивном режиме, который отличается от режима работы по жестко заданной программе, предусматривающей выполнение повторяюшнхся операций без обратной связи с внешней средой, Хотя последний режим преобладает в современных промышленных роботах, очувствление и высокий уровень технического интеллекта обеспечивает более активное взаимодействие машин с внешней средой, что, несомненно, является перспективной областью развития робототехники. Роботу, который может «видеть» и «чувствовать», легче выполнять сложные задачи, кроме того, в этом случае снижаются требования к точности устройств управления.
Очувствленпые обучаемые системы обладают возможностью адаптации при выполнении широкого круга задач, Благодаря этому повышаетсЯ степень УнивеРсальности, что в конечном счете пРиГ м водит к снижению стоимости продукции и технического обслуживания. Функционально датчики роботов можно подразделить на два основных типа: датчики внутреннего состояния и датчики внешнего состояния.
Датчики внутреннего состояния служат для формирования сигналов в цепях обратных связей по положению и скорости звеньев манипулятора '>. Эти измерения используются при управлении роботом, которое рассматривалось в гл. 5. Датчики внешнего состояния предназначены для измерения параметров в дальней и ближней зонах и для тактильных измерений, Внешнее очувствчение, которое рассматривается в гл.
6 †, используется для управления движением робота, а также при идентификации объектов и манипулирования с ними. Датчики внешнего состояния в свою очередь подразделяются на контактные и бесконтактные. Контактные датчики, как сле- о В последнее время получают развитие комбинированные методы управления, включая очувствление по с1 ле и моменту. — Прим. ред. 6.2.1. Триангуляция 996 дует пз их названия, производят измерения при контакте с объектом в процессе касания, проскальзывания или кручения.
Принцип дейсгвня бесконтактных датчиков основан на определении изменений акустического или элекгромапнитного полей при взаимодействии с обьектом, Наиболее важными примерами использования бесконгакгных датчиков является измсрение положения объекта в дальних и ближних зонах, а также опреде. ление характеристик объекта оптическим методом.
Основное внимание в данной главе уделено датчикам измерения в дальней и ближней зонах, а тайже тактильным и силомоментным датчикам. Вопросы технического зрения подробно рассматрпвгмотся в гл. 7 и 8, Отметим, что техническое зрение и датчики измерения в дальней зоне обычно дают основной объем информации при управлении движением манипулятора, а датчики измерения в ближней зоне и тактильные датчики используются на конечных этапах движения манипулятора при захвате объекта.
Силомоментные датчики применяются в качестве устройств обратной связи для управления манипулятором после захвата объекта, например для исключения возможности его повреждения или проскальзывания. 6.2. ДАТЧИКИ ИЗМЕРЕНИЯ В ДАЛЬНЕИ ЗОНЕ С помогцью датчиков измерения в дальней зоне определяется расстояние от точки отсчета, обычно связанной с самим датчиком, до объекта в рабочем диапазоне измерений. Человек оценивает расстояние с помощью зрения (гл.
7), в то время как некоторые животные, например летучие мыши, определяют расстояние по времени посылки и отражения акустического сигнала. Датчики измерения в дальней зоне используются для навигации робота н обхода препятствий, когда требуется оценить расстояния до ближайших объектов или определить местоположение и форму объектов в рабочем пространстве робота, В данном разделе рассматриваются некоторые методы измерения в дальней зоне. Одним из простейших методов измерения в дальней зоне является метод триангуляции (рис. 6,1), Объект освещают узким лучом света, направленным на его поверхность. Движение луча в плоскости определяется линией от объекта до приемника света и линией от приемника до источника света.
Если приемник расположен на малом участке поверхности, при обнаруже. нии приемником светового пятна расстояние 1э до освещенного участка поверхности может быть вычислено из геометрических соотношений (рнс. 6.!), так как угол, образованный источником и базовой линией, и расстояние В между источником и прием ником известны. о еализует точечное измерение, Если спсгема Этот метод реал зу источник — приемник — иемник движется в фиксированной плоскости Рнс, 6.1. Измерение расстояния метаном триангуляции ', ',137) (вверх и вниз и в стороны в плоскости, перпендикулярной плоскости рис.
