Устройство для распознавания и определения координат объекта манипулирования в рабочей зоне робота

(57) Из технике дании у выработ бота. Ц бретение относится и м.б. использован радиопри созя распознавания объекта манипулирования и точности определения координат.Устр-во содержит датчик 1 текущегоизображения, преобразователь 2 электрического сигнала в оптический,коррелятор 3, телевизионная передающаятрубка 4,блок 10 определения линейных координат, блок 12 выделения максимума взаимно-корреляционной функции, блок 3 определения угловойкоординаты, блок 14 раэверток, механизм вращения, блок 17 памяти эталонного изображения, синхронизатор13. Для достижения цели в устр-вовведены блок 5 фильтров, блок 6 масштабирования, вычислитель 7 крутизны фронтов взаимно корреляционнойфункции,компаратор 8, генератор опорного сигнала 11, электронный ключ 9,коммутатор 15, механизм 15 смены кадров.3 ил. емальные74,ского 103-10 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Сибирский физико-техническийинститут им. В Д Кузнецова приТомском государственном университете им. В.В,Куйбышева и Томскийинститут автоматизированных системуправления и радиоэлектроники(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ОБЪЕКТА МАНИПУЛИРОВАНИЯ В РАБОЧЕЙ ЗОНЕ РОБОТА тр-в, предназначенных дли зрительной информацииль изобретения - повьше1 13Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при создании устройств, предназначенных для выработки зрительной информации робота.Це.пь изобретения - повышение точности распознавания объекта манипулирования и точности определения координат.На фиг. 1 приведена функциональная электрическая схема предложенного устройства;на фиг. 2 - растры телевизионной передающей трубки; на фиг, 3 - сечения взаимно корреляционной функции (ВКФ), характеризующие работу блока фильтров, и вычислителя крутизны фронтов ВКФ.Устройство содержит датчик 1 текущего изображения, преобразователь 2 электрического сигнала в оптический, оптический коррелятор 3, телеви. эионная передающая трубка (ТГТ) 4, блок 5 фильтров, блок 6 масштабирования, вычислитель 7 крутизны фронтов ВКФ,компаратор 8,электронный ключ 9,блок 10 определения линейных координат, генератор 11 опорного сигнала,блок 12 выделения максимума ВКФ, блок 13 определения угловой координаты,блок 14 разверток,коммутатор 15,механизм 16 вращения, блок 17 памяти эталонного изображения, синхронизатор 18 и механизм 19 смены кадров.Устройство работает следующим образом.Устройство работает циклически. Цикл системы осуществляется за пять оборотов блока 17: на первом обороте блока 17 производится запись текущего изображения (ТИ) на экране преобразователя 2, на втором и третьем оборотах блока 17 определяется1коорДината 3 Х, на четвертом и пятом оборотах блока 17 определяетсяЛ л л координата У (где Л Х, ЛУ - оценки координат объекта манипулирования (ОМ), определяемые устройством); причем угол д 1 оценивается на любом из 2-5 оборотов блока 17.На очередном цикле работы устройства датчик 1 воспринимается ТИ и на экране преобразователя 2 воспроизводится ТИ ОМ, которое вместе с эталонным иэображением блока 17 вводится в оптический коррелятор 3, формирующий ВКФ ТИ и ЭИ. Поворот ЭИ блока 17 вокруг оптической оси коррелятора 3 осуществляется с помощью механизма 70639 216. ТПТ 4, содержащая фокусирующеотклоняющую систему, преобразуетоптическое иэображение ВКФ в последовательность электрических сигналов. С ТПТ 4 снимается видеосигнал,амплитуда которого пропорциональнаотносительному угловому разворотуТИ и ЭИ, а положение наибольшегозначения сигнала при строчно-кадровом считывании пропорционально линейному смещению ТИ относительно ЭИ.Строчно-кадровая развертка формируется блоком 14. Для фильтрации видеосигнала служит блок 5, состоящий изпоследовательно соединенных полосового и режекторного фильтров и фильтра низкой частоты, фильтрация высокочастотной помехи производится полосовым и режекторным фильтрами,а выделение низкочастотной огибающейсигнала - фильтром низкой частоты.