Устройство для управления адаптивным роботом

СОЮЭ СОЕЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 55 5 В 9/00 ГОСУДАРСТВЕННЬЙ КОМИТЕТ С ПО ЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТК д РЫТИИОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ оботон,нинано при создании адаптфункционирующих в среченной видимостью. Всчет выполнения блокамодели внешней среды де со устрой форми с помо не з хнический ани ью маттян ричного коммутат ратора и матричногоа ключевых элементов тво СССРО, 980.о СССРО, 1981.Л.НИЯ АДАП относится к област ожет быть испольэо АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАТИВНЫМ РОБОТОМ(57) Изобретениеробототехники и м вычислительного блока с помощью тригера, элементов И и ИЛИ обеспечивается одновременная блокировка всехключевых элементов вычислительногоблока, соответствующих тем положениям робота, в которых возможны егокасания с данной точкой препятствиячто повышает быстродействие устройстна. 2 з.п.ф-лы, 9 ил.1252755 иИ Составитель Е,Политовор О.Бугир Техред М.Ходанич Корректор В,Бутя е каз 462 ое ска роизводственно-полиграфическое предприятие,г,ужгород,ул.Проектная,48 Ти НИИПИ Государственногопо делам изобретений 13035, Москва, Ж, Р аж 83 комит и отк 11 одпа СССРтийнаб., д.ч/1 О 15 20 25 30 35,40 45 50 55 Изобретение относится к робототех нике и может быть использовано при создании адаптивных роботов, функционирующих в среде с ограниченной возможностью.Пель изобретения - повышение быстродействия устройства за счет одновременной блокировки всех ключевых элементов формирователя траектории пе,емещения, соответствующих тем положениям робота, в которых возможны его касания с данной точкой препятствия.На фиг. представлена функциональ. ная схема предлагаемого устройства; на фиг,2 - схема задатчика целей; на фиг.З - схема многостабильного триггера; на фиг.4 - схема блока приводов; на фиг.5 - схема блока датчиков положений; на фиг.б - схема дешифратора положения; на фиг.7 - схема блока возврата в предыдущее положение; на фиг. 8 - схема блока тактильных датчиков; на фиг. 9 - схема формирователя модели внешней среды.Устройство содержит задатчик 1 целей, формирователь 2 траектории перемещения, блок 3 элементов ИЛИ, многостабильный триггер 4, блок 5 приводов, блок 6 датчиков положения, дешифратор 7 положения, блок 8 возврата в предыдущее положение, блок 9 тактильных датчиков, формирователь 10 модели внешней среды, ключевые элементы 11, первый элемент ИЛИ 12, первые элементы И 13, второй элемент И 14, первый триггер 15 (фиг.1), блок 16 переключателей, первый дешифратор 17 (фиг.2), третьи элементы И 18 (фиг.З), второй элемент ИЛИ 19, четвертые элементы И 20, третьи иэлементы ИЛИ 21, усилители 22, серводвигатели 2 Э, потенциометрические датчики 24 (фиг.4), аналогоцифровые преобразователи 25, вторые дешифраторы 26 (фиг.5), третий дешифратор 27, дифференцирующие элементы 28, четвертый элемент ИЛИ 29 (фиг.б), вторые триггеры 30, четвертые элементы И 31, третий триггер 32, четвертые элементы ИЛИ 33 (фиг,7) тактильные датчики 34, пятый элемент ИЛИ 35 (фиг.8), матричный дешифратор 36, матричный коммутатор 37 (фиг.9). Устройство работает следующим образом. Перед началом работы на втором выходе задатчика 1 целей появляетсякратковременный сигнал, который пос. тупает на пятые входы всех ключевых элементов 11 и устанавливает триггеры 15 ключевых элементов 11 в единичное состояние. Перед выполнением каждого элементарного акта движения на втором выходе дешифратора 7 положения появляется кратковременный запрещающий сигнал, который поступает на третьи входы элементов И 14 всех ключевых элементов 11 и блокирует их.Ключевой элемент 11, соответствующий конечному целевому положению робота, выделяется задатчиком 1 целей. При этом последний формирует на информационном входе ключевого элемента 11 единичный сигнал, в результате чего данный ключевой элемент 11 становится генератором сигнала возбуждения, который поступает на входы соседних ключевых элементов 11 после снятия общего запрещающего сигнала с второго выхода дешифратсра 7 положения.