Файл: Мясников, В. А. Программное управление оборудованием.pdf

двигателями, управляющими движением руки. Координаты руки робота определяются в декартовой системе координат. Положение кисти представляется координатами конца пальца х, у, z, а поза —

углами Эйлера а, (3, у.

Основные подпрограммы (команды) приведены ниже. Подпрограмма MOVE 20 (t, х, у, z, а , |3, у) вычисляет шесть

углов для электромоторов 0Ъ 02, . . ., 0О, соответствующих пози­ ции (х, у, z) и позе (а, р, у), а также перемещает руку в указанное состояние. Аргумент t определяет тип данных (относительные или

абсолютные), а также признак использования тактильных дат­ чиков.

Эта подпрограмма состоит, в свою очередь, из трех следующих подпрограмм. Подпрограмма TRANS вычисляет текущее состоя­ ние потенциометров и преобразовывает угловые координаты су­ ставов в декартовы координаты руки, а затем преобразовывает эти координаты к углам 0Ь 02, . . ., 0О. Когда угол 0,- достигает желаемой позиции, начинает работать подпрограмма PULTAC. Она выключает соответствующий' сервопривод и возвращает управление главной подпрограмме THETA.

Подпрограмма MOVE 30 (t, х, у, 2 , а, (3, у, Да, Д|3) является

расширением предыдущей. Здесь движение может осуществляться с некоторой погрешностью Да, Д|3 для углов а и р .

Подпрограмма MOVE 32 (t, х, г/, 2 , хх, г/г/, zz, р 1г р 2) получает решение градиентным методом. Идентификаторы хх, г/г/, zz ука­

зывают целевое назначение позиции плеча. Позиция конца пальца

Подпрограмма MOVEOO (t, /, 0(.) изменяет i-й угол до зна­

чения 0Г

Подпрограмма MOVE 10 (t, 0!, 02, 03, 04, 05, 0С) является рас­

ширением MOVEOO. Она изменяет все шесть углов до значений

0i, . . ., 0в.

Подпрограмма RESET возвращает руку к начальному со­ стоянию.

Подпрограмма CONV20 осуществляет измерение углов, вы­ числение координат пальцев и печать их значений на пишущей машинке.

Подпрограмма CONV21 производит вычисление текущего состояния руки робота.

Подпрограммы OPEN, CLOSE управляют разжатием и сжа­ тием пальцев.

Для того чтобы робот мог использовать эти подпрограммы, необходим супервизор. Общение оператора с роботом происходит в режиме диалога с помощью пишущей машинки. Когда такая сложная машина как манипулятор управляется непосредственно с помощью пишущей машинки, малейшие ошибки могут привести к серьезным нарушениям. Поэтому необходимо строить систему на принципе многократной защиты.

Система содержит три программы: интерпретатор команд, редактор и исполнитель задачи. Интерпретатор команд осущест­ вляет интерпретацию команды, заданной с пишущей машинки, запрашивает данные, если это необходимо, потом выбирает необ­ ходимые инструкции и выполняет их. Для предотвращения оши­ бок, допущенных по невнимательности оператора, ЭВМ печатает сообщение об ошибке. Только после проверки правильности напе­ чатанной команды может быть напечатана следующая команда.

Редактор транслирует программу, написанную на входном языке на внутренний язык системы и редактирует ее. Элементы

вляется в виде линейного списка элементов. Запрограммированная задача, которая уже обработана редак­

тором, может быть сразу же выполнена. В исполнителе задачи элемент задачи указывается метками г и J. С помощью i читается и декодируется С (i). Затем берутся требуемые данные, соответ­ ствующие L (I). Если форма данных соответствует С (i), то они

вставляются в инструкцию и последняя выполняется. Следую­ щий элемент задачи получает номер J ((). Таким образом, задача

выполняется постепенными шагами.

Все задачи, решаемые данной системой, представляются в виде символов. Система имеет некоторое множество базовых функций, с помощью которых можно представить сравнительно большое

который соответствует конкретному действию

MOVE20 (/, 100, 0, 0, 0, 0, 0)

Функция СОМВШ определяет новый элемент задачи SLASH с помощью линейной комбинации GOX и GOY:

СОМВШ SLASH = GOX + 2GOY

Функция SEQENS выполняет задачу для последовательной цепочки символов:

SEQENS STAIR = GOX ! GOY ! GOX ! GOY

С помощью этих базовых функций, символы которых уже опре­ делены, можно описать уже более сложные задачи.

Предположим, что задача имеет вид:

S42 = А421 ! А422

372

где А обозначает элемент задачи. Поэтому, если задача Sm опре­

деляется выражением S,„ — АО ! SO, -то эта задача интерпре­ тируется как последовательность действий:

S,„ =- АО ! SO= АО ! SI ! А2 ! АЗ ! S4 ! А5 =

= АО ! А 11 ! А12 ! А13 ! А2 ! АЗ ! S4 ! А5 =

= АО ! A ll ! А12 ! А13 ! А2 ! АЗ ! А41 ! S42 ! А43 ! А5 =

= АО ! А11 ! А12 ! А13 ! А2 ! АЗ ! А41 ! А421 ! А422! А43 ! А5

Кроме того, в этой системе допустимы некоторые общие функ­ ции для автоматического синтеза и улучшения задач. Общая функция TRNSFR образует список шагов, которые нужно совер­

шить руке, чтобы перенести объект из одной точки в другую, избежав препятствий. Препятствие при движении определяется с помощью чувствительных систем. На рис. 195 показано, как пе­ ремещается рука из точки S в точку F, избегая барьера В.

