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

в у с л о в н ы х е д и н и ц а х с л е д у ю щ и м о б р а з о м :

Если при этом Sq — площадь одной детали в тех же условных единицах, то число деталей, прошедших по конвейеру за время t,

равно

извольной формы, использующее описанный принцип счета общей площади и нормирования результата по площади одной детали, содержит кроме линейки датчиков, расположенной над лентой конвейера, устройство опроса состояний датчиков (распредели­ тель импульсов), пересчетную схему с коэффициентом пересчета, пропорциональным 5 0, и индикаторный счетчик. Результат счета может соответствовать как числу изделий, так и целым партиям (например, десяткам, сотням и т. д.). Площадь одной детали может вычисляться заранее и вводиться в устройство перед началом работы. Однако в ряде случаев удобно, чтобы устройство вы­ числяло площадь одной детали и изменяло коэффициент пересчета, пересчетной схемы'без участия оператора. Такие счетчики с само­ обучением удобны в тех случаях, когда по одному и тому же кон­ вейеру проходят партии разных изделий.

Схема такого устройства содержит дополнительный двоич­ ный счетчик и схему сравнения [53]. На этапе обучения по кон­ вейеру подается эталонная деталь. Площадь этой детали опреде­ ляется и фиксируется двоичным счетчиком. В рабочем режиме счета площадь всех деталей, прошедших по конвейеру, нормируется по площади эталонной детали. Для увеличения точности при под­ счете изделий, форма и размеры которых задаются с определен­ ными допусками (галопл-Дв обувных цехах, абразивные круги, различные заготовки и т. п.), в устройство вводится корректи­ рующая схема, которая автоматически округляет результат счета при появлении между изделиями поперечных промежутков по всей ширине ленты.

Для подсчета партий различных изделий, перемещаемых по конвейеру, в устройство счета вводится схема разделения на группы по характерным признакам, кроме того, вводится ограни­ чение на взаимное расположение изделий.

460

Алгоритмы обработки информации о состоянии внешней среды

Как отмечалось выше, основным требованием, предъявляемым к системе адаптации промышленного робота, является необхо­ димость функционирования всей системы в реальном масштабе времени. Это предъявляет жесткие требования как к быстродей­ ствию управляющей ЦВМ, так и к сложности алгоритмов обработки информации.

В ряде обзорных статей описаны интегральные роботы, управ­ ляемые ЦВМ, с автономно действующей решающей системой и развитыми подсистемами восприятия зрительной, тактильной и других типов информации о внешней среде. Большинство описан­ ных систем ориентированы на распознавание трехмерных объек­ тов произвольной, заранее неизвестной формы. В некоторых слу­ чаях ставится задача определения вероятных очертаний объектов по нечетким первичным изображениям [53]. Такие роботы, без­ условно, найдут применение, например, при исследовании океан­ ских глубин, при космических исследованиях и т. п. Однако в качестве промышленных роботов такие системы непригодны, так как исключительная сложность алгоритмов обработки зри­ тельной информации приведет к значительным задержкам времени передачи деталей с одного рабочего места на другое. Рабочее место промышленного робота должно быть организовано так, чтобы нахождение нужной детали и определение ее ориентации выпол­ нялись максимально просто, с минимальными временными затра­ тами. Для большинства технологических операций на изучение обстановки на рабочем поле робота должно отводиться время от долей секунды до единиц секунд.

Информация о расположении деталей и их размерах может быть получена с помощью «глаз» робота, т. е. с помощью телеви­ зионной, лазерной либо других систем обзора пространства.

Дополнительная информация о форме и положении объектов манипулирования может быть получена с помощью «органов ося­ зания», в качестве которых могут быть использованы тактильные датчики с электрическими и магнитоуправляемыми контактами. Возможно использование i датчиков ближнего обнаружения: ультразвуковых, датчиков^у-излучений и т. п. Однако следует учитывать, что датчики, устанавливаемые на захвате робота, могут выполнять только вспомогательную функцию. Поиск пред­ мета в пространстве, определение принадлежности найденного предмета и параметров его положения с помощью чувствительных датчиков на захвате требуют длительного времени, кроме того, это время является случайной величиной, зависящей от место­ положения, формы и ориентации детали. Более перспективным в этом отношении является использование телевизионных и лазер­ ных систем. Однако ги тот и другой способ обзора рабочей зоны обеспечивает получение изображения деталей с топологическими,

