Устройство для управления адаптивным роботом

Союз Советских Соцнапнстнчесинх РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 6 олнитель к авт. саид-в 8-2(51)М. Кл,2 лвлеио 190776 (21) 2390 25 У 9/00 исоедииением заявки Но осударственный к СССР оо делам изобретен и открытий(088.8) ата опубликования описания 25.1279ЛЯ УПРАВЛЕНИНЕМ РОБОТОМ ву Изобретение относится к области робототехники и может быть использовано при автоматизации праизвбдственных процессов с использованием"йрб=-" мышленных роботов.Известны устройства для управления адаптивным роботом, Устройство 1, содержащее телевизионную камеру, вычислительную машину и исполнительный механизм, имеет сложный алгоритм поиска,. требует соответствующей освещенности объекта и не дает информации о дальности до объекта.Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является устройство, содержащее последовательно соединенные вычислительный блок, блок управления, приводы, исполнительный орган и датчики положения, выходы которых подключены к первому входу вычислительного блока;и установленный на охвате ультраз ковой датчик 2.К недостаткам этого устройства следует отнести невозможность бесконтактного определения местоположения объекта манипулирования в трех" мерном пространстве, распознавания его контуров и последующей стыковки с ним схвата робота, особенно в труднодоступных условиях из-эа близкого расположения препятствий ив условияхплохой оптической видимости,Целью изобретения является расширение функциональных возможностейустройства.Данная цель достигается тем, чтоустройства содержит последовательносоединенные первый усилитель, амплитудный детектор, формирователь информационных импульсов, первый триггер,преобразователь -длительности импульсав код, счетчик импульсов и регистр,формирователь импульсов стробирования,.блок управления диапазоном дальности,второй усилитель, генератор счетныхимпульсов, последовательно соединенные формирователь задающих импульсов, генератор несущей частоты итретий усилитель, последовательносоединенные генератор тактовых импульсов, делительчастоты,коммутатор,первый дешиФратор, первый дискретныйфильтр и второй триггер и последова"тельно соединенные второй дешифратор,второй дискретный фильтр и третийтриггер, выход которого и выход второго триггера подключены соответственно к третьему и второму входам вычислительного блока, второй и третийвыходы которого соединены соответственно со вторыми входами второго и"тоетьего триггеров",первыевхбда"кбторых через блок управления диапазоном дальности подключены соответ"ственно к четвертому и пятому входам"вычислительного блока, второй выходделителя частоты соединен со входамиформирователя задающйхимпульсов иформирователя импульсов стрббированиявыход которого подключен ко вторымвходам первого усилителя, первоготрйгт еаза ипервого ивторого "дискретных Фильтров, третьи входы которых соединены с выходом формирователя информационных импульсов, выходрегистра подключен к шестому входувычислительного "блока, а второй входко второму выходу преобразователя длительности импульса в код, третий выход которого соединен со вторым входом счетчикаимпульсов, второйвход - с выходом генератора счетныхимпульсов, а третий вход - со вторымвыходом первого триггера и входомвторого усилителя, выход которого-йодключен к Седьмому входу вычислительного блока, вход второго дешифратора соединен со вторым выходом ком-мутатора, второй вход которого подключен к четвертому выходу вычислителного блока, выход третьего усилителясоединен со входомультразвуковогодатчика, выход которого подключенк первому входу первого усилителя, атакже тем, что каждый дискретныйфильтр содержит первый инвертор,последовательно соединенйыепервыйэлемент И, четвертый триггер и второй элемент И, последовательно соединенные пятый триггер, первый элементИЛИ, третий элемент И, шестойтриггер и четвертый элемент И и последовательно соединенные второй инвертор, пятый элемент И и второйэлемент ИЛИ, второй вход которогоподключен к выходу четвертого элемента И, а выход - ко вторым входамчетвертого триггерйи йятого" триггера, выход которого соедиИЕн со вторымвходом второго элемента И, выходкоторого подключен к