Отфильтрованный видеосигнал поступает на блок 12, вырабатывающий им пульс сравнения при выполнении условия:Х = (Х, -) сов а,. - (У, -41) з 1.п а; (1)35У = (Х - х)) з 1 п ь + (У - д1соя Ы,где Г,(Х У,),Р(Х , У ) - функции, описывающиеТИ и ЭИ в системахкоординат ХОУ иХО У,), связанныхс ТИ и ЭИ;В - площадь сравнивае 45мых иэображений;У (д, 0) - взаимно корреляционная функция.Сравнение видеосигналов производится за текущий и предыдущий обороты ЭИ блока 17 вокруг оптической оси50коррелятора. При этом растр ТПТ 4поворачивается с помощью коммутатора15 на угол Ы. после четных оборотов ЭИ блока 17, а после нечетныхоборотов ЭИ блока 17 растр возвращается в прежнее, угловое положение,Блок 10 определяет линейные координаты съема значений пилообразных13 7 6 р5обеспечивается 7 д ф( с а) 7, д (и + напряжений с блока 14, соотнетстнун- щие линейным координатам г, Л ) точки наибольшей освеЧсццос ги ца Аотокатоде ТПТ 4.3 а счет ноно ота7растра на угол2 высокая вероятность правильного разпознавания и одицаковая погрешностьоценки смещений по каждой координате. Так как для обеспечения распознавания необходимо осуществить сравнение значений крутизцы обоих фронтов сечений ВКФ по оси абсцисси оси ординат (т.е, обеспечить 15сравнение характеристик ОМ пообеим осям системы координат ХОУ,связанной с рабочей зоцой). Поэтому съем видеосигнала (т,е. ВКФ)производится с помощью блока 14, скоторого также снимаются позиционныекоординаты ОМ. Съем указанных сигцагде 1 , д- сигналы, пропорциональныее крутизне 35 40 45 50 55 переднего и заднего фронтов сечения ВКФ по оси Ов точках, соответствующих отклонению от наибольшего значения ВКФ на величину + Д,;д в , д + - сигналы, пропорциональные крутизне переднего и заднего фронтов сечения ВКФ по оси 0) и точках, соответствующих отклонению от наибольшего значения ВКФ на величинуПосле сравнения сигналов, характеризующих крутизну фронтов сечения ВКФ по осям абсцисс (О ) и ординат (0, компаратор 8 вырабатывает последовательно импульс сравнения, переводящий электронный ключ 9 н состояние,пропускающее сигналы с блолон с блока 14 вызван также тем,что добавление операции распозцавация вызывает повышение скорости считывания ВКФ телевизионной передающей трубкой, имеющей предел скоростных характеристик,определяющихся частотными параметрами строчно-кадровой развертки трубки, Отфильтрованный от помех сигнал с выхода блока 5 поступает на вход блока 6.С выхода этого блока 6 сигнал поступает через вычислитель 7 на компаратор 8, сравнивающий текущее значение крутизны фронтон сечения ВКФ с эталонным значением, поступающим с генератора 11. Эталонное значение сигнала в генераторе 11 устанавливается для каждого ОМ, формирующего конкретный вид ВКФ. Вычислитель 7, компаратор 8 и генератор 11 реализуют следующее решающее правило; ка 14 на вход блока 10, Если не выполняется условие (2), то механизм 19 обеспечивает последовательную смену ЭИ блока 17 до его выполнения, Если не выполняется условие (1),то механизм 16 обеспечивает последовательную смену ЭИ блока 17 до выполнения условия (2).управление работой механизма смены 19 осуществляется по сигналу от синхронизатора 18, использующего информацию от компаратора 8. На этом один цикл работы устройства заканчивается.(:ледующий цикл начинается снова по сигналу от синхронизатора 18. Решающее правило (2) невозможно реализовать, если не обеспечены поворот растра ТПТ 4 (коммутатором 15) и фильтрация помех ВКФ (блоком фильтров 5).