Введение к работе
Актуальность работы. Повышение эффективности функционирования промышленных роботов может быть достигнуто за счет оптимизации цифровой обработки, применяемый в процессе захвата и извлечения каких либо устройств, то есть решения классической обратной задачи робототехники. Наиболее узким местом при решении задачи захватывания является измерение параметров, определяющих пространственную ориентацию объекта и «в частности» наиболее сложной части этой задачи — определение угловой ориентации осей системы координат (СК) схвата. Используя- в робототехнической системе бинокулярную систему технического зрения (СТЗ) и соответствующий вычислительный комплекс, реализующей информационно-вычислительные функции формирования управляющих воздействий на исполнительные устройства в сочленениях телеманипулятора, т.е. решение собственно задачи манипулирования, а также значений координат углового положения осей СК объекта в соответствии с данными, снимаемыми с плоских изображений объекта, формируемых в каждом из каналов бинокулярной СТЗ. Проблема измерения параметров ориентации объекта в процессе его схватывания является достаточно сложной и может быть решена автоматически с помощью активной системы измерения, т.е. при наличии подсветки объекта, либо традиционно вручную путем манипулирования на основе информации получаемой с экрана, что впрочем, требует и одновременной угловой ориентации схвата при манипулировании. В данной работе предлагается метод автоматизированного манипулирования на основе тесного человеко-машинного взаимодействия, то есть традиционно применяемого ручного манипулирования схватом, реализуемого оператором по одному или двум плоским изображениям объекта, формируемым телекамерами в канале СТЗ, с целью совмещения начала СК схвата и объекта и полностью автоматической угловой ориентации осей СК схвата, реализуемой системой на основе информации, получаемой от пассивной бинокулярной СТЗ.
Таким образом, предлагаемая диссертационная работа, связанная, с использованием в процессе традиционного телеманипулирования рационального совмещения ручного пространственного манипулирования и автоматической угловой ориентации схвата по данным; получаемыми от информационно - управляемой бинокулярной СТЗ, является весьма важной и актуальной.
Цель работы: состоит из решения проблем автоматизации, и повышения эффективности функционирования современных телеманипуляторов" за счет принципа построения и оптимизации процесса цифровой обработки подсистем» вторичной обработки в каналах измерения параметров угловой- ориентации объектов манипулирования (применения бинокулярных СТЗ).
Для достижения указанной цели в работе поставлены w решены основные задачи:
1. Обоснование возможностей независимого управления» роботом в каналах пространственной и угловой ориентации- схвата. Позволяющие при решении обратной задачи кинематики робота без изменений существующих принципов и способа ручного пространственного телеманипулирования схватом полностью.
2. Автоматизация процессов угловой ориентации телеманипулятора, на основе бинокулярной СТЗ, решив, таким образом, задачу правильного схватывания объектов.
3. Распараллеливания процессов вторичной цифровой обработки угловом канале ориентации схвата телеманипулятора за счет представления алгоритмического обеспечения (АО)-в матричном виде.
4. Оптимизация цифровой мультипроцессорной обработки- в информационно-управляющей системе телеманипулирования бинокулярной СТЗ.
Научная новизна 1. Разработано матричное АО для бинокулярной СТЗ в угломерном канале телеманипулятора, что позволяет полностью автоматизировать процесс угловой ориентации схвата при телеманипулировании.
2. Разработана модель, предложен метод и решена задача оценки допустимой разрешающей способности светочувствительной матрицы -бинокулярной СТЗ в зависимости от допустимых погрешностей позиционирования схвата телеманипулятора.
3. Предложен критерий и произведена оптимизация структуры распараллеленной цифровой вторичной МП-обработки в реальном времени для бинокулярной СТЗ промышленного телеманипулятора, позволяющий максимизировать число процессоров в МП при обеспечении максимальной равномерности загрузки модулей-ЦП.
4. Разработана функциональная модель имитатора первичной цифровой обработки в бинокулярной СТЗ и произведено обоснование адекватности функциональной модели вторичной цифровой обработки.
