Дисциплина: Информационные устройства и системы в мехатронике
жүктеу/скачать 245 Kb.
|
Роботехника СРО13 нед
- Бұл бет үшін навигация:
- Обобщенная структурная схема СТЗ
- Требования, предъявляемые СТЗ
| Рис. 3.2. Классификация СТЗ
Координаторы как класс СТЗ с помощью датчиков изображения и устройств обработки и анализа изображения регистрируют положение ОМ в рабочей зоне робота и на основе полученной видеоинформации определяют координаты ОМ. По типу используемого датчика изобра- жения координаторы делятся на СТЗ, используемые информационные линейки и поля (ИЛП) и телевизионные системы (ТС). Основным бло- ком является телекамера, осуществляющая считывание изображения и предварительную его обработку. Обзорно-сравнительные системы извлекают необходимую инфор- мацию путем обзора пространства и сравнения полученных сигналов(изображений) с эталонными и делятся на ТС, светолокационные и кор- реляционные системы технического зрения (КСТЗ). Биоструктуры, базирующиеся на принципе работы зрительных си- стем живых организмов, подразделяются на детекторы контуров и де- текторы движения. По функциональному назначению СТЗ разделяются на системы, выявляющие свойства а) внешней среды (осмотр пространства, опреде- ление наличия объектов, их взаимосвязь), б) определенных объектов (распознавание цвета и формы, определение координат центра формы, угла ориентации и расстояния до объекта) и в) системы, определяющие параметры движения в среде. Следующим основанием классификации, учитывающим особенно- сти применения СТЗ, является автономность. Автономные СТЗ по срав- нению с неавтономными не требуют наличия внешних устройств для получения или переработки информации. К ним относятся ТС, опто- электронные и светолокационные СТЗ, обрабатывающие информацию аналоговыми устройствами или микроэвм (микропроцессорами). Для функционирования неавтономных СТЗ необходимы либо свето-маяки, реперы, специальные метки, нанесенные>на предмет (сетка с чередую- щимися белыми и черными квадратами, насечки, соответствующие определенному коду), либо центральные ЭВМ, предназначенные для обработки информации о производственной сцене. В зависимости от дальности действия различают сверхближние, ближние, дальние и сверхдальние СТЗ. СТЗ сверхближнего действия (СТЗСБД) используются в качестве измерителей расстояния и анализа- торов физико-химических характеристик объекта. Конструктивно СТЗСБД могут выполняться комбинацией оптических и тактильных сенсоров. СТЗ ближнего действия (СТЗБД) предназначены для анализа информации в локальной зоне промышленного робота (ПР) – подсчета числа объектов, определения расстояния до объектов и скорости их пе- ремещения и т. п. СТЗ строятся на основе ТС, ИЛП и светолокационных систем. СТЗ дальнего действия (СТЗДД) обеспечивают восприятие и анализ информации в пределах рабочей зоны ПР и создаются на базе ТС, ИЛП и светолокационных систем. СТЗ сверхдальнего действия (СТЗСДД) воспринимают информацию вне рабочей зоны ПР и обеспе- чивают контроль состояния свободного пространства вне этой зоны. По методу получения информации СТЗ делят на пассивные и ак- тивные, каждая из которых может быть с фиксированным направлением восприятия (ФНВ) или с переменным направлением восприятия (ПНВ). Пассивные СТЗ функционируют без облучения, а активные СТЗ – с об- лучением поля зрения. Системы с ПНВ в отличие от систем с ФНВосуществляют сканирование либо датчиком изображения, либо считы- вающим лучом. К пассивным СТЗ с ФНВ относятся ТС, ИЛП и опто- электронные системы. Примером пассивных СТЗ с ПВН могут служить системы, в которых датчики изображения (ДИ) производят такие дви- жения, как сканирование вокруг предмета, качание и поисковые движе- ния совместно со схватом манипулятора. Активные СТЗ с ФНВ строят- ся (как и активные СТЗ с ПНВ) на принципе работы светолокационных систем. В активных СТЗ с ПНВ направление восприятия изменяется по командам от блока управления ЭВМ. Количество датчиков изображения (глаз) СТЗ определяется сложно- стью решаемой задачи. По числу ДИ СТЗ подразделяются на монокулярные (одноглазые), бинокулярные (двуглазые), бинокулярные с дополнительным третьим видеодатчиком (трехглазые), бинокулярные с дополнительным тре- тьим и четвертым ДИ (четырехглазые) и многоглазые. Простейшим типом СТЗ являются одноглазые системы. Однако с их помощью можно решать довольно сложные задачи: распознавание формы, определение координат и ориентации объекта манипулирования, контроль поверхности объекта и др. [1.1–1.4]. Двух-, трех-, четырех- и многоглазые системы позволяют воспри- нимать и обрабатывать трехмерную информацию. С количеством ДИ связано и седьмое основание классификации – вид рабочей информации. По этому признаку различают одномерные, двумерные, и трехмерные СТЗ. К одномерным относятся системы, сни- мающие информацию в точке, в совокупности точек или линий. Дву- мерные системы анализируют информацию, снимаемую с плоских изображений. Трехмерные СТЗ обеспечивают восприятие и анализ объ- емных изображений. Последние способны восстанавливать трехмерные изображения по их проекциям. По способу размещения СТЗ (или их ДИ) на робототехническом комплексе СТЗ делятся на стационарные, нестационарные и комбини- рованные. Стационарные