5.1. Информационно-сенсорные системы. Системы технического зрения и локационные системы. Изучение работы роботизированного сборочного стенда с техническим зрением

Loading...

From the course by National Research Tomsk State University

Инновации в промышленности: мехатроника и робототехника

59 ratings

National Research Tomsk State University

Инновации в промышленности: мехатроника и робототехника

59 ratings

Для инновационного развития всех сфер робототехники необходимы молодые специалисты, способные креативно мыслить, разрабатывать, проектировать, внедрять и эксплуатировать сложные системы интеллектуального управления и роботизированные комплексы. Курс "Инновации в промышленности: мехатроника и робототехника" рассчитан на студентов технических специальностей, а также тех, кто интересуется робототехникой. Мехатроника и робототехника охватывает очень широкий круг вопросов, и одному человеку трудно охватить и глубоко изучить все области исследования роботов. Данный курс поможет слушателям сориентироваться и выбрать для дальнейшей своей работы конкретное направление: изучение структуры и кинематики роботов, приводы роботов, управление и программирование, организация современного высокоэффективного роботизированного производства, применение систем автоматизированного проектирования изготовления деталей на станках с ЧПУ и технологической подготовки производства и др. Слушатели должны иметь знания по физике и математике в объеме школьной программы. Умение ориентироваться в математических и физических терминах, умение читать формулы, знание базовых физических единиц и их обозначений, понимание основ механики поможет слушателям успешно пройти данный курс. Курс состоит из 6 модулей. Каждая модуль курса содержит видеолекции, в конце каждой лекции – тестовые вопросы для самопроверки своих знаний. Каждый модуль заканчивается выполнением тестового задания из 10 вопросов. Это задание является важным для прохождения курса. Слушателю необходимо правильно ответить не менее чем на 7 из 10 вопросов. Сертификат получают слушатели, набравшие от 70 % и выше от максимально возможного количества баллов (100 %) за весь курс. При этом итоговый результат складывается из результатов тестовых заданий по всем модулям. Сертификат о прохождении данного курса дает дополнительные баллы при поступлении в магистратуру Национального исследовательского Томского государственного университета. Перечень магистерских программ находится по ссылке: https://pro-online.tsu.ru/edu/student/table.php The course "Innovations in industry: mechatronics and robotics" may be interesting for students of engineering specialties who will learn to apply their knowledge in a new area. Mechatronics and Robotics covers a wide range of issues, and it is difficult for one person to reach deep and explore all areas of robot research. This course will help students to navigate and choose the specific direction for their further work: the structure and kinematics of robots, robot actuators, control and programming, the organization of modern highly robotized production, the use of CAD/CAM systems, manufacturing of parts on CNC machines and technological preparation of production.

From the lesson

Модуль 4

Модуль объединяет две темы, связанные с применением различных систем сбора и анализа информации. Здесь слушатели узнают о системах очувствления роботов, которые и дают человеку информацию о состоянии объекта, среды и позволяют оператору или самой системе управления роботом принимать правильное управленческое решение. Вторая тема этого модуля – автоматизированные системы контроля и диагностики, – знакомит с принципами и техническими средствами отслеживания состояния всего технологического оборудования, включая и обрабатываемую деталь. В конце каждой лекции модуля слушателям предлагается проверить знания, отвечая на вопросы (без оценивания), а по завершению модуля – выполнить тестовое задание из 10 вопросов.

5.1. Информационно-сенсорные системы. Системы технического зрения и локационные системы. Изучение работы роботизированного сборочного стенда с техническим зрением12:28

5.2. Тактильные и силомометные системы очувствления11:35

5.3. Общая функциональная схема системы управления роботизированного комплекса механической обработки на базе робота "Робин РСС-1 Сфера"8:57

Meet the Instructors

Михаил Владимирович Горбенко (Mikhail V. Gorbenko)
Кандидат технических наук, доцент кафедры теоретической и прикладной механики (PhD, Associate Professor of the Department of Theoretical and Applied Mechanics)
Институт Природных ресурсов Томского политехнического университета (Institute of Natural Resources of Tomsk Polytechnic University)
Татьяна Ивановна Горбенко (Tatiana I. Gorbenko)
Кандидат физико-математических наук, доцент кафедры прикладной газовой динамики и горения (PhD, Associate Professor of the Department of Applied Gas Dynamics and Combustion)
Физико-технический факультет Томского государственного университета (Faculty of Physics and Engineering of Tomsk State University)

[ЗАСТАВКА] Здравствуйте,

уважаемые слушатели.