соответствующемувходу блока управления диапазоном " "дальности, выход формирователя ин-формационных импульсов соединенсо вторыми входами пятого элемевтаИ и шестого триггера, а также с пер " вйм"входом первогб элемента И, второй вход которого и вход второго"инвертора подключены к выходу соответствующего дешифратора,а выход Форми"рователя импульсовстробироваййя"сое-динен со вторым входом третьего эле-мента И и входом йервогоинвертора,выход которого подключен ко второмувходу четвертого элемента И,выход четвертого тригера соединен с первым65 пульсов 10, - представляющий собой входом пятого триггера и вторым вхОдом первого элемента ИЛИ.На фиг. 1 изображена функциональная схема усгеройства для управленияадаптивным роботом; на фиг.2-йринципиальная схема дискретного фильтра.Схемы содержат; вычислительный блок1, блок управления 2, приводы 3,исполнительный орган 4, датчики положения 5, ультразвуковой датчик 6,установленный на схвате 7, первыйусилитель 8, амплитудный детектор 9,. Формирователь информационных импульсов 10, первый триггер 11, второй усилитель 12, генератор счетныхимпульсов 13, преобразователь длительности импульса в код 14, счетчик импульсов 15, регистр 16, генератор тактовых импульсов 17, делительчастоты 18, формирователь импульсовстробирования 19, формирователь 20 задающих импульсов 20,генератор несущей частоты 21, третий усилитель 22,коммутатор 23, первый дешифратор 24,второй дешифратор 25, первый дискретный фильтр 26, второй дискретный 25 Фильтр 27, второй триггер 28, третий триггер 29, блок управления диапазоном дальности 30, первый элементИ 31, четвертый триггер 32, пятыйтриггер 33, второй элемент И 34,первый элемент ИЛИ 35, третий элемент И 36, шестой триггер 37, четвертый элемент И 38, первый инвертор 39, второй инвертор 40, пятыйэлемент И 41, второй элемент ИЛИ 42,объектманипулирования 43.Устройство работает следующим образом. По внешней команде, поступающей по каналу задания, вычислительный блок 1, перерабатывая информациюс датчиков положения 5 и информациюзадания, выдает соответствующие сигналы в блок управления 2, которыйиспользует их для непосредственногоуправления приводами 3 многостепенного исполнителвного органа 4. С помощью последнего охват 7 выводитсяв точку трехмерного пространства,в непосредСтвенной близости от которой находится неориентированный отнбсительно координатных осей объектманипулирования 43.Далее вычислительный блок 1 задает первоначальное одиночное сканирующее перемещение схвату 7 и установленному на нем ультразвуковомудатчику б. Ультразвуковые волны, посылаемые в окружающее пространствоультразвуковым датчиком б и отражен ные от препятствия, улавливаютсядатчиком б и преобразуются в элект рй .,вский сигнал, который поступаетна первый усилитель 8, Усиленный сигнал далее детектируется амплитудным детектором 9 и поступаетна формирователь информационных импороговое устройство, позволяющееотстроится от помех, амплитуда которых меньше порога срабатыванияформирователя информационных импульсов 10,Информационный сигнал совместнос импульсом стробирования, совпа-дающим по времени с моментом излучения пачки ультразвуковых колебаний,поступает на первый триггер 11 с раздельными входами, где временное эапаз дывание отраженной ультразвуковой волны, пропорциональное дальностидо препятствия преобразуется в ширину импульса, а затем вторым усилителем 12 - в напряжение постоянного тока.Кроме того широтно-импульсный сигналподается в преобразователь длительности импульса в код 14, где заполняется импульсами, вырабатываемыми генератором счетных импульсов 13Число импульсов подсчитывается счетчиком импульсов 15, показания которого периодически переписываются н регистр 16.Синхрониэирующая импульсная последовательность генератора тактовыхимпульсов 17, преобразованная делителем частоты 18, поступает на формирователь.импульсов стробиронания 19 и формирователь задающих импульсов20. Первый вырабатывает стробирующийсигнал определенной ширины для запирания усилителя 8 и сброса первого триггера 11, второй - задающий сигнал, который управляет генератором несущей частоты 21, На вход третьего усилителя 22 поступают пачки высокочастотных импульсов, которые послеусиления возбуждают излучатель ультразвукового датчика 6.