Робототехника.Фу, Ли, Гонсалес (962794), страница 55
Текст из файла (страница 55)
6.6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 6.5.3. Калибровка датчика Целью калибровки силового датчика схвата, встроенного в запястье, является определение всех 48 неизвестных элементов матрицы разделения силы (уравнение (6.5-2)) на основе экспериментальных данных. В связи с наличием взаимовлияния контуров датчика необходимо найти 48 ненулевых элементов в матрице )4Г. Калибровка силового датчика схвата производится путем определения псевдообратной матрицы калибровки )(„', которая удовлетворяет соотношениям %=)х„'Г (6,5-4) Г Г ВХВ' (6.5-5) где Й*„— матрица размерностью 8 Х 6, а ! Вхз — единичная матрица размерностью 8 Х 8. Тогда матрица калибровки К* из )равнения (6.5-1) может быть найдена из псевдообратной матрицы в уравнении (6.5-4) с использованием метода наименьших 322 4!» 0 0 г,з 0 г, о о о 0 гзз 0 гз4 0 0 0 гм 0 гзз 0 0 гм 0 гм 0 0 0 7',з 0 0 гм 0 0 0 Гзз 0 квадратов.
Перемножая уравнение (6.5.4) на (К„')Г, получаем (м')г% = [()х')г й'1 Е (6,5-6) После обращения матрицы [(й"„)г В('] имеем м [()» )г К ]-4()» )г (ь7 Сравнивая уравнения (6.5.1) и (6.5.7), получим К. — = (Ж)' К'Г' Р')'. Матрица й"„может быть определена путем расстановки известных весовых коэффициентов при векторах, расположенных вдоль осей системы координат датчика. Подробно экспериментальный процесс калибровки матрицы разделения силы изложен в работе [264]. Материал, представленный в данной главе, характеризует уровень развития области создания датчиков роботов, дающих информацию о внешней среде. Однако надо отметить, что возможности таких датчиков гораздо более ограничены, чем человеческие возможности в этом плане. Как отмечалось в начале данной главы, большинство современных промышленных роботов функционирует по заранее заданной жесткой программе без использования обратной связи от датчиков.
Повышение интереса к гибким автоматизированным производствам привело к развитию робототехнических систем, управляемых с помощью датчиков, как к средству расширения области применения этих машин. Таким образом, совершенствование датчиков представляет собой динамично развивающуюся область с использованием известных из литературы новых методов и технологий. Литература Обзорными статьями по робототехнике являются [18, 91, 195, 197, 251[. Материалы по лазерным измерителям расстояний имеются в работах [67, 137, 138]. Продолжение материала, изложенного в разд.
6.3, находится в работах [38 — 40, 271], а в разд. 6.4 — в работах [113, 120, 187, 241], а также в работах [22, 110, 195], Датчики для основания робота (разд. 6.5) рассматриваются в работе [63]. Дополнительные сведения по силомоментному очувствлснию можно найти в работах [196, 2!О, 264, 313] .
Упражнения 77Х 75?? 735 О ЯХ 50 75 Ф~ .~'Г 755 775?М 225 х~ Рис. 6.23. 324 6.1. Докажите справедливость выражения (6.2-8). 6.2. Датчик измерения расстояния по времени прохождения сигнала освещает рабочее пространство с двумя объектами, имеющими изображеиие, показанное иа телеэкране (рис, 6.23). Предполагая, что измерительная система расположена согласно рис.
6.3, б и что М = 256, )?, = !м, !?, = 2 м, В = 3 лг, а й = 35 мм, определите расстояние 255 х между объектами в направлении све- тового луча. ггХ 6,3. а) Гелий-неоновый лазер с 37?? непрерывным излучением (длина волны 632,8 мм), используемый для из. мерепия расстояния, имеет модулироваяый сигнал с частотой 30 мГц. Какое расстояние до объекта соответствует фазовому сдвигу 180'? б) Какова верхняя граница диа- 7??г? пазоиа измерения ргестояпия, иа 7Х котором прибор дает однозначные по- казания? Хс? 6.4.
Определите верхнюю границу частоты модулирующего сигнала для обеспечения пкапазоиа измерения до 5 м при использовании измерителя расстояний иа базе лазера с иепре. рывным излучением. 6.5. а) Предположим, что точность лазерного измерителя расстояний снижается шумом с гауссовским распределением, имеющим нулевое среднее значение и стандартное отклонение 100 см. Сколько измерений яеобходимо усредиить, чтобы получить точность ~0,5 см с вероятностью 0,95? б) Как измеяатся количество измерений, если среднее значение шума будет 5 см? 6.6. Используя рис.
6.15, покажите вид сигналов ультразвукового датчика, способного измерять расстояние, а ие толька выдавать бииариый выходной сигнал в ближней зоне действия. 6.7. Предположим, что ультразвуковой датчик измерения используется для определения нахождения объекта в зоне 0,5 и.