6.1 и включающей базовую линию), то в этом случае можно получить группу точек, расстояния от которых до прием- Ряс 6.2. Сканируеьгые обьекты (а] н изображение с интенсивностью, иронор- циональной расстоянию (б) (137]. ник а известны. Эги расстояния легко перенести в трехмерную и тему координат путем сканирования (рис, 6.2). р показано расположение сканируемых объектов, а на р ис. 6.2, б— результаты сканиронания в виде изображения, интенсивность 297 Зад сУе~хму ла сеелтедхй ааамк 6.2.2.
Метод подсветки Лсехети Теледиеаеииаес ,иаиркт сеетаа которого (чем ближе, тем темнее) пропорциональна зоне даль- ности, измеренной от плоскости движения до пары источник— приемник. Данный метод состоит в проецировании светового потока на группу объектов и использовании изменения формы потока для вычисления расстояния. Одним из наиболее распространенных световых потоков, применяемых в настоящее время, является световая полоса, генерируемая через цилиндрические линзы или узкую щель.
Пересечение светового потока с объектами в рабочем пространстве (рис. 6.3) образует иа пих полосы света, фиксируемые телевизионной камерой, помешенной па расстоянии В от источника света. Такая ситуация легко анализируется компьютером при определении расстояния, Например, отклонение лучей указывает на изменение поверхности, а разрыв соответствует промежутку между поверхностями.
сАжа Е Р аз Измерение расстояний методом подсветки д Ви сверху (б) на расис .. зм положение элементов системы, изображенной на р ис а, позволяет упростить процесс калибровки. Для получения базовых значений расстояний вначале проводят калиб овку системы. Один из простейших вариантов водят кали р идентификации показан на рис. 6... к р " р З,б, кото ый п едставляет собой вид сверху системы, представленной на рис. 6.,а ри таком расположении источник света и камеру помещают на одинаковой высоте, а световой поток перпендикулярен линии, няющей источник света и центр объектива камеры.
Насоединя щ " зовем вертикальную плоскость, проходшцую чер у ез зт линию, плоскостью отсчет . а. Очевидно, что плоскость отсчета перпендикулярна световому , у потоку и любая вертикальная плоская поверхность, пересе ' ~ каюшая луч, дает вертикальную полосу света (рис, 6.3,а), каждая точка которой будет равноулалеиа по нормали от плоскости отсчета. Нелью расположения элементов системы, показанного на рис, 6,3,б, является размещение камеры таким образом, чтобы каждая вер и ..
т; кальпая полоса была так>ко вертикальном в пло. скости изоор б ажения Следовательно, каждая точка в одном стол це изоор . б ажения будет найдена, поскольку находится па известном расстоянии от плоскости отсчета. В большинстве систем, основанных иа методе подсветки, используют цпфровыс изображения. Предположим, что изображе- 299 ние, полученное камерой, преобразовано в цифровой массив размерностью 7>>ХМ (равд. 7.2) и пусть у = О, 1, 2, ..., М вЂ” 1 является номером столбца этого массива. Ниже показано, что процедура калибровки состоит в измерении расстояния В между источником света н центром линз и последующим измерением углов а, и аь После того как эти величины становятся известны, нз правил элементарной геометрии следует, что !( (рис, 6,3,б) вычисляется по формуле (=Л(пО.
(6.2-1) где Е. — фокальная длина линз и О = а, — аэ. 16.2-2) Для цифрового изображения, содержащего М столбцов, приращение расстояния А между столбцами определяется по формуле д,=й — =— 2Ы >Ы/2 24 (6.2-3) где О' = л или, используя равенство (6.2-3), 01 ! (дйм — 22)ч ,=агс д[ где 0()г:г М/2, Для оставшихся значений й (т. е. по другую сторону оптической оси) имеем аз=а,+О,",, (6.2-7) (6.2-5) (6.2-6) где ОУ~ ! (д!22 — М)1 мл для М/2 ( Ф ( (М вЂ” 1).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