Сегодня мы рассмотрим вопрос о том,

какие информационные системы разработаны для адапивных роботов.

По сравнению с программными роботами большой эффективностью обладают

адаптивные роботы, оснащенные информационными системами

для сбора данных об изменениях внешней среды и оценки состояния

компонента устройства управления и манипулятора.

Возможность быстрого и точного измерения параметров внешней среды,

необходимого для выполнения технологической операции, позволяет,

несмотря на увеличение по сравнению с программными стоимостью адаптивных

роботов, снизить затраты на переоснащение гибких производственных модулей

при смене типа обрабатываемых изделий и повысить качество выпускаемой продукции.

Разрабатывая информационные системы для адаптивных роботов,

разработчики стремились копировать органы чувств самого человека,

однако в настоящее время отказываются от антропоморфного пути

разработки робототехнических систем и информационных устройств,

так как эти идеи себя исчерпали.

В области информационных систем роботов человек создал сенсорные устройства,

выполняющие функции, сходные с органами чувств человека,

но по некоторым параметрам более совершенные.

Информационная система входит в состав системы программного управления

и включает в себя устройство обратной связи, устройство сравнения сигналов

и комплекс датчиков обратной связи различного функционального назначения.

Информационные системы адаптивных роботов по функциональному

назначению условно можно разделить на 2 группы.

Первая группа — системы очувствления.

Контактного типа: силомоментные, тактильные.

Бесконтактного типа: технического зрения, локационные.

Вторая группа — датчики состояния манипулятора: положения,

скорости, крутящего момента.

Обратимся к системам очувствления бесконтактного типа.

Бесконтактные дистанционные сенсорные устройства технически сложнее контактных.

Они позволяют роботу выполнять задание с большой скоростью,

заранее получать информацию об объектах,

и соответствующим образом корректировать свои действия.

Однако использование дистанционных датчиков затрудняет получение такой

информации об объекте манипулирования как шероховатость поверхности,

теплоемкость и тому подобное, а также затрудняет захват и контроль

над удержанием хрупких деформируемых объектов в процессе их манипулирования.

Рассмотрим системы технического зрения.

Среди систем очувствления адаптивных роботов наибольшей

информационной емкостью обладают системы технического зрения.

Они сообщают управляющему устройству от 80 до

90 % всей необходимой для успешного функционировании информации

о свойствах объектов манипулирования и параметрах внешней среды.

В промышленном производстве системы технического зрения необходимы

на операциях распознавания и сортировки деталей; их разбора из навала

и укладки в кассеты; для измерения координат движущихся объектов,

подлежащих захвату; определения положения характерных точек

и ориентации деталей на сборочных участках; контроля качества обработки

поверхности; проверки соответствия их размеров чертежу и так далее.

Область применения систем технического зрения безгранична.

Они могут использоваться не только с промышленными роботами,

но и в составе другого технологического оборудования.

Несмотря на большое различие в характере технологических операций,

автоматизируемых с помощью СТЗ,

функции последних сводятся в основном к выполнению следующих действий: получение

изображения рабочей сцены; преобразование видеосигналов в цифровую

форму; фильтрация помех; формирование контурного изображения

объекта; сегментация изображения; описание изображения

объекта совокупностью признаков; распознавание и классификация

объектов; формирование сообщения о результатах измерений.

Важное требование при разработке систем технического зрения —

это возможность работать в реальном масштабе времени.

Распознавание или выбор желаемой детали на сцене выполняется путем

сравнения вычисленного для каждой детали списка признаков с аналогичными списками,

полученными в процессе обучения системы технического зрения и

хранящимися в запоминающем устройстве микро-ЭВМ.

Таким образом, системы технического зрения представляют

собой перепрограммируемые обучаемые автоматы,

решающие в темпе протекания технологического процесса упрощенные

задачи распознавания или идентификации деталей,

определения их координат и характерных особенностей.

Интеллектуальные камеры машинного зрения

применяются во многих областях промышленности и науки.

СТЗ разрабатывают ведущие производители средств автоматизации: BALLUFF

(Германия), IFM Electronic (Германия) и другие.