Достоверность и обоснованность результатов диссертации. Результаты, полученные автором в рамках диссертации, проверены моделированием работы бинокулярной СТЗ при формировании данных об угловом положении объекта схватывания. Точность восстановления объемного изображения объекта по его двум плоским изображениям в канале СТЗ и точность схватывания удовлетворяют существующим требованиям по точности, что подтверждает работоспособность предложенного матричного АО для информационно-вычислительного канала бинокулярной СТЗ телеманипулятора.
Основные положения, выносимые на защиту:
• концепция иерархической организации вычислительного процесса бинокулярной СТЗ, сформирована на основе систематизации общеизвестных принципов позволяет реализовать модульность АО комплекса вторичной обработки, а также его АО в бинокулярной СТЗ;
• метод многокритериальной оптимизации вычислительных структур и процессов; распараллеленной цифровой обработки, позволяющая максимально эффективную её организацию в информационно-управляющей системе телеманипулирования с бинокулярной; ЄТЗі и предлагающая использование компонент цифровой- обработки, построенных на электронно-компонентной; базе с минимальным быстродействием;
• модульное матричное A0f в угломерном канале бинокулярной: CV3 для промышленного, телеманипулятора; . позволяющее полностью автоматизировать процесс угловой; ориентации схвата робота в процессе ручного телеманипулирования;: . .
• комплекс структурных моделей компонент угломернош системьіі и результаты предварительного проектирования бинокулярной: СТЗ; реализованные на - базе современной:среды методно-ориентированного -программирования.
Апробация, практическая ценность. .Содержание, разделов всех диссертации было доложено и получено одобрение::
• на семинарах кафедры АСУ в МОСКОВСКОМУ автомобильно-дорожном институте ();
• на; 64-й - 66-й научно-методических конференциях МАДИ(ГТУ) и V Межвузовской конференции РосНОУ;
Результаты- диссертации открывают новые возможности для использования автоматизации производственных процессов, а также в зонах повышенного риска, опасных средах и чрезвычайных ситуациях.
Полная; автоматизация процесса, угловой ориентации схвата, полученная наоснове;применения; бинокулярной СТЗ, позволяет значительно упростить процессы- ручного" телеманипулирования;
Предложенный в диссертации подход может оказаться полезным5 при: формировании оценок, потенциальных возможностей: производственных систем, вновь создаваемых, закупаемых за рубежом, или организуемых на базе промышленных предприятий. Разработанные: методы; прошли апробацию и внедрены для практического применения на предприятиях ООО «ТФТ Спецтехноком», ООО «Тринар Интер»
Область исследования: (в соответствии с паспортом- специальности 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность и строительство)):
- теоретические основы, методы и алгоритмьг интеллектуализации решения прикладных задач при построении АСУ широкого назначения (п. 13 паспорта);
- использование методов автоматизированного проектирования- для повышения эффективности разработки и модернизации АСУ (п. 15 паспорта);
- методы, планирования и оптимизации отладки, сопровождения, модификации и эксплуатации функциональных и обеспечивающих подсистем» АСУТП, АСУП, АСТПП и. др. включающие1 задачи управления -качеством, финансами, персоналом (п.9 паспорта).
Личный вклад автора. Автором работы предложены:
• геометрия распознавания объемного изображения объекта схватывания, по -двум его- плоским изображениям; представление этих картин совокупностями простейших кинематических связей, позволяющие сформировать матричное АО функционирования бинокулярной СТЗ в угломерном канале системы ручного промышленного телеманипулятора;
• на основе разработанной имитационной модели произведено обоснование работоспособности АО бинокулярной СТЗ;
• предложена и апробирована методика формирования требований к разрешающей способности светочувствительных видеодатчиков в зависимости от общих требований по точности позиционирования схвата телеманипулятора;
• теоретически обоснован мультипликативный (комплексный) критерий оптимизации структур и процессов распараллеленной цифровой МП-обработки. Методы исследования. Положения диссертации базируются на теоретических положениях матричного исчисления, сферической тригонометрии, теории оптимизации, теории моделирования, теории ошибок, теории многоуровневых иерархических систем.
Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 14 статей.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка и приложений.
