Устройство управления адаптивным роботом

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ р 56020 Союз Советских Социалистических Республик(61) Дополнительное к авт. свпд-ву (22) Заявлено 15.01.75 (21) 2090001 51) М.1 5 В 150 исоединением заявкиГосударственный комитет Совета Миннстоов СССР оо делам изобретенийи открытий(23) Приорнт убликовано 30,05.77. Бюллетень20 та опубликования описания 04.07.77 К 62-50(088.8)(72) Авторы изобретени И. Л. Ерош, М. Б. Игнатьев, С, М. Марьяновский и В. А. федоров Ленинградский институт авиационного приборостроения1) Заявитсл 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИ ПТИВНЫМ РОБОТОМ 2 Изобретение относи, я к вычислительной технике и автоматике и может использоваться при автоматизации производственных процессов с помощью промышленных роботов, при исследовании с помощью автоматических систем морей и океанов и ориентировании на космических объектах.Известны устройства для управления адаптивным роботом, содержащие блок управления сканированием, блок памяти, переключа тель режима работы, первый выход которого связан с первым входом блока сравнения, соединенного через блок управления движением с приводами манипулятора.Недостатком данных устройств является 15 низкая точность создаваемых моделей (объемных изображений предметов), которая существенно зависит о 1 общей освещенности предмета, его формы, местоположений источников света, наличия непредусмотренных те ней на исследуемом предмете от окружающих объектов. Это увеличивает вероятность ошибок при распознавании и определении параметров положения предметов. Исключительная сложность обработки изображений 2 требует большого времени на создание модели объекта, на распознавание и определение параметров его положения и привод к общей высокой сложности устройства адаптации.Цель изобретения - повышение надежно сти работы устройства и его упрощение. Это достигается тем, что устройство содержит каналы формирования изображений объекта, каждый из которых включает последогательно соединенные датчик дальности, блок вычисления высот точек поверхности объекта относительно фиксированной плоскости и блок вычисления координат проекций точек поверхности объекта на фиксированную плоскость, вход дальности которого соединен с выходом датчика дальности, блок формирования матрицы высот точек поверхности объекта относительно фиксированной плоскости, координатные входы которого соединены с выходами блоков вычисления координат проекций точек поверхности объекта на фиксированную плоскость каждого канала формирования изображений объекта, а входы высот - с выходами блоков вычисления высот точек поверхности объекта относительно фиксированной плоскости каждого канала формирования изображений объекта, и последовательно соединенные блок вычисления координат центра тяжести, вход которого связан с выходом блока формирования матрицы высот 1 очек поверхности объекта относительно фиксированной плоскости, блок определения параметров изображения, инварпантных к поворотам объекта относительно центра тяжести, и блок минимизации параметров. Выход блока минимизации параметров подключен к входу переключателя режимов работы, вто5602 3рой выход которого связан с входом блока блока памяти, соединенного с вторым входом блока сравнения, Блок управления сканированием соединен с входами сканирования датчика дальности, блока вычисления высот точек поверхности объекта относительно фиксированной плоскости и блока вычисления координат проекций точек поверхности объекта на фиксированную плоскость каждого канала формирования изображений объекта.На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для управления адаптивным роботом; фиг, 2 иллюстрирует принцип формирования объемного изображения; фиг. 3 принцип определения координат точек объекта,Устройство содержит( см. фиг, 1) блок 1 управления сканированием, переключатель 2 режима работы, блок 3 памяти, блок 4 сравнения, блок 5 управления движением, приводы б манипулятора, датчики 71 и 72 дальности, блоки Ьь 82 вычисления высот точек поверхности объекта относительно фиксированной плоскости, блоки 9 ь 92 вычисления координат проекций точек поверхности объекта на фиксированную плоскость, блок 10 формирования матрицы высот точек поверхности объекта относительно фиксированной плоскости, блок 11 вычисления координат центра тяжести, блок 12 определения параметров изображения, инвариантных к поворотам объекта относительно центра тяжести, блок 13 минимизации параметров.