Для работы в агрессивных оптически непрозрачных средах находят

применение оптические, радиационные, тепловые,

радиоволновые, акустические системы технического зрения.

Рекомендуем наиболее подробно прочитать об

этих системах в книге Козырева «Промышленные роботы.

Основные типы и технические характеристики».

Перейдем к рассмотрению локационных систем очувствления.

Локационными системами очувствления называют сенсорные устройства,

позволяющие роботу, используя принципы активной

или пассивной локации, обнаруживать подвижные объекты,

координаты которых известны большой погрешностью, определять их

местоположение, а также осуществлять наведение и захват этих объектов.

При пассивой локации датчики улавливают излучение искомого

объекта и определяют его координаты.

Для активного режима измерения характерно, что локационная система

включает в себя помимо приемников излучения еще и источник сигналов,

посылаемых в направлении предполагаемого местонахождения объекта.

Отраженные волны регистрируются приемниками.

При конструировании локационных устройств для робототехники,

наряду с акустическими ультразвуковыми дальномерами,

используются оптические и электромагнитные методы измерения расстояний.

Таким образом, принцип действия большинства современных локационных

систем базируется на излучении и приеме акустических

или электромагнитных волн в предположении, что скорость распространения этих волн

до препятствия и обратно известна с дотаточной точностью

и практически не изменяется в течение периода измерения дистанции.

Обширную группу локационных систем составляют ультразвуковые локаторы,

устанавливаемые, как правило, на захватном устройстве робота.

Ультразвуковые локаторы, служащие для очувствления захвата,

имеют совмещенный излучатель-приемник ультразвука, что позволяет уменьшить

размеры и поместить его между губками захватного устройства.

Давайте обратимся к видео,

где наши студенты изучают роботизированный сборочный стенд с техническим зрением.

Автоматизированный сборочный стенд включает в себя

учебный робот Робин 1C с компьютерным управлением,

компьютерные имитаторы робота и сборочного стенда, ноутбук,

комплект сборочных элементов и подиум.

Операция сборки является одной из самых трудноавтоматизируемых

в связи с разнообразием деталей и узлов, трудностями,

связанными с идентификацией деталей,

их локализацией в заданной позиции и пространстве.

Сборочный стенд оснащен веб-камерой и системой обработки

видео информации, то есть системой технического зрения.

В изучаемом сборочном стенде с техническим зрением

используется СТЗ с корректирующей функцией,

то есть СТЗ осуществляет контроль наличия детали,

идентификацию детали, выбор подпрограммы,

коррекцию положения, захвата.

Управляющая программа Робот-2010 может работать

в двух режимах: в режиме имитатора и в режиме реального оборудования — станка.

В режиме «имитатор» можно создавать управляющие программы и

проводить их отладку виртуально, то есть не подключая робота.

В режиме «станок» появляется возможность управления роботом.

Функция управляющей программы для робота с техническим зрением

включает следующие пункты: вывод робота в нулевое положение;

вывод в зону съемки; распознавание объекта; перемещение в плоскости x,

y к объекту № 2; опускание над объектом; захват объекта;

перемещение объекта на безопасную высоту; перемещение в плоскости x,

y к объекту № 3; опускание; сборка объекта № 2 и № 3; разжатие;

подъем на безопасную высоту; перемещение в плоскости x,

y к объекту № 1; опускание над объектом;

захват объекта; перемещение в плоскости x,

y к объекту № 3; затем опускание;

сборка объекта № 1 и № 2; разжатие и,

наконец, вывод робота в нулевое положение.

Таким образом, наличие системы технического зрения в составе

учебного сборочного робота позволяет решить задачу о контроле наличия деталей,

идентификации деталей и ее перемещения в заданную точку пространства.

Обобщая все вышесказанное, для обеспечения надежности и точности

поступающей информации о внешней среде робототехнические комплексы

целесообразно оснащать бесконтактными датчиками разного типа.

Уважаемые слушатели, проверьте свои знания, ответьте на вопросы.

На следующей лекции мы рассмотрим с вами системы контактного типа.

До свидания.

[ЗАСТАВКА] [ЗАСТАВКА]

Explore our Catalog

Join for free and get personalized recommendations, updates and offers.

Coursera provides universal access to the world’s best education, partnering with top universities and organizations to offer courses online.

© 2018 Coursera Inc. All rights reserved.

Download on the App Store

Get it on Google Play