Download - Robotica în ajutor 2
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
1/105
Robotica n ajutor
Joseph F. Engelberger
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
2/105
Robotica n ajutor
Joseph F. Engelberger
Tipografia MIT
Cambridge,Massachusetts
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
3/105
Prima ediie a tipografiei MIT 1989
Joseph F. Engelberger
Toate Drepturile reyervate.Nici o parte a acestei cri nu poatefi reprodus sub nici o form de nici un mijloc electronic sau
mecanic (incluznd fotocopiere,nregistrare sau stocare de
informaii) fra permisiunea de a scrie din partea autorului
Tiprit prima data n 1989 de Kogan Page Ltd
120 Pentonville Road ,London N1 9JNTiprit i legat n Marea Britanie de Biddles Ltd,Guildford
Libraria Congresului Catalogarea n Publicarea Datelor
Engelberger,Joseph.F
Robotica n ajutor
Bibliografiap.
Include indexul.
1 Robotica. 2 Roboti. Ediia 1
TJ211.E55 1989 629,895 89-8283
ISBN 0-262-05042-0
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
4/105
Cuprins
List cu figuri 7
List cu plane color 11
Prefa 13
Partea I Tehnologia Robotic 15
1 Introducere 17
2 Anatomia robotic 18
3 Sisteme de control 30
4 Percepia senzorial 45
4.1 Introducere 45
4.2 Proximitate (raz scurt) 48
4.3 Proximitate (raz lung) 52
4.4 Poziie i Micare 61
4.5 Date proprioceptice 68
4.6 Stimuli artificiali 69
4.7 Comunicare 73
4.8 Tactilitatea 75
4.9 Recunoatere,Orientare,Analiza mediului 844.10 Diverse 97
5 Inteligen artificial 99
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
5/105
Partea II Aplicaii 125
6 Introducere 127
7 Parachirurg 130
8 Paraasistent 134
9 Parafarmacist 139
10 Cruenie comercial 141
11 Serviciul Fast Food 150
12 Agricultura 152
13 ngrijitor Staie de Benzin 158
14 Slujbe n Spaiu 163
15 Servicuiul Militar i alte eluri periculoase 176
15.1 Serviciul Militar 176
15.2 Operaiune Subacvatic 182
15.3 Serviciul centralei nucleare 185
15.4 Mineritul 189
15.5 Construcia 196
15.6 Serviciul de Protecie 205
16 Ajutnd persoanele cu handicap i btranii 210
17 Cerine casnice 218
Ediii viitoare 235
Index 241
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
6/105
List cu figuri
Fig 2.1 SCARA Configuraia braului robotic 19
Fig 2.2 SPINE bra robotic 19
Fig 2.3 Clatorii Unite Kawasaki pe ine 20
Fig 2.4 Robotul Intelledex poate avea pna la 15 m de curs liniar 20
Fig 2.5 Zona cadrului convergent 21
Fig 2.6 Robot mobil 22
Fig 2.7 Odex 1 23
Fig 2.8 Robot trator prin evi 24
Fig 2.9 Lumea roboiilor 25
Fig 2.10 Adept 1 bra robotic care folosete motoare cu transmisie direct 27
Fig 2.11 Un motor cu transmisie direct provizionat de NSK 27
Fig 2.12 Timpul de transfer al lui Adept 1 27
Fig 2.13 Low backlash gear train 27
Fig 2.14 Articulaie robotic ce permite schimbul rapid de unelte 28
Fig 2.15 Mna robotic UTAH-MIT 28
Fig 2.16 Mna Salisbury 29
Fig 3.1 Ceasul Strasbourg 31
Fig 3.2 Diagrama block a controalelor robotului 32
Fig 3.3 Nivele de inteligen a robotului 37
Fig 3.4 Simularea cerinelor unui robot 40
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
7/105
Fig 3.5 Programarea nivelului de cerine 41
Fig 4.2.1 Limitatorul Honezwell 49
Fig 4.2.2 Sistemul electronic de siguran Mayser 49
Fig 4.2.3 Simul fotoelectric de proximitate 50
Fig 4.2.4 Sensori inductive 51
Fig 4.3.1 Sensor ultrasunet polaroid de distan 53
Fig 4.3.2 Scanare cu ultrasunete a unei ncperi 54
Fig 4.3.3 Modelul sistemului sonar pentru robotic 55
Fig 4.3.4 Triunghiularizarea folosit in focalizarea camerelor 56
Fig 4.3.5 Cutare automat a imaginilor paralele 58
Fig 4.3.6 AT&T sensor de durat a zborului 59
Fig 4.3.7 AT&T desen de distan 60
Fig 4.4.1 Magnetometru poart de flux 62
Fig 4.4.2 Display de navigare ETAK 63
Fig 4.4.3 Metoda triunghiularizrii pentru navigaie 65
Fig 4.4.4 Configuraie epipolar general 65
Fig 4.4.5 Remapare polar 66
Fig 4.5.1 Absolut contra encodere treptate 68
Fig 4.6.1 Management automatizat al inventarului i sistemului de manipulare a
materialelor 70
Fig 4.6.2 Tavan cu lumini fluorescente 71
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
8/105
Fig 4.6.3 Scaner laser portabil folosit la citirea codurilor de bare de pe pachete 72
Fig 4.6.4 Sistem pasiv de emisie-recepie automat NAMCO 73
Fig 4.7.1 Dispozitive de programare mecanic 74
Fig 4.7.2 Interfee ISDN n medii PBX 75
Fig 4.8.1 Vectori de for in ncheieturi 76
Fig 4.8.2 Traductoare de for n ncheieturi 76
Fig 4.8.3 Sistem telecomandat de conformitate 78
Fig 4.8.4 Sistem singular de aezri tactile 80
Fig 4.8.5 Aezare tactil elastometric 81
Fig 4.8.6 Algoritm detector de alunecare 82
Fig 4.8.7 Detector de alunecare stylus 83
Fig 4.9.1 Modul video SRI 86
Fig 4.9.2 Funcii ale unui sistem video mecanic 88
Fig 4.9.3 Geometria luminii structurate n analiza mediului 90
Fig 4.9.4 Lumina structurat in sudarea robotizat 91
Fig 4.9.5 Sistem Ochi-n-mn 92
Fig 4.9.6 Ochi-n-mn n aciune 92
Fig 4.9.7 Vizualizarea unui punct de ctre Ochi-n-mn 93
Fig 4.9.8 Forma din umbre 95
Fig 4.9.9 Diagrama bloc a sistemului detector de culoare 96
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
9/105
Fig 5.1 Sistem bazat pe regul 102
Fig 5.2 O reea schematic 107
Fig 5.3 Cadru baie 109
Fig 5.4 Recunoatere vocal i sintez 111
Fig 5.5 Recunoaterea vocal n aciune 117
Fig 5.6 Ierarhia nelegerii graiului 119
Fig 5.7 Sistem de recunoatere vocal Blackboard 121
Fig 5.8 nelegerea peisajului Blackboard 123
Fig 7.1 Cadru stereotactic 131
Fig 8.1 Prieten de ajutor 136
Fig 8.2 Secvene de aciune 137
Fig 8.3 Prieten de ajutor la patul pacientului 138
Fig 9.1 Robot de completare a reetelor 140
Fig 10.1 Aspirator de podea automat 141
Fig 10.2 Prototipul aspiratorului de podea 142
Fig 10.3 Sistemul de control al robotului de cruenie 143
Fig 10.4 Controlul cii de cruenie Hansel