Подвижный робот Стенфордского научно-исследовательского института

В Стенфордском научно-исследовательском институте (США) разработан разумный робот, работающий по принципу Глаз—рука. Робот имеет механическую руку (похожую на руку человека) со многими степенями свободы, управляемую ЭВМ. Рука может держать предметы, переносить их и собирать в блоки различной формы. Сам робот, в отличие от вышеописанных конструкций, выполнен подвижным, что значительно расширяет возможности его применения.

Основные задачи системы: восприятие обстановки, ориенти­ ровка, целеустремленное перемещение, манипуляции предметами и самообучение.

373

Информация о внешнем мире поступает в систему от следующих четырех чувствительных систем.

1.Тактильная система. Она выполнена в виде набора гибких проволочек «кошачьих усов», работающих в двоичном коде. При столкновении с препятствием выключают приводные моторы, включают тормоза и передают информацию об этом в ЭВМ. Однако ЭВМ, получившая информацию, с какой стороны расположено ожидаемое препятствие, может подавить это «рефлекторное дей­ ствие» и дать команду тележке двигаться дальше или изменить направление движения. Для той же цели служат буферные уст­ ройства, снабженные датчиками давления.

Эта информация используется для создания «грубой» картины размещения предметов и записи в памяти ЭВМ, чтобы в дальней­ шем быть использованной для выбора оптимальных маршрутов перемещения.

2.Система определения расстояния. Установка имеет даль­ номер, который совместно с ЭВМ позволяет определять расстоя­ ние до предметов и стен комнаты. Расстояние определяется три­ ангуляционным методом. Дальномер измеряет расстояние в диа­ пазоне 0,5— 10 м с ошибкой менее 10%. Измерение угла произво­ дится при помощи светового луча, направленного на предмет, и его рассеянного отражения от предмета.

Дальномер расположен на головке, имеющей две степени сво­ боды — высотную и азимутальную. По команде ЭВМ происхо­ дит обзор обстановки путем перемещения головки в высотном и азимутальном направлениях. Данные вводятся в ЭВМ, что позво­ ляет создать более точную модель окружающей обстановки.

3.Система распознавания образов. Телевизионная камера установлена на той же головке, что и дальномер, и информация от нее поступает в ЭВМ одновременно с информацией от дально­ мера.

Объем информации, поступающей по видеоканалу, сводится к минимуму при помощи специального оборудования, выделяю­ щего только нужные для опознания предметы с заранее извест­ ными свойствами. Это осуществляется при помощи так называе­ мого пространственного дифференцирования видеосигналов, выделяющего только контрастные границы (зоны с бесконечными разрывами освещенности). Так, например, при наблюдении равно­ мерно освещенной поверхности сохраняется лишь информация о граничном контуре — все остальное опускается. Затем с по­ мощью электронной маски выделяются короткие отрезки, соответ­ ствующие ребрам предмета. Отрезки объединяются в длинные линии, образующие в конечном итоге схему контура предметов.

Таким образом определяются положение и ориентация объек­ тов, которые имеют различную освещенность участков, и в конеч­ ном итоге осуществляется их идентификация.

Система ориентации. Ориентация обеспечивается специальной навигационной системой, являющейся по существу системой прой-

374

денного пути. Некоторая точка пола экспериментального помеще­ ния выбирается за начальную. От этой точки ведется непрерывный отсчет поворотов двух ведущих колеси по этим данным вычисляются положение и направление движения тележки. Робот установлен на самоходной тележке, управляемой ЭВМ и перемещающейся при помощи четырех колес. Колеса приводятся во вращение от двух электродвигателей и обеспечивают перемещение тележки вперед-на­ зад и ее поворот вправо-влево. Частота вращения двигателей регулируется ЭВМ.

Положение телевизионной камеры и дальномера регулируется при помощи шаговых двигателей. Управление их поворотом, на­ клоном и фокусировкой осуществляется ЭВМ с помощью оптиче­ ских датчиков и счетчиков.

Робот соединен кабелем с ЭВМ, работающей в режиме разде­ ления времени. Команды для приводных двигателей непрерывно вырабатываются ЭВМ по программе. Сигналы датчиков и другие сигналы с подвижной части робота поступают в ЭВМ тоже по кабелю. Команды на движение и на сбор информации ЭВМ вы­ рабатывает в соответствии с программой «текущих действий». В свою очередь, эта программа приводится в действие програм­ мами более высокого уровня, которые задаются ЭВМ оператором через телетайп. Программа ЭВМ записана на специальном вход­ ном языке машины, рассчитанном на преобразование команд вы­ числений в последовательность кодовых электрических сигналов, воспринимаемых элементами ЭВМ.

Робот для выполнения сборочных операций по чертежу

Японская фирма «Hitachi Ltd.» разработала новую конструк­ цию робота Mark-I, который с помощью вычислительной машины может распознавать различные объемные предметы, имеющие до

стоит из двух телевизионных камер. Первая камера изучает структуру узла, данную в виде чертежа в трех проекциях, и опре­ деляет общую пространственную конфигурацию узла, показан­ ного на чертеже, форму и количество деталей, а также вид и поря­ док их сборки. Вторая камера изучает сами собираемые детали, произвольно установленные на сборочном столе, и определяет их форму, размеры и расположение. Когда вторая камера закан­ чивает изучение расположения деталей, она находит те детали, которые необходимы для каждой ступени их последовательной сборки в узел.

Подсистема мозг (вычислительное устройство) анализирует результаты изучения камерами чертежей и деталей и автоматически

375