На фиг. 2 показаны ориентации растров на втором (а), третьем (б), четвертом (в) и пятом (г) оборотах ЭИ блока 17. Косыми:цьниямц показаны расположения строк калого кадра развертки. Для простоты пказано35изобретения Формула Устройство для распознавания и определения координат объекта манипулирования в рабочей зоне робота, содержащее последовательно соединенные датчик текущего изображения и преобразователь лектрического сигнала в оптичскй,вход синхронизации которого со лицеи с первым выходом син 45 хронизатра, а выход оптически связан с входом телевизионной передающей трубки через оптический коррелятор, втр )й вхд которого оптически связан с выходом блока памяти эта 50 лоцноо цображеция механически свя 40 ванного с механизмом вращения, входсицхрц 1,дии которого соединен с вторым ц, х;1 м синхронизатора и 5 1 70( В 10 5 строк каждого кара.1)Бороз растра ТОТ 4 осуществляется за счет соответствун)щей коммутации катушек15На фиг. 3 приведены сечения ВКФ, характеризующие работу блока 5 и вычислителя 7, который может быть вьцлнен в различных вариантах. Работа вычислителя 7 по первому варианту основывается на том, что амплитуды положительного и отрицательного сигналов продифферендироваццого сигнала пропорциональны крутизне Фронтов входного сигнала. Второй вариант может быть реализован следуюИм образом: запоминается сечецие, соответствующее наибольшему значению ВКФ; оцениваются координаты наибольшего значения ВКФ; определяются нели чины, соответствующие отклонецию от наибольшего значения ВКФ; вычисляется крутизна фронтов ВКФ.На фиг. 1 показаны четыре сечения по оси ОВКФ, соответствующие развер тк цо строке ТПТ 4 (а),два сечения ВКФ,соответствующие развертке по кадру телевизионной передающей трубки 4 б), сечение по оси ОВКФ, соответствующе развертке по кадру и снятое с выхода блока 5 (в), сечение по оси ОВКФ сигнала (в), пропущен - ного через вычислитель 7. Обозначения ца фиг, Зв, соответствуют выражению (2). 31 6 ц х о) Ом с и ц х р Г ц и 3 а 1 и1к а р 1 3 в 1 -к, блок определения уловй коорпцаты, первый выхГд которго полклю -чц к первому входу блока определеция линейных коор;инат, выход блока выделения максимума взаимно корреля - циоццой функции подключе.ц к Гервому входу блока определения углвой коордицаты, о т л и ч а ю щ е е с ятм,что,с целью повышения точностираспознавания объекта маципулировация и точности определения коордицат, в него введены механизм смены кадров, последовательно соединенные блок фильтров, блок масштабирования, вычислитель крутизны фронтов взаимно корреляционной функции и компаратор,а также генератор опорного сигнала, электронный ключ и коммутатор, при этом третий выход синхронизатора подключен к входу опорного сигнала, выход которого подключн к второму входу компаратора,выход которого подключен к первому входу электронного ключа, входу синхронизатора и второму входу блока определения угловой коор;инаты, механически связанному с механизмом вращения, управляющий вход которого соединен с вторым выходом блока определения угловой координаты, третий вход которого соединен с выходом блока памяти эталонного изображения, вход которого соединен с выходом механизма смецы кадров, вход синхронизации которого соединен с четвертым выходом синхронизатора, пятый выход которого соединен с управляющим входом коммутатора, четыре ицормационных входа которого соединены с четырьмя соответствующими выходами блока раэверток, пятый выход которого подключен к второму входу электронного ключа,выход которого подключен к второмувходу блока определения линейных координат, четыре выхо;а коммутатора подключены к соответствующим входам кадровой и строчной разнерток телевизионной передаюей трубки, выход которой подключен к вх лу блока фильтров, выход которог подключен к входу блока вьделецця максимума взаимно коррелядиоццой функции.1370639 оставитель Е.Прозоровскаяехред М.Дидык орректор И. Мус актор Л.Пчолинская Подписи ул. Проектная, 4 Производственно-полиграАиуеское предприятие, г. Ужг аказ 418/48 Тираж 772ВНИИПИ Государственного комипо делам изобретений и от 113035, Москва, Ж, Рауш та СССР ытий ая наб., д. 4/5