461

неравномерными по разным направлениям искажениями. Действи­ тельно, любой предмет, находящийся непосредственно под теле­ визионной камерой либо лазерным источником, выглядит иначе, чем предмет, находящийся в стороне, но попадающий в поле зре­ ния робота. Алгоритмы распознавания деталей и определения

решение таких задач возможно [20, 531. На первом этапе внедре­ ния адаптивных роботов в промышленность целесообразно исполь­ зовать изображения рабочей зоны в виде двумерной дискретной матрицы (сетчатки), называемой часто рецепторным полем. Каждый элемент сетчатки может принимать только ограниченный набор значений (в простейшем случае— два значения — 0 либо 1). Нулевое значение рецептора соответствует отсутствию детали в данной точке плоскости, а единичное — наличию детали. Такие двузначные рецепторные поля, воспроизводящие образы деталей практически без топологических искажений при соответствую­ щем числе рецепторов на поле, могут быть получены с помощью чувствительных поверхностей либо с помощью неподвижных дат­ чиков, установленных над (под) движущейся лентой конвейера.

Анализ реальных технологических операций позволяет вы­ делить две основные задачи распознавания для управления адап­ тивными промышленными роботами: 1) определение принадлеж­ ности деталей к одному из заданных классов; 2) нахождение необ­ ходимых параметров положения деталей в зоне действия робота.

Наиболее общей задачей является задача выбора предметов заданных форм и размеров среди всех предметов, находящихся на рабочем поле, независимо от их ориентации. Однако чаще всего требуется решать задачи «узнавания» и определения параметров положения сложных деталей, появляющихся в поле зрения без фона из других деталей, либо производить выбор нужной детали на фоне других при простых формах деталей (см. табл. 22).

Алгоритмы выбора предметов заданных форм и размеров среди прочих предметов, находящихся в зоне действия робота. При ре­ шении этой задачи целесообразно ввести ряд ограничений на си­ туации, которые складываются в зоне действия робота.

1. Предметы располагаются в одной плоскости, т. е. рассма­ триваются проекции предметов на плоскость рабочего поля. Это ограничение можно снять, если снабдить робот объемным «зре­ нием». Однако при этом следует учитывать, что алгоритмы обра­ ботки зрительной информации станут намного сложнее, а время анализа значительно увеличится.

2. Проекции предметов не касаются друг друга. Это ограни­ чение связано с предыдущим, так как если проекции предметов имеют общую линию соприкосновения, то при плоском зрении они будут восприниматься как один предмет. Однако при многих реальных технологических операциях это ограничение выпол­ няется естественно.

462

Для взятия предметов и манипулирования с ними необхо­ димо определить ряд характеристик положения предметов на плоскости, так, для круглых предметов достаточно определить координаты геометрических центров, для прямоугольных — коор­ динаты центра и угол наклона одной из граней относительно координатных осей, для предметов более сложных форм — коор­ динаты точек, однозначно определяющих положение предмета на плоскости.

Будем считать, что ситуация на рабочем поле воспроизво­ дится с помощью матрицы Я (X, Y) размером я X т, где X и Y — координатные оси рабочего поля, а элементы матрицы Я {xt, yj) £

£ {0,1} и Я (х., у,) = 0 при xt, уг < 0 и xL(г/;) > я (т). Введем над матрицами \Н\ булевые операции. Результатом булевой опе­ рации над матрицами Я1( Я2, . . ., Hs будет матрица Я, эле­

менты которой получаются в результате выполнения той же бу­

Пусть Я (X, Y) содержит любые массивы единиц, среди кото­ рых имеются изолированные единицы с координатами (хп , г/;1),

(xi2, Уп)> • • ■- (%, У/*). а матрица Я* (X, Y) содержит только

изолированные единицы, причем все, находящиеся в матрице

Я(X, Y). Тогда справедлива следующая теорема. Теорема 1.

Я* (X, Y) = H(X, Y) Д Я ( Х + 1 , Y) Д

Я(X — 1, К + Г ) Д Я(Х, Y - 1 ) А

Я ( Х - 1 , Y).

Доказательство. Для любой неизолированной единицы хотя бы один из сомножителей в правой части равен 0. С другой сто­ роны, для любой изолированной единицы согласно определению 1 все сомножители равны 0.

463