Фиг. 2 иллюстрирует принцип формирования объемного изображения с разных направлений на объект и построение матрицы высот точек поверхности объекта относительно фиксированной плоскости, где 71 - 7 - датчики дальности; 14 - объект в поперечном разрезе. Объемное изображение 15 поперечного разреза объекта сформировано в первом канале формирования изображений, объемное изображение 1 б - во втором, а общее объемное изображение 17 - в блоке формирования матрицы высот точек поверхности объекта относительно фиксированной плоскости.В каждом канале формирования изображений, с разных направлений на объект, выходы датчиков 7 ь 72 дальности через блоки 8 82 вычисления высот точек поверхности объекта относительно фиксированной плоскости, блоки 9 9 вычисления координат проекций точек поверхности объекта на фиксированную плоскость подключены к координатному входу блока 10 формирования матрицы высот точек поверхности объекта относительно фиксированной плоскости, входы высот которого связаны с выходами блоков вычисления высот точек поверхности объекта относительно фиксированной плоскости каждого канала формирования изображений с,разных направлений на объект. Входы дальности блоков 99 вычисления координат проекций точек поверхности объекта на фиксированную плоскость соединены с выходами датчиков 7 ь 72 104дальности. Выход блока 10 формирования общей матрицы высот точек поверхности объекта относительно фиксированной плоскости через блок 11 вычисления координат центра тяжести об ьемного изооражения объекта, блок 12 определения параметров изображения, пнвариантных к поворотам относительно центра тяжести, и блок 13 минимизации параметров подключен к входу переключателя 2 режима работы, первый выход которого через блок 3 памяти подсоединен к первому входу блока 4 сравнения. Второй выход переключателя режима работы соединен с вторым входом блока 4 сравнения, выход которого через блок 5 управления движением связан с приводами манипулятора, а выходы блока 1 управления сканированием подключены к входам сканирования датчиков 7 7, дальности до точек поверхности объемного объекта, блоков 8 8, вычисления высот точек поверхности объекта относительно фиксированной плоскости и блоков 9 9, вычисления координат проекций точек поверхности объекта на фиксированную плоскость.Устройство работает следующим образом, Датчик дальности сканирует лучом по плоскости сканирования, условно разделенной на дискретные элементы, каждому из которых соответствует ячейка памяти в блоке формирования матрицы высот точек поверхности объекта относительно фиксированной плоскости. Если на пути лучка находится объект, датчик дальности вырабатывает дальность 1, до точки з этого объекта. В блоке вычисления высот точек поверхности объекта относительно фиксированной плоскости и блоке выч слення координат проекций точек поверхности объекта на фиксированную плоскость по 11, а также по известным Н - высоте датчика над фиксированной плоскостью и координатам точек плоскости сканирования (х;, у;) вычисляются соответственно высота точки з над плоскостью уох и координаты проекции точки з на эту плоскость (х у,). В блоке формирования матрицы высот точек поверхности объекта относительно фиксированной плоскости в соответствующую ячейку памяти заносятся данные о высоте точки з над плоскостью уох. В результате последовательного прохождения луча по всем дискретам плоскости сканирования в блоки формирсвания матрицы высот точек поверхности объекта относительно фиксированной плоскости формируется образ объекта, видимый с одного канала формирования изображения. Каналы формирования изображения с разных нап 1 авлений на объект производят независимое сканирование плоскости и заносят данные о высотах точек объекта в блок формирования матрицы высот точек поверхности объекта относительно фиксированной плоскости. На фиг. 2 иллюстрируется принцип формирования изображений с двух направлений на объект в одном сечении, Разные направления формирования изображений объекта могут 1 О 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 бО 65создаваться либо за счет параллельно работающих разных каналов формирования, либо с помощью одного канала, включающего блоки 7, 8, 9, причем в последнем случае датчик дальности до точек поверхности объемного объекта после выполнения сканирования всех точек плоскости смещается в другую точку пространства и выполняет сканирование с другого направления. Число разных каналов формироьания на объект и сами направления выбираются исходя из ожидаемой сложности форм объектов и необходимой точности воспроизведения этих форм.