Коэффициент деления делителя частоты 18 при требуемой частоте задающего сигнала определяет частоту генератора тактовых импульсов 17 и минимальный временной интервал, а следовательно и минимальную величину выбираемой зоны дальности. Прямые и инверсные выходы триггеров,образующих. делитель частоты, с помощью коммутатора 23 по сигналу от вычислительного блока 1 или вручную оператором подключаются в соответствующей комбийации на входы первогодешифратора 24 и второго дешифратОра 25, чем достигается выбор нужных интервалов дальности во всем диапазоне измерений.Таким образом, с выходов дешифраторов на один из входов первого дискретного фильтра 26 и второго дискретного фильтра 27 поступают сигналы разрешенных зон. На второй вход каждого фильтра подаются из приемного тракта (с формирователя информационных импульсов 10) отраженные от препятствия и преобразованные сигналы, несушие информацию о дальности; на тоетий - импульсы стробиромания (с формирователя 19) . С выходов дискретных фильтров 26 и 27снимаются сигналы достоверного нахождения препятствия в выбранной зоне дальности. Дополнительная обработ. ка этих сигналов с помощью второготриггера 28, третьего триггера 29и блока управления диапазоном дальности 30 обеспечивает получениеследующих сигналов, поступающих ввычислительный блок 1 и используе мых им для управления (посредствомблока управления 2) приводами отдельных степеней свободы робота вцикле распознавания детали и выработки команды изменения диапазона 15 дальности по программе для последующего сканирования:со нторого триггера 28 - появление большой дальности;с третьего триггера 29 - поян- .20 ление малой дальности;с блока управления диапазономдальности 30 - переход с большойдальности на малую и переходс малой дальности на большую, Приэтом сигналы на сброс триггеров 28и 29 подаются с вычислительного блока 1.Дискретные фильтры 26 и 27, .входящие в состав устройства, исклюЭ 0 чают влияние случайных помех, покаким-либо причинам появившихся навходе приемного тракта, на последующую схему. Это достигается тем, чтокаждый фильтр пропускает на свой выход в качестве информационного сигЗ 5 нала только тот сигнал с приемноготракта, который появляется н заданноминтервале дальности и отсутстнуетнне его подряд болеедвух периодовизмерения.40 Таким обоаэом, предлагаемое устройство в совокупности с ультразву-ковым датчиком б вырабатывает информационные сигналы, поступающие ввычислительный блок 1, при пересече.- 45 нии геометрической осью ультразвукового датчика б одного из характерныхконтуров исследуемой детали, находящейся в установленной заранее зонедальности. Характерные контуры дета 50 ли образуются следующими границамиповерхностей;, наклонная плоскостьгоризонтальная плоскость, две горизонтальные плоскости разных уровней,линейный горизонтальный контур криво 55 линейных поверхностей.При этом обеспечивается избирательное прослеживание характерных контуров объекта манипулирования в 60 зоне измерения, отсечение информации,которая не нужна для определения формы и положения. деталей, и устранение возможных помех.После первого сканирующего переме 65 щения схвата 7 происходит локационный.Применение изобретения позволяетосуществлять бесконтактное определение формы и расположения объекта врабочей зоне роботаФормула изобретения ЭО 1. Устройство для уйравления адаптивным роботом, содержащее последовательно соедйненные вычислительный блок, блок управления, приводы, исполнительный орган и датчики положения, вЫхбды котбрых подключены к первому входу вычислительного блока, и установленный на схнате ультразвуковой датчик, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что с целью расширения функциональных воэможностей устрой- ства, оно содержит последовательно соединенные первый усилитель,амплитудный детектор, формирователь информационных импульсов, первый триг 45 гер, преобразователь длительности импульса н код, счетчик импульсов и- регистр, формирователь импульсов стрсбирования, блок управления диапазоном дальности, второй усилитель, генератор, счетных импульсов, последовательно соединенные формирователь задающих импульсон, генератор несущей