Дешифратор 7 положения формирует на основании информации, поступающей от блока 6 датчиков положения, единичный сигнал на входе того ключевого элемента 1, который соответствует текущему положению робота. При этом элементы И 13 данного ключевого элемента 11 открываются и пропускают сигналы, поступающие на шестые входы данного ключевого элемента 11, через соответствующие элементы ИЛИ блока 3 на входы многостабильного триггера 4.1 Такая организация формирователя 2 приводит к тому, что после окончания общего запрещающего сигнала ключевой элемент 11, соответствующий конечному положению робота, начинает передавать сигнал возбуждения на входы соседних ключевых эле ментов 11, который, распространяясь по ключевым элементам 11, достигает входов ключевого элемента 11, соответствующего текущему положению робота. Очевидно, что первым на одном из входов этого ключевого элемента 1 появляется тот сигнал, который прошел по кратчайшему пути от генерирующ го ключевого элемента 11.Пройдя через один из элементов И 13 ключевого элемента 11. Пройдя через один из элементов И 13 ключевого элемента 11, соответствуюшего текущему положению робота, и соответствующийэлемент ИЛИ блока Э, этот сигнал устанавливает мцогостабильный триггер 4 в состояние, соответствующее направлению, со стороны которого прошел первый сигнал возбуждения, После дующие сигналы, проходящие на другие входы многостабильцого триггера 4 це цо кратчайшему пути, состояния много стабильцого триггера 4 не изменяют.Таким образом, путь первого сиг- О нала является воспроизводимой в блоке 2 моделью кратчайшего пути от те-., кущего положения работа к конечному. фиксация Ьервого сигнала соответствует акту принятия решения, заключающегося в выборе того направления, в котором нужно совершать перемещения роботу с тем, чтобы по кратчайшему пути достичь конечного целевого поло жения, Состояние многостабильного 20 триггера 4 сохраняется до тех пор, пока приводы блока 5 не отработают элементарного шага движения. Окончание элементарного шага движения фиксируется блоком 6 датчиков положения.25 При этом информация о текущем положении робота от блока 6 датчиков положения запоминается в блоке 8 возврата в предыдущее положение, а дешифратор 7 положения выбирает следую-З 0 щий ключевой элемент 11, соответствующий новому текущему положению робота, и вырабатывает кратковременный запрещающий сигнал на своем выходе, тем самым блокируя всю сеть. При этом 35 многостабильный триггер 4 возвращается в исходное состояние и все описанные операции повторяются до тех пор, пока робот не достигает конечно. ного положения, 40В том случае, если при перемещении робота происходит соприкосновение с препятствием, то один из тактильных датчиков 34, который пришел в соприкосновение с препятствием, 45 вырабатывает сигнал, который поступает на соответствующий вход формирователя 10 модели внешней среды и на вход блока 8 возврата в предыдущее положение. На входы формирова теля 1 О модели внешней среды поступает также информация от дешифратора 7 положения. Формирователь 10 модели внешней среды выбирает подмножество ключевых элементов 1, соот ветствующих положениям робота, в которых он соприкасается с данной точкой препятствия и вырабатывает на соответствующих выходах единичныесигналы, которые поступают ца первыевходы выбранного подмножестваключевых элементов 11 и далее ца первые входы триггеров 15. На выходахтриггеров 15 появляются нулевые сигналы, ; торые -"ступают на входы элементов И 14 и закрывают их, при этомданные ключевые элементы 1 переходят в заблокированное состояние. Одновременно по сигналу с выхода блока 9 тактильных датчиков срабатываетблок 8 возврата в предыдущее положение и вырабатывает на основании ранее запомненной информации о текущемположении работы сигналы, которые,поступая на блок 5 приводов, возвращают робот в предыдущее положение.Окончание отработки элементарногошага возврата также фиксируется блоком 6 датчиков положения и, следовательно, дешифратором 7 положения,который вырабатывает запрещающий сигнал на своем втором выходе и темсамым прекращает работу блока 8 возврата в предыдущее положение,После этого процедура моделирования кратчайшего пути, выделения первого шага и отработки его блоком 5приводов возобновляется, но уже приусловии, что ключевые элементы 11,соответствующие положениям робота,в которых он соприкасается с даннойточкой препятствия, заблокированы ице участвуют в процессе моделированиякратчайшего пути.