И момент Г = 0 преобразователь выдал импульс длительностью 0,1 мс. Предположим также, что для гашения резонансных колебаний в преобразователе требуется 0,4 мс, а в окружаюгцей среде — 20 мс. Скорость звука равна 344 м/с. а) Какой интервал времени можно использовать в качестве окна? б) Через какое время прибор может выдать повторный импульс? в) Каково минимально измеряемое расстояние? 6.8. Оптический датчик расстояний (рис. 6.16) имеет зону чувствитель. ности, сформированную пересечением двух одинаковых лучей.
Конус, образуемый каждым лучом, начинается яа линзах и имеет вершину, расположенную в 4 см напротив центра противоположной линзы В какой зоне датчик обнаруживает объект, если каждая из линз имеет диаметр 4 мм, а центры линз разнесены на 6 мм? Предполагается, что объект может быть обнаружен в любом месте зоны чувствительности. 6.9. Измерительная система размерностью 3)4 3 тактильного датчика сканируется путем смещения по рядам, значение элементов которых равно 5 В. Столбцы считываются путем закорачиваиия их элементов па корпус и измерения тока.
Предположилг, что иесмещеяиые ряды и несчитанные столбцы обладают высоким сопротивлепием. Действие силы на систему приводит к появлению следующих величии сопротивлений иа каждом пересечении алек. тродов (ряд, столбец); 100(? иа (1,1), (1,3), (3,1) я (3,3), 50(? па (2,2) и (3,2). Все другие пересечения имеют бесконечно большое сопротивление. Определите ток, измеренный в каждом пересечеияи ряда и столбца в системб, учитывая их взаимовлияние. 6.10. Рассмотрите упр, 6.9 в предположении: а) все несмещеииые ряды и'столбцы закорочены иа корпус; б) в каждом соединении установлен диод (0,6 В) с сопротивлением. 6.11.
На роботе Пума с плоскопараллельным движением схвата установлен датчик силы. Произведена процедура калибровки для получения матрицы Нг. После завершения всех измерений иа роботе был заменен схват. Есть ли необходимость повторной калибровки силового датчика схвата? Обоснуйте ответ. Глава 7. СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ НИЗКОГО УРОВНЯ Лучше одев раз увидеть, чем сто раз услышать.
Пословица 7.1. ВВЕДЕНИЕ «Зрительные» возможности робота, как и людей, обеспечиваются сложным чувствительным механизмом, который позволяет гибко и «осмысленно» реагировать на изменения внешней среды. Использование технического зрения и других методов очувствления, рассмотренных в гл. б, диктуется постоянной необходимостью повышать гибкость и расширять области применения робототехнических систем.
Хотя датчики расстояния, тактильные датчики и датчики силы играют большую роль в совершенствовании функционирования робота, техническое зрение является наиболее мощным источником информации для робота. Измерительные системы, методы измерения и оборудование при использовании технического зрения имеют гораздо ботьше возможностей, чем при использовании датчиков, работа которых описана в гл. б. Зрение робота можно определить как процесс выделения, идентификации и преобразования информации, полученной из трехмерных изображений.
Этот процесс, называемый также техническим или машинным зрением, разделяется на шесть основных этапов: 1) снятие информации, 2) предварительная обработка информации, 3) сегментация, 4) описание, 5) распознавание, 6) интерпретация. Снятие информации представляет собой процесс получения визуального изображения. Предварительная обработка информации заключается в использовании таких методов как понижение шума или улучшение изображения отдельных деталей. Сегментация — процесс выделения на изображении интересующих объектов.
При описании определяются характерные параметры (например, размеры или форма), необходимые для выделения требуемого объекта на фоне других. Распознавание представляет собой процесс идентификации объектов (например, гаечного ключа, болта, блока двигателя). Наконец, интерпретация выявляет принадлежность к группе распознаваемых объектов. 32б Названные этапы удобно сгруппировать в соответствии со сложностью их реализации. Выделим три уровня технического зрения; низкий, средний и высокий. Хотя четких границ между этими уровнями не существует, их выделение целесообразно для классификации различных процессов, характерных для систем технического зрения.
Например, под низким уровнем технического зрения понимаются такие процессы, которые являются простыми с точки зрения осуществления автоматических действий, не требующих наличия искусственного интеллекта. К низкому уровню технического зрения мы будем также относить снятие и предварительную обработку информации. Таким образом, этот уровень охватывает процессы, начиная непосредственно от формирования изображения и кончая процессами компенсации, такими, как уменьшение шума, а также процессами выделения простейших параметров изображения, такими, как разрывы интенсивности. Подобные действия можно сравнить с действиями человека, пытающегося найти свое место в темном зале кинотеатра, в который он зашел прямо с яркого дневного света.
Осмысленный процесс нахождения незанятого места ие может начаться до того, как будет получено соответствующее изображение пространства. Под средним уровнем технического зрения понимаются процессы выделения, идентификации и разметки элементов изображения, полученного на нижнем уровне. С учетом принятого подразделения технического зрения к среднему уровню относятся сегментация, описание и распознавание отдельных объектов Под высоким уровнем технического зрения понимаются процессы, относящиеся к искусственному интеллекту. В то время как алгоритмы, используемые на нижнем и среднем уровнях технического зрения, разработаны достаточно хорошо, знание и понимание процессов высокого уровня пока еще недостаточны. В соответствии с изложенным в гл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