СТЗ устанавливаются жестко над конвейером, перед ним или возле него. Нестационарные СТЗ располагаются на по- движных элементах конструкций робота, например, в охвате, на мани- пуляторе, на специальных механизмах качания СТЗ или вращения СТЗ. Комбинированные СТЗ представляют собой комбинацию стационарных и нестационарных СТЗ. Такие системы имеют не менее двух глаз. В зависимости от метода обработки сигналов СТЗ разделяются на аналоговые (непрерывные), цифровые (дискретные) и аналого- цифровые (комбинированные). В аналоговых СТЗ все вычисления про- изводятся в аналоговой форме, а в цифровых – в цифровой форме на ЭВМ или спецпроцессорах. В аналого-цифровых СТЗ часть операций осуществляется в аналоговой, а другая часть в цифровой форме. В зависимости от возможностей анализа цвета предмета СТЗ де- лятся на черно-белые и цветные. Наиболее широко применяются черно- белые СТЗ, в которых анализируются черно-белые изображения. Цвет- ные СТЗ различают спектр излучения от фиолетового до темно- красного цвета. Распознавание цвета в таких системах осуществляется с помощью светофильтров красно-зеленого цвета, установленных на вращающемся диске перед датчиком изображения. Обобщенная структурная схема СТЗУкрупненная обобщенная схема СТЗ дана на рис. 3.3 [3.1, 3.2.]. Она будет заметно изменяться в зависимости от конкретного приложения и технической реализации СТЗ. Поскольку наибольшее применение полу- чили СТЗ цифрового типа, то представляет интерес рассмотрение обобщенной структурной схемы СТЗ с использованием микроЭВМ или микропроцессоров. Структурная схема такой СТЗ совместно с системой управления адаптивным промышленным роботом приведена на рис. 3.3. В пред- ставленном варианте система технического зрения является функцио- нально автономной, так как, помимо спецпроцессора, предназначенного для обработки изображений, в ее состав входит микроЭВМ, осуществ- ляющая управление последовательностью выполнения процедур обра- ботки изображений, обмен информацией с системой планирования и управления движением робота, а также обеспечивающая реализацию различных алгоритмов адаптации системы технического зрения к изме- няющимся условиям внешней среды. Важным блоком представленной СТЗ является блок ввода изобра- жения, в состав которого входит программно-управляемый коммутатор, обеспечивающий подключение требуемого датчика оптической инфор- мации, аналого-цифровой преобразователь и буферное запоминающее устройство. Для хранения эталонных и исследуемых изображений используется память изображений, а для визуализации изображений в любой момент их обработки – устройство отображения. Все блоки СТЗ, непосредственно участвующие в обработке изображений, подключены к общей видеомаги- страли. Управление порядком функционирования СТЗ осуществляется че- рез системную магистраль, к которой подключены все блоки системы. Управление силовым блоком осветительной системы, осуществля- емое с целью компенсации изменений внешней освещенности, произво- дится программно, на основе анализа изображений поступающей от датчиков оптической информации (ДОИ). Число ДОИ определяется особенностями решаемой задачи промышленным роботом. Рис. 3.3. Структура системы технического зрения и системы управления промышленным роботом Требования, предъявляемые СТЗТехническое задание на разработку СТЗ робота должно содержать ряд специфических требований: 1) к уровню «интеллекта», т. е. к способ- ности решать различного уровня сложности функциональные задачи; форме и размерам рабочей зоны; 3) метрологические; 4) к совместимо- сти затрат времени на решение функциональных задач СТЗ с временны-ми характеристиками технологических циклов; 5) программной и аппа- ратной совместимости СТЗ и существующей системы управления робо- том (СУР); 6) гибкости перенастройки и перепрограммирования, расши- рения функциональных возможностей; 7) устойчивости процессов управления; 8) надежности (времени наработки на отказ), ремонтопри- годности, самодиагностики; 9) конструктивно-технологические; 10) экс- плуатационные; 11) эргономические; 12) технико-экономические. Требования к уровню «интеллекта» СТЗ определяются перечнем функциональных задач, сформулированных в техническом задании. Они являются определяющими при выборе технических средств реали- зации поставленных задач, затрат на создание СТЗ, поэтому подлежат тщательному анализу. Рассмотрим характерный пример. В задании на разработку СТЗ ставится задача классификации и определения ориентации неперекрывающихся объектов, перемещаемых на ленте транспортера. Первоначальное предложение – создание СТЗ на основе передающей телевизионной камеры. Тщательный анализ с уче- том размеров объектов, их конфигурации, характерных признаков пока- зал, что та же задача решается с помощью матрицы дискретных датчи- ков оптической информации. Последнее решение позволяет исключить из состава СТЗ сложную и относительно дорогостоящую систему уси- ления и преобразования аналогового видеосигнала, а также существен- но упростить процедуру перестройки или перепрограммирования СТЗ. Требования к форме и размерам рабочей зоны СТЗ робота опреде- ляются с учетом формы и размеров рабочей зоны манипуляторов робо- та, перечня функциональных задач. Выбор