В ячейках памяти блока 10 коды высот могут записываться либо в виде чисел, пропорциональных высоте, либо в виде кодов, соответствующих пространственному расположению объекта по вертикальной координате в данной точке.В блоке 11 вычисляются координаты хц, у и г, точки объемного изображения объекта, соответствующей центру тяжести объекта при предположении, что объект имеет одинаковую плотность во всех точках. В блоке 12 вычисляются характеристики, инвариантные к пространственному вращению объекта относительно его центра тяжести. В качестве таких характеристик использовались, в частности, коэффициент формы, определяемый отношением куба площади внешней поверхности объекта к квадрату его объема, сферические автокорреляционные функции и т. д.На этапе обучения роботу предъявляются различные объекты, с которыми он будет выполнять манипуляции на рабочем этапе. Для каждого объекта формируется объемное изображение, вычисляются характеристики, инвариантньте к вращению в пространстве, тл в блоке 13 минимизируется число параметров, позволяктших роботу провесги распознавание объекта независимо от его положения в простттанстве и ориентации.На рабочем этапе в блоке 4 сравниваются признаки объекта, находящегося в поле зрения робота, с признаками объектов, поступавших на этапе обучения, после чего блок управления движением вырабатывает необходимые сигналы управления на приводы манипулятора для обеспечения необходимых манипуляций с объектами (напрттмер, взятие, ориентирование и укладка в тару, сортировка ц т. д.) .Устройство для управленття адаптивным роботом, содержащее блок управления сканированием, блок памяти, переключатель режима работы, первый выход которого связан с первым входом блока сравнения, соединенного через блок управления движением с приводамп манипулятора, отличающееся тем, что, с целью упрощения устпойства и повышения надежности его в работе, оно содержит каналы формирования изображений объекта, каждый из которых включает последовательно соединенные датчик дальности. блок вычисления высот точек поверхности объекта относительно фиксированной плоскости ц блок вычисления координат проекций точек поверхности объекта на Фиксированную плоскость. вход дальности которого соединен с ыходом датчика дальности, блок фоттмиттованця матрицы высот точек повепхностц объекта относительно фттксттттованной плоскости, коордттнатньте входы которого соединены с выходами блоков вычисления координат птто. екпцй точек поверхности объекта на тЬттксттпо. ваттнуто плоскость каждого канала формпро ганття изображения объекта, а входы высот - с выходамп блотов вычцслецця высот точек поверхности объекта относительно фиттсттрованной плоскости каждого канала формирования ттзобттаженття объекта, и последовательно соединенные блок вычисления координат центра тяжести, вход, которого соединен с выхолом блока формттрованця матрицы высот точек повепхностц объекта относительно фиксированной плоскости, блок определения папаметров изображения, цнварцантных к поворотам объекта относительно центра тяжести, ц блок минимизации параметров, выход которого подключен к входу переключателя пежпма работы, второй выход которого связан с входом блока памяти, соединенного с втопым входом блока сравнения, причем блок управления сканированием соединен с входамц сканирования датчика дальности, блока вычисления высот точек поверхности объекта относительно фиксированной плоскости ц блока вычисления координат проекций точек поверхносттт объекта на фиксированную плоскость каждого канала формирования изображений объекта. 5 1 О 15 20 25 зо 35 40 45 50 Формула изобретения560210 Составитель Ю. Черваков Текред Л. Денискина Редактор И. Грузова корректор Е. Хмелева Типографии, 1 р. Сапунова, 2 Заказ 14644 Изд. М 1 Т 4 Тираж 1106 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская иаб., д. 1,5