Если препятствие в рабочей зонеимеет большие размеры и сложную форму, то в процессе адаптации к даннойситуации в рабочей зоне робота происходит всего несколько касаний роботас каждым из препятствий, а если размеры препятствия достаточно малы, тодостаточно одного касания, после чего устройство управления управляетдвижением робота беэ соприкосновенийс препятствиями,С помощью блока 16 в блоке 1 набираются значения координат роботапо каждой степени подвижности, Значения координат могут набиратьсянепосредственно в унитарном коде.Набранные значения конечных координат дешифрируются дешифратором 17,который формирует на одном из своихвыходов единичный сигнал, поступающий ца вход соответствующего ключевого элемента 11 блока 2, При зтомданный ключевой элемент 11 становится генератором сигнала возбуждения.Кроме того, перед началом работы устройства управления с помощью блока 1 Ь переключателей формируют также5 кратковременный единичный сигнал, который появляется на последнем выходе блока 6 переключателей и связанных с ним входах триггеров 15. В ре ультате происходит установка триг. 1 О герон 15 н исходное единичное состояние. В исходном состоянии на входах триггера 4 присутствуют нулевые сигналы, блокирующие элементы И 18.Нулевые сигналы с выхода каждого из 15 элементов И 18 поступают на инверсные входы остальных элементов И 18 и подготавливают их к срабатыванию, Поэтому с приходом первого едийичного сигнала по одному из входов 20 триггера 4 на выходе соответствующего элемента И 18 появляется единич- ный сигнал, который поступает на соответствующий выход триггера 4. Кроме того, единичный сигнал на выходе 25 соответствующего элемента И 18 блокирует нсе остальные элементы И 18.Поэтому последуюдне сигналы, пришедшие по другим входам триггера 4, не изменяют его состояние. Если на всех 30 входах триггера 4 вновь сформированы нулевые сигналы, то нсе элементы И 18 переходят н нулевое состояние и на выходах триггера 4 появляются также нулевые сигналы. После этого триг- З 5 гер 4 готов к новому акту фиксации первого сигнала, поступившего на один из его входов.Сигналы управления движением робота, пос.тупающие на входы блока 5 ф 0 с выходов многостабильного триггера 4, проходят через элементы И 20, если на выходе элемента ИП 9 при этом присутствует нулевой сигнал, далее проходят через элементы ИЛИ 45 21, усиливаются усилителями 22 и поступают на управляющие обмотки серноднигателей 23. В результате происходит поворот валов серноднигателей 23, который передается на соот" нетстнующие потенциометрические датчики 24, на выходе которых присутствует напряжение, пропорциональное углу поворота налан сернодвигателей 23. При по туллении на входы блока 5 приводов управляющих сигналов от блока 8 возврата н предыдущее положение на выходе элемента ИЛИ 19 появляется единичный сигнал, который поступает на инверсные входы элементов И 20 и закрывает их. Управляющие сигналы проходят через элементы ИЛИ 21, усиливаются усилителями 22 и далее поступают на управляющие обмотки серводвигателей 23, которые отрабатывают шаг возврата в предыдущее положение.Напряжение с выходов потенциометрических датчиков 24 блока 5 поступает на входы аналого-цифровых преобразователей 25, на выходах которых появляются двоичные коды, соответствующие поступаемому напряжению и, следовательно, углам поворота серводвигателей 23, Эти двоичные входы дешифрируются в унитарные коды с помощью дешифраторов 26.Информация от блока 6 датчиков положения поступает на входы дешифратора 27, на одном из выходов которого, соответствующем поступающей информации, появляется единичный сигнал, который лоступает на второй вход соответствующего ключевого елемента 11 вычислительного блока 2 и на соответствующий вход блока 10 формирования модели внешней среды, а также на вход соответствующего дифференцирующего элемента 28, который формирует кратковременный сигнал, поступающий через элемент ИЛИ 29 на третьи входы ключевых элементов 1 1 и на соотнетствующий вход блока 8 возврата в предыдущее положение.