Системы технического зрения. Среди систем очувствления адаптивных роботов наибольшей информационной емкостью обладают системы технического зрения. Они сообщают управляющему устройству от 80 до 90 % всей необходимой для успешного функционирования информации о свойствах объекта манипулирования и параметрах внешней среды.
В промышленном производстве системы технического зрения необходимы на операциях распознавания и сортировки деталей, их разбора из навала и укладки в кассеты, для измерения координат движущихся объектов, подлежащих захвату, определения положения характерных точек и ориентации деталей на сборочных участках, контроля качества обработки поверхности, проверки соответствия их размеров чертежу и т.д. Область применения СТЗ безгранична, они могут использоваться не только с промышленным роботом, но и в составе другого технологического оборудования.
Несмотря на большое различие в характере технологических операций, автоматизируемых с помощью СТЗ, функции последних сводятся в основном к выполнению следующих действий: получение изображения рабочей сцены, преобразование видеосигнала в цифровую форму, фильтрация помех, формирование контурного изображения объектов, сегментация изображения, описание изображения объекта совокупностью признаков, распознавание и классификация объектов, формирование сообщения о результатах измерений.
Важное требование при разработке СТЗ – возможность работать в реальном масштабе времени.
Распознавание или выбор желаемой детали на сцене выполняется путём сравнения вычисленного для каждой детали списка признаков с аналогичными списками, полученными в процессе обучения системы ТЗ и хранящимися в запоминающем устройстве микроЭВМ.
Таким образом, СТЗ представляют собой перепрограммируемые, обучаемые автоматы, решающие в темпе протекания технологического процесса упрощённые задачи распознавания или идентификации деталей, определения их координат и характерных особенностей.
Интеллектуальные камеры машинного зрения применяются во многих областях промышленности и науки. СТЗ разрабатывают ведущие производители средств автоматизации: Balluff (Германия), IFM Electronic (Германия), Leuze Electronic (Германия), Omron (Япония).
Локационные системы очувствления. Локационными системами очувствления называются сенсорные устройства, позволяющие роботу, используя принципы активной или пассивной локации, обнаруживать подвижные объекты, координаты которых известны с большой погрешностью, определять их местоположение, а также осуществлять наведение и захват этих объектов.
При пассивной локации датчики улавливают излучение искомого объекта и определяют его координаты. Для активного режима измерения характерно, что локационная система включает в себя помимо приёмников излучения ещё и источник сигналов, посылаемых в направлении предполагаемого местонахождения объекта. Отражённые волны регистрируются приёмниками.
При конструировании локационных устройств для робототехники наряду с акустическими ультразвуковыми дальномерами используются оптические и электромагнитные методы измерения расстояний.
Таким образом, принцип действия большинства современных локационных систем базируется на излучении и приёме акустических или электромагнитных волн в предположении, что скорость распространения этих волн до препятствия и обратно известна с достаточной точностью и практически не изменяется в течение периода измерения дистанции.
Принцип действия. Локационная, например ультразвуковая, система очувствления работает следующим образом. Синусоидальные колебания, формируемые специальным генератором, модулируются прямоугольными импульсами таким образом, что излучатель передаёт в окружающую среду пачки ультразвуковых колебаний (похожие на прерывистый сигнал зуммера телефона), частота которых соответствует рабочей частоте генератора колебаний и в большинстве случаев находится в диапазоне (40÷100) кГц. Одновременно с помощью генератора импульсов в момент времени, соответствующий переднему фронту излученного в пространство сигнала, запускаются своеобразные часы локационной системы, в качестве которых выступает счётчик импульсов.
Зондирующий ультразвуковой сигнал, отразившись от препятствия, попадает в приёмник излучения, где преобразуется из акустической в электрическую форму, усиливается и отфильтровывается от помех. Одновременно из него выделяется модулирующая составляющая, которая с помощью порогового устройства представляется в виде прямоугольных импульсов, следующих на счётчик и останавливающих процесс счёта. Так как принятые сигналы запаздывают по отношению к зондирующим на время их прохождения до препятствия и обратно, то число импульсов, накопленное в счётчике за этот период, будет пропорционально удвоенному расстоянию до объекта при условии, что излучатель ультразвука и приёмник находятся в непосредственной близости друг от друга.
Обширную группу локационных систем составляют ультразвуковые локаторы, устанавливаемые, как правило, на захватном устройстве робота. Ультразвуковые локаторы, служащие для очувствления захвата, имеют совмещённый излучатель – приёмник ультразвука, что позволяет уменьшить размеры и разместить его между губками.
Оптические локационные датчики состоят из пар светодиод – фотодиод, располагаемых на противоположных губках захвата. В этом случае положение объекта манипулирования по отношению к роботу грубо оценивается по числу затенённых фотоприёмников.
Локационные системы используют в качестве датчиков безопасности движения внутрицехового автоматического транспорта. Робокары оснащаются локаторами, позволяющими оценить наличие препятствий в направлении движения и затормозить, подавая звуковые и световые сигналы с требованием уступить дорогу.
Локационные системы применяются для определения фактической погрешности позиционирования каждого образца робота. Для этого на роботе вместо захватного устройства устанавливают светоотражающую мишень (отражатель). Робот, выполняя заданные программные движения, перемещает отражатель либо в различные фиксированные точки зоны обслуживания, либо отрабатывает определённую траекторию, а положение мишени измеряется лазерным сканирующим дальномером.
Локационные системы применяются в сельском хозяйстве, например для стрижки овец. Емкостные локационные датчики, установленные на машинке для стрижки овец, регистрируют расстояние от режущих кромок до кожи животного. Используя эту информацию для управления движением инструмента по вертикали и изменяя его наклон, робот может корректировать программную траекторию, перемещая ножки машинки на заданной дистанции от кожи животного.