места расположения датчика текущего изображения (ДТИ) осуществляется с учетом следующих ре- комендаций: а) для упрощения процедуры обработки видеосигналов, устранения перспективных искажений изображений фокальную плоскость ДТИ следует располагать параллельно одной из основных плоскостей или осей системы координат робота; б) необходимо стремиться к минимальному изменению размеров объектов в поле зрения СТЗ при их перемещении в рабочей зоне; в) желательно, чтобы наблюдаемые объекты хорошо контрастиро- вали на фоне, не перекрывались и не касались друг друга. При наличии перекрытий необходимо стремиться к их минимизации. Размещение ДОИ не должно препятствовать производственно-допустимым подхо- дам манипулятора и инструмента; г) входной зрачок оптической системы ДОИ желательно размещать вне зоны воздействия красителей и брызг, стружки, охлаждающих сма- зочных или расплавленных веществ и т. п.; д) в необходимых случаях в рабочей зоне робота формируются не- сколько рабочих сцен или используются несколько точек зрения с раз- личным ракурсом при соответствующем увеличении количества ДОИ. Рабочая область СТЗ может полностью или частично перекрывать рабочую область манипуляторов и технологического оборудования, со- ставлять ее часть или находиться вне ее. Таким образом, на основе требований к размерам рабочей зоны СТЗ формируются требования к оптической системе, ДОИ, осуществляется выбор количества и компоновочной схемы взаимного расположения ДОИ, элементов робота и технологического оборудования, источников оптического излучения с учетом возможных экранирующих эффектов. Требования к совместимости затрат времени на решение функцио- нальных задач СТЗ с временными характеристиками технологических циклов являются решающими при определении необходимых затрат аппаратных и вычислительных ресурсов. На практике встречаются две основные ситуации: СТЗ обеспечивает необходимое быстродействие и не нарушает вре- менные характеристики технологических циклов робототехнических систем; достижение необходимого быстродействия СТЗ экономически целесообразно, поэтому скорость выполнения технологических циклов роботами и оборудование принудительно ограничиваются для согласо- вания с быстродействием СТЗ. Возможна промежуточная ситуация, ко- гда на одних этапах технологического цикла производительность опре- деляется быстродействием СТЗ, а на других – быстродействием робота и технологического оборудования. Требования к программной и аппаратной совместимости различ- ных блоков СТЗ, а также СТЗ и системы управления робота являются определяющими при выборе структуры, состава аппаратных средств, включая интерфейс между отдельными узлами и внешними устрой- ствами. При разработке структуры СТЗ рекомендуется использовать из- делия Государственной системы промышленных приборов (ГСП) и средств автоматизации или изделия, удовлетворяющие стандартам ГСП (после доработки и утверждение ГСП должна войти в систему промыш- ленных приборов, средств вычислительной техники и автоматизации (ППСА), а стандарты ГСП – в Единую систему стандартов приборо- строения (ЕССП)). Применение ее изделий, входящих в ГСП, допуска- ется в том случае, если их аналоги в ГСП не удовлетворяют требовани- ям технического задания или отсутствуют. Под аппаратной совместимостью понимают а) конструктивную сов- местимость используемых разъемов, плат, модулей, стоек и других кон- струкций, б) энергетическую совместимость по напряжениям и токам пи-тания, в) сигнальную совместимость по уровням аналоговых и цифровых сигналов, их временным характеристикам, г) схемотехническую совме- стимость по назначению линий связи (распайке проводников в разъемах), д) информационную совместимость по потокам управляющих (команд- ных и оповещения), информационных и программных сигналов (времен- ных диаграмм). Информационная совместимость непосредственно связа- на с программной. Кодирование символьной информации, используемой для ввода программ, команд и числовых данных, обмена сообщениями документации, осуществляется на основе ряда стандартов. Программная совместимость включает совместимость а) протоко- лов обмена информацией, б) способов кодирования информации, в) языковую и смысловую совместимости программ пользователей и г) совместимость операционных систем. Требования к возможности перенастройки и перепрограммирова- ния СТЗ существенно сужают область использования аппаратных средств, значение которых снижается в связи с развитием высокопроиз- водительной микропроцессорной техники. Требования к расширению функциональных возможностей СТЗ в процессе их эксплуатации удовлетворяются на этапах схемотехническо- го проектирования (выделение резервных цифровых и аналоговых кана- лов для подключения ДИ и исполнительных механизмов, расширение нагрузочной способности интерфейса) и конструкторской проработки (выделение резервных разъемов, мест для установки дополнительных плат в конструктивах). Требования к устойчивости процессов управления с помощью СТЗ, исключению автоколебательных процессов налагают ограничения на выбор результирующего времени реакции системы СТЗ-СУР-привод ПР T на изменение управляемого параметра: жүктеу/скачать 245 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|