частоты и, третий усилитель, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, делитель частоты, коммутатор, первый дешифратор, первый дискретный фильтр и второй триггер и последовательно соединенные вторбй дешифратор, второй дискретный фильтр 60 и третий триггер, выход которого и выход второго триггера подключены соответственно к третьему и второму входам вычислительного блока, второй М третий выходы которого соединены 65 захват объекта манипулирования 43. Далее вычислительный блок 1, используя информацию о дальности до объекта манипулирования в цифровой форме, об изменении расстояний до ближайшей гочки лоцируемой поверхности, о некоторых геометрических размерах объекта манипулирования 43 по каналу задания, о положениях всех степеней сво-боды исполнительного органа 4 с датчиков положения 5, вырабатывает сиг налы управления устройством (на пе"реключение коммутатора 23 с целью изменения разрешенных эон дальностей, на сброс триггеров 28, 29) и приводами 3 через блок управления 2, обеспечивая минимальное число, оптимальную последовательность и рациональные траектории последующих сканирующих перемещений схвата в цикле распознавания объекта манчпулирования 43; нахождения его точки наведения 20 и стыковки с ним охвата адаптивного промышленного робота. соответственно со вторыми входамивторого и третьего триггеров, первыевходы которых через блок управлениядиапазоном дальности подключенысоответственно к четвертому и пятому входам вычислительного блока,второй выход делителя частоты соединен со входами формирователя задающих импульсов и формирователя импульсов стробирования, выход которого подключен ко вторым входам первого усилителя, первого триггера и первогои второго дискретных Фильтров, третьивходы которых соединены с выходомФормирователя информационных импульсов, ныход регистра подключен к шестому входу вычислительного блока, авторой вход - ко второму выходупреобразователя длительности импульса и код, третий выход которого соединен со вторым входом счетчика импульсон, второй вход - с выходомгенератора счетных импульсон, а третий вход - со вторым выходом перноготриггера и входом второго усилителя,выход которого подключен к седьмомувходу вычислительного блока, входвторого дешифратора соединен со вторым выходом коммутатора, второй входкоторого подключен к четвертому выходу вычислительного блока, выходтретьего усилителя соединен со входом ультразвукового датчика, выходкоторого подключен к первому входупервого усилителя. 2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что дискретный фильтр содержит первый инвертор, последовательно соединенные первый элемент И, четвертый триггер и нторой элемент И, последовательно сое- диненные пятый триггер, первый элемент ИЛИ, третий элемент И, шестой триггер и четвертый элемент И н последовательно соединенные второй инвертор, пятый элемент И и второй элемент ИЛИ, нторой вход которого подключен к выходу четвертого элемента И, а выход - ко вторым входам четвеРтого триггера и пятого триггера, выход которого соединен сс вторым входом второго элемента И, выход которого подключен к соответствующему входу блока управления диапазоном дальности, ныход формиро-. вателя информационных импульсов соединен со вторыми входами пятого элемента И и шестого триггера, а также с первым входом первого элемента И, второй вход которого и вход нторого инвертора подключены к выходу соответствующего дешифратора, а выход формирователя импульсов стробирования соединен со вторым входом третьего элемента И и входом первого иннертора, выход которого подключен ко второму входу четвертого элемента10 704774 И, выход четвертого триггера соединен с первым входом пятого триггераи вторым входом первого элемента ИЛИ,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе Фиг. оставитель Г.Н ехред Ч; Чужик ловаКорре Редакт утяг епуришви Тираж 101 Государственного елам изобретений сква, Ж, Раушс ое г. Ужгород, ул.Проектная, 4 Пате Филиал П Заказ 7930/18 ЦНИИП по 113035, 1, Интегральные роботк. П л рел. Г,Е,Поздняка ММир , ) 973, с, 872. Белянин П.Н, Промышленные роботы, М., Машиностроение, 1975, 5 стр. 365 (прототип),2 Подпис комитета СССР и открытийкая наб., д. 4/