Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы организационно-технологического управления роботизированными комплексами. Учебное пособие
.pdf
91
а приемное – соединяют с пневмоусилителем или
преобразователем выходного сигнала в электрический импульс,
которые и фиксируют прерывание объектом струи. С помощью
струйных систем очувствления можно определить наличие
предмета в диапазоне расстояний от 0 до 20 мм с погрешностью
от 2 до 8 %, быстродействием до 1 мс и максимальной
чувствительностью 200 Па/мкм. К преимуществам струйных
рецепторов можно отнести: малый вес и габаритные размеры,
простота конструкции, и технологии изготовления, значительная
надежность, возможность работы без искажений с большим
уровнем разнообразных помех, а также во взрыво- и
пожароопасных условиях. К недостаткам струйных датчиков
следует отнести: ограниченный диапазон функциональных
возможностей и дальности действия, недостаточное в ряде
случаев быстродействие, большие размеры источников питания
со значительными энергозатратами.
Как отмечалось выше, наряду с тактильным и локационным
очувствлением в робототехнике нашло широкое распределение
визуальное очувствление или техническое зрение. Среди всех
рассмотренных систем адаптации ПР наибольшей
информативной емкостью обладают системы технического
зрения (СТЗ) (рис. 10). Русская пословица гласит – лучше один
раз увидеть, чем сто раз услышать, подтверждая значимость
человеческого (биологического) и технического зрения.
Функциональное назначение последних обладает большим
многообразие. Применительно к пищевой и химической
промышленности СТЗ может быть использовано:
- для контроля наличия объекта на транспорте, в таре,
оборудовании и т. п.;
- распознавания объектов находящихся в поле зрения
робота;
- определения действительного положения объекта и его
ориентацию;
- визуального контроля качества объекта (наличие
дефектов, определение физических параметров и т. п.);
92
- сортировки и выбраковки объектов;
- измерения геометрических параметров;
- выбора нужного объ екта из навала;
- ориентированной укладки объекта в тару, кассету,
коробки и т. п.
- подсчета числа объектов и определение полноты
комплектования;
- считывания и расшифровки меток маркеров, кодов,
этикеток и т. д.
- слежения за перемещениями и изменениями скорости
объектов с ее измерением;
- обнаружения препятствий, мешающих движению робота,
измерение расстояния до них;
- использования для адаптивного управления ПР;
- навигации и наведения мобильных работ;
- калибровки геометрических параметров манипулятора;
- коррекции траектории рабочего органа робота;
- визуального контроля правильности осуществления
операций, например нанесения покрытий (покраска,
глазировка и т. д.), выполнение рисунков, подписей,
осуществления разделки туш и т. п.;
- организации учета и складирования предметов
производства технологической оснастки, тары и т. д.;
- осуществления маршрутизации материалопотоков;
- визуального определения изменений во времени
наблюдаемых физических и технических параметров.
93
К управляющему
7
6
устройству
8
1 2
3
4
5
Рис. 10. Обобщенная структурная схема системы технического
зрения: 1 – оптическая система с преобразователем типа «свет-сигнал» ;
2 – блок АЦП и предварительной обработки сигнала; 3 – блок БЗУ и
связи с ЭВМ; 4 – видеоконтрольное устройство; 5 – дисплей; 6 – ЭВМ;
7 –блок синхронизации; 8 – осветительное устройство. Соединения
блоков: механическое; - - - бесконтактное визуальное
Представленный перечень можно было бы продолжить,
т. к. область применения СТЗ поистине безгранична, причем
средства технического зрения могут использоваться как с ПР, так
и отдельно в составе разнообразного технологическог о
оборудования. Системы технического зрения, пожалуй, относятся
к одним из наиболее сложных и интересных творений
приборостроительной техники. Системами технологического
зрения называются такие сенсорные устройства, которые
обеспечивают получение изображения рабочей сцены, его
преобразование, анализ, обработку с помощью микроЭВМ или
микропроцессора и передачу результатов измерений
управляющему устройству робота или ЭВМ вышестоящего
уровня управления.
94
В общем случае структурная схема СТЗ представлена на
рис. 10. В зависимости от характера восприятия и первичного
преобразователя видеоинформации СТЗ можно разделить на две
группы: на базе телекамер и различных твердотельных
преобразователей. В последних в качестве преобразователей
наибольшее распространение в робототехнике нашли
многоэлементные твердотельные приемники излучения (МЭПИ)
фоторезистивные (ФР), фотодиодные (ФД), фототранзисторные
(ФТ), приборы с зарядной связью (ПЗС) и инжекцией заряда
(ПЗИ). Как правило, МЭПИ в СТЗ роботов выполняются в виде
отдельно стоящего сенсора, линейки и матрицы видеодатчиков, а
также в виде объемных фигур (например, параллелепипеда).
Среди выше перечисленных приемников излучения
определенный интерес вызывают приборы с обратной связью и
инжекцией заряда. Первые, соответственно из них, представляют
собой монолитную матрицу из близко расположенных емкостей
типа металл-окисел- полупроводник, т. е. МОП-конденсатор,
образованную как правило параллельно расположенными слоями
кремния, его двуокиси и металлической пластины. Работа ПЗС
основана на преобразовании распределения освещенности в
регистрируемом изображении.
В зависимости от физической реализации различают два
типа ПЗС: приборы с поверхностным переносом заряда и с
объемным переносом. Последние имеют ряд преимуществ,
заключающихся в увеличении быстродействия и снижения
уровня шумов. По способу организации структуры ПЗС
подразделяются с кадровым и со строчно-кадровым переносом
заряда. К недостаткам соответственно первых можно отнести
необходимость в двойном количестве ПЗС элементов вследствие
наличия секции хранения. Приборы с инжекцией заряда в общих
чертах напоминают ПЗС, причем во время получения
изображения заряд удерживается на том месте изображения, где
он был образован. Считывание зарядов осуществляется путем их
инжекции в полупроводниковую подложку при соответствующих
95
изменениях потенциалов в электродах структур. Основным
достоинством приборов ПЗИ является достаточно простая
организация считывания информации.
СТЗ на базе телевизионных передающих камер
приоритетное направление в области создания технического
зрения роботов. Одним из основных элементов данных систем
является ТВ-камера, представляющая собой оптико-электронный
функциональный преобразователь. В общем случае телекамера
состоит из вакуумной передающей телевизионной трубки,
оптической системы (частный случай объектив), блоков
формирования сигналов развертки, усиления и преобразования
видеосигнала, устройство фокусировки и наведения.
Промышленностью выпускаются телевизионные трубки для СТЗ,
типа диссекторов, суперортиконов, видиконов. За рубежом
нашли широкое распространение ортиконовые трубки и
иконоскопы. В телевизионных передающих камерах СТЗ роботов
в зависимости от назначения могут использоваться объективы
фотографические («Мир», «Эра», «Таир» и т. п. ), киносъемочные
(ОКС) объективы, а также вариобъективы («Вариогоир»,
«Вариограмма» и т. п.) и другие. Видеодатчики (табл. 7)
(телекамеры и МЭПИ) в СТЗ могут располагаться как на ПР, так
и вне его (табл. 8).
96
Схемы характерных типов датчиков изображения
Схемы основных типов датчиков изображения
Тип 0D
Сканирование рабочей сцены точечным видеодатчиком
(точечная информация)
Тип 1D
Сканирование рабочей сцены линейкой видеодатчиков
(информация по 1 координате)
Тип 2D
Сканирование рабочей сцены матрицей датчиков
(информация по 2 координатам, т.е. плоская)
Таблица 7
Тип 3D
Сканирование рабочей сцены объемной матрицей датчиков
или камерой (информация по 3 координатам, т.е. объемная)
97
Таблица 8
П
Характерное расположение видеодатчиков
Расположение видеодатчиков
Установка фиксированного датчика над рабочей сценой
Установка 2 фиксированных датчиков над рабочей сценой
под углом j друг к другу. Угол j определяется из
конкретных условий химико-технологического процесса
Установка 3 фиксированных датчиков дающих 3 проекции
рабочей сцены во взаимно перпендикулярных плоскостях
Установка датчика на промышленном роботе
98
Окончание табл. 8
П
Расположение видеодатчиков
Установка датчика на руке промышленного робот
Установка датчика на рабочем органе промышленного робота
Для получения качественного изображения в СТЗ
первостеп енное значение имеет характер освещенности рабочей
сцены. Можно выделить три основных методов освещения
(табл. 9): - в проходящем свете (теневое) – целесообразнее
применять при необходимости распознавания или измерения
силуэтов объектов;
- фронтальное освещение – позволяющее определить
конфигурацию объекта и его объемные элементы;
- направленного освещения (светлом поле) – используется
для обследования объекта, выявления различных дефектов типа
впадин, трещин, раковин и т.д.
Авторы не ставили своей целью рассмотрения вопросов
формирования изображения объекта в СТЗ, ее разработку,
распознавание и организацию управляющего воздействия на
манипулятор.
99
Таблица 9
камера (видеодатчик),
Методы освещения рабочей сцены
Метод освещения в проходящем свете, дающий наиболее
качественное плоское теневое изображение объекта, где 1 –
камера (видеодатчик), 2 – объект распознавания, 3 – осветитель
(излучатель), 4 – рабочая сцена
1
2
3 4
Метод фронтального освещения, позволяющий выделить
объемные элементы объекта, где 1 –
2 – объект распознавания, 3 – осветитель (излучатель), 4 –
рабочая сцена
3
1 1
2
4
Метод получения изображения в "светлом поле" где
1 – камера (видеодатчик), 2 – объект распознавания, 3 –
осветитель (излучатель), 4 – рабочая сцена
4
В заключение отметим, что ПР оснащаются, как правило
различными типами датчиков в зависимости от конкретных
производственных условий и функций выполняемых роботом.
1 3
2
100
Ниже представлена обобщенная табл. 10, показывающая
основные области использования датчиков очувствления.
Реализуемые операции сенсорными устройствами
Реализуемые операция Тип сенсорного устройства
1
1. Светолокационный
поиск объекта в рабочем
пространстве
2. Поиск объекта при
сканировании пространства
манипулятором
3. Определение ориентации
объекта в пространстве
4. Контроль наличия
объекта в схвате
5. Определение ориентации
объекта внутри схвата
6. Распознавание объектов
2
Телевизионные, визуальные,
ультразвуковые датчики; лазерные
дальномеры, светолокационные датчики
Контактные датчики на основе
микропереключателей; струйные,
ультразвуковые датчики
Лазерные дальномеры; телевизионные,
локационные, ультразвуковые,
силомоментные, контактные датчики;
датчики положений; тактильные матрицы
Контактные, струйные, локационные,
ультразвуковые датчики; силомоментные
датчики совместно с датчиками
положений
Контактные, струйные, локационные,
ультразвуковые датчики; тактильные
мат рицы
Телевизионные датчики; лазерные
дальномеры; контактные датчики в
сочетании с датчиками положений;
тактильные матрицы положений; датчики
положений; фотоматрицы
Таблица 10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]