Сигналы, поступающие на входы блока 8 с выходов блока 6 датчиков положений, проходят на информационные нходы соответствующих триггеров 30, Поэтому с приходом кратковременного импульса с выхода дешифратора 7 положения, поступающего на входы триггеров 30, в состояние триггеров 30 записывается код текущего положения робота. Кроме того, ло сигналу на соответствующем входе блока 8, поступающего с второго выхода дешифратора 7 положения, триггер 32 устанавливается н нулевое состояние. Нулевой сигнал на выходе триггера 32 закрывает элементы И 31. Если робот касается препятствия, то единичный сигнал со второго выхода блока 9 так.тильных датчиков поступает на соответствующий вход блока 8 и устанавливает триггер 32 в единичное состояние, при этом элементы И 3 открываются и информация, записанная в1 1252755 триггерах 30, проходит на выходы элементов И 31 и через соответствующие элементы ИЛИ 33 на выходы блокак 8 и далее на соответствующие входы д блока 5 приводов. При этом на выхо т дах блока 8 формируется код направт ления движения робота, обратный записанному в триггерах 30.При соприкосновении подвижной части робота, на которой расположены 1 О тактильные датчики 34, с препятствием на выходе одноГо из тактильных датчиков 34 появляется единичный сигнал, который поступает на соответствующий вход формирователя 10 15 д модели внешней среды и через элемент ИЛИ 35 на соответствующий вход блока 8 возврата в предыдущее положение.На входы матричного дешифратора 36 поступает информация от дешифра ны тора 7 положения и блока 9 тактильных датчиков, В зависимости от этой информации на одном из выходов дешиф- вн ратора 36 появляется единичный сиги нал, который поступает на соответ вх ствующий вход коммутатора 37, на соответствующих выходах которого появляются единичные сигналы, поступаю- те щие на входы соответствующих ключе". вых элементов 11 блока 2, и перево- ЗО тр дят их в заблокированное состояние, Информация предварительно заносится вх в коммутатор 37 на основании расчет- ме ных или экспериментальных данных. 1, Устройство для управления адап" тивным роботом, содержащее последовательно соединенные задатчик целейЭ формирователь траектории перемещения, блок элементов ИЛИ, многостабильный триггер, блок приводов, блок датчиков положения и дешифратор положенияЭ первые выходы которого подключены к вторым входам формирователя траекто". рии перемещения, а также блок тактильных датчиков, соединенный первым выходом с первым входом блока возврата Применение изобретения позволит обеспечить значительное сокращение времени адаптации робота, функционирующего в среде с ограниченной видимостью, к ситуации в рабочей зоне. формула изобретения предыдущее положение, выходы котоого подключены к вторым входам блоа приводов, вторые входы - к выхоам блока датчиков положения, а треий вход - к второму выходу дешифраора положения и третьему входу формнроват.ля тр". кторин перемещения,оединенного четвертыми входами с выодами формирователя модели внешей среды, а пятый входом - с вторымходом задатчика целей, о т л и -а ю щ е е с я тем, что, с цельюовышения быстродействия, в нем формирователь модели внешней среды соеинен своими первыми входами с первыми выходами дешифратора положения,вторыми входами - с вторыми выхоами блока тактильных датчиков идержит последовательно соединене матричный дешифратор и матричныйммутатор, выходы которого подключек выходам формирователя моделиешней среды, соединенного первымивторыми входами с соответствующимиодами матричного дешифратора.2. Устройство по п.1, о т л и -а ю щ е е с я тем, что формироваль траектории перемещения содержитючевые элементы, первые, вторые,етьи, четвертые и пятые входы корых соединены с соответствующимиодами формирователя траектории перещения, шестые входы - с выходамисоседних ключевых элементов, первыеЗ 5 выходы - с шестыми входами соседнихключевых элементов, а вторые выходы -с выходами формирователя траекторииперемещения.3. Устройство по п.2, о т л и -4 О ч а ю щ е е с я тем, что каждый ключевой элемент содержит первые элементы И, триггер и последовательносоединенные элемент ИЛИ и второй элемент И, второй вход которого подклю 45 чен к выходу триггера, а первый,второй, третий, четвертый, пятый ишестые входы, а также первый и вторые выходы ключевого элемента соединены соответственно с первым входомэлемента ИЛИ, первым входом первыхэлементов И, третьим входом второгоэлемента И, первым входом триггера,вторыми входами элемента ИЛИ, выходом второго элемента И и выходами55 первых элементов И,