5.3. Обучаемая система управления со зрением для промышленного робота pm-01 (puma)

23 марта 1990 года в Липецк приехали Богомолов Валерий Павлович – начальник лаборатории одного из отделов ЦНИИМаш и начальник сектора того же отдела Семенко Валерий Петрович. Мы показали им наш робот ТУР-10К, оснащенный техническим глазом, продемонстрировали поиск им заданного предмета, отслеживание траектории, уклонение от препятствий, коротко изложили принципы работы обучаемых систем. В тот же день гости составили техническое задание на установку обучаемой системы управления со зрением на робот PM-01 в лаборатории ЦНИИМаш и обучение его преследованию предмета, перемещающегося в пространстве. Согласно этому заданию была изготовлена обучаемая система с техническим глазом на 200 рецепторов и 6 исполнительных двигателей. В качестве рецепторов сетчатки технического глаза для робота PUMA были использованы двести фоторезисторов СФ3-1, которые были склеены между собой и залиты эпоксидной смолой (см. рис.5.13).

Рис.5.13. Стадии изготовления сетчатки технического глаза

Фоторезисторы изготовленной сетчатки были пронумерованы, как показано на рис.5.14:

Рис.5.14. Нумерация рецепторов сетчатки технического глаза

Расположение фоторезисторов, представленное на рис.5.13 позволяет более равномерно распределить фоточувствительные участки по площади сетчатки по сравнению с расположением в соответствии с которым светочувствительные участки располагаются в виде продольных линий (рис.4.2). Далее, фоторезисторы сетчатки были разделены на четыре группы, как показано на рис.5.15 (рис.5.15,а – черным цветом выделена первая группа рецепторов; рис.5.15,б – черным цветом выделена вторая группа рецепторов; рис.5.15,в – черным цветом выделена третья группа рецепторов; рис.5.15,г – черным цветом выделена четвертая группа рецепторов). Один из двух выходов каждого фоторезистора в отдельной группе был соединен с общей для данной группы шиной, предназначенной для подсоединения к источнику питания. Другой выход каждого фоторезистора отдельным проводком жгута (“зрительного нерва”) соединялся с отдельной строчной шиной резисторной преобразующей матрицы. Разделение рецепторов сетчатки на четыре группы позволяло обучать объект управления выполнению шестнадцати различных задач (поиска целей) за счет различных комбинаций включений питания групп рецепторов.

Рис.5.15. Группы рецепторов сетчатки технического глаза

Сетчатка вставлялась в корпус технического глаза, который имел сменный объектив, направляющий изображение на сетчатку. Конструкция корпуса позволяла менять расстояние между объективом и сетчаткой для наведения фокусного расстояния. Для проецирования изображения на сетчатку использовался фотообъектив “Гелиос-103” с углом зрения 45^о, с относительным отверстием 1:1,8 и фокусным расстоянием 53 мм. В качестве резисторных элементов матрицы технического мозга были использованы подстроечные резисторы СП3-38в-0,125вт-2,2кОм-I номинальным сопротивлением 2,2 Ком. Матрица включала в себя 1200 (200х6: 200 – по числу выходов рецепторов технического глаза, 6 – по числу исполнительных двигателей) резисторов. Конструктивно матрица представляла собой четыре раскладывающиеся платы (см. рис.5.16).

Рис.5.16. Технический мозг и блок усилителей выходных сигналов обучаемой системы управления робота РМ-01

С одной стороны каждая плата имела продольные проводящие дорожки, с другой стороны – поперечные. Подстроечные резисторы были напаяны на продольные дорожки, а контакты ползунов резисторов были соединены с поперечными дорожками, которые, в свою очередь, были соединены разъемами с выходами рецепторов технического глаза. Продольные дорожки были соединены с входами блока усилителей, выходные сигналы которых являлись управляющими для соответствующих электродвигателей робота. В качестве блока питания постоянного тока обучаемой системы управления использовалась приставка выпрямительная Ш5.121.000 производственного объединения “Орловский завод УВМ имени К.Н.Руднева” (ТУ25-01.808-77) с выходным напряжением 9 и 12 вольт. Габариты выпрямительной приставки в мм: 135х80х70, масса – 0,85 кг, потребляемая мощность – 16 ВА. В качестве блока питания постоянного тока усилителей выходных сигналов технического мозга использовались две спаренные выпрямительные приставки, обеспечивающие выходное напряжение от –12 до +12 вольт. Комплект обучаемой системы управляющего зрения для робота PUMA в сборе показан на рис.5.17.

Рис.5.17. Обучаемая система управления с техническим глазом на 200 рецепторов и выходами на 6 исполнительных двигателей

Регулирование доли сигнала управления двигателя от отдельного рецептора осуществляется смещением ползуна подстроечного резистора в ту или иную сторону от среднего нулевого положения. Поскольку обучаемая система управляющего зрения является аналоговой системой, “родные” дискретные датчики положения подвижных частей руки робота были заменены на тахогенераторы (рис.5.18). Использовались тахогенераторы марки ТГП-1А. Кроме этого, платы управления приводами стойки “Сфера 36” были заменены на платы управления приводами, аналогичные тем, которые используются для управления приводами робота ТУР-10К. На их входы были поданы сигналы управления обучаемой системы и сигналы тахогенераторов, а выходы их были соединены с широтно-импульсными преобразователями стойки “Сфера 36” (рис.5.19).

Рис.5.18. Дискретные датчики положения робота PM-01 заменены на тахогенераторы ТГП-1А

Рис.5.19. Схема подключения обучаемой системы управления к роботу PM-01

В схеме использованы следующие обозначения: БУЭП – стойка блоков усилителей электропитания; БП – блок питания стойки “Сфера 36”; МУП – платы модуля управления приводами БУЭП робота ТУР-10К; ШИП – платы модуля широтно-импульсного преобразователя стойки “Сфера 36”; тг – выходы тахогенераторов; СО – технический глаз системы очувствления; МП – матрица-преобразователь обучаемой системы управления; БУ – блок усилителей обучаемой системы управления; 1 – питание рецепторов СО и усилителей ОСУ; 2 – выходные сигналы усилителей БУ и тахогенераторов; 3 – сигналы управления приводами. Таким образом было осуществлено сопряжение аналоговой обучаемой системы управления с системой управления приводами робота PM-01. Изготовленная система была закреплена на руке робота и выходы ее подсоединены к входам управления приводами робота (рис.5.20), при этом стойка ЧПУ (Сфера 36) была отключена.

Рис.5.20. Обучаемая система управления, установленная на робот PM-01

Для усиления выходных сигналов технического мозга и передачи их на входы плат модуля управления приводом двигателей робота использовались усилители, собранные по схеме, описанной в разделе 4.1.

Изготовленная система была закреплена на руке робота и выходы ее подсоединены к входам управления приводами робота (рис.5.21).

Рис.5.21. Робот PM-01, оснащенный обучаемой системой управления со зрением в действии

Работы по изготовлению обучаемой системы управляющего зрения и установке ее на робот PM-01 проводились по хозяйственному договору ? 96-90 между Липецким Домом Техники НТО и научно-производственным центром “Информатика” (для ЦНИИМаш) “Разработка обучаемой системы управления робота PM-01 для решения задач преследования и захвата подвижного объекта” от 01.01.1990 года (срок окончания договора: 01.11.1990г.). Затем работа была продолжена в соответствии с хозяйственным договором между Липецким политехническим институтом (ЛипПИ) и ЦНИИМаш “Совершенствование узлов и процесса обучения обучаемой системы управления” от 01.01.1991 года (срок окончания договора: 01.12.1991г.). Робот обучался решению задач преследования подвижного объекта, уклонения от подвижного объекта, а также решению задачи поиска и сборки узлов. В качестве дальнейшей цели работы планировалось предложить разработанную обучаемую систему управляющего зрения в качестве одного из вариантов системы управления манипулятора космического челнока “Буран” (рис.5.22).

Рис.5.22. Космический челнок “Буран” на стартовой площадке

Однако, сложное положение космической отрасли, в которой она оказалась в то время, не позволило нашим планам сбыться. Работы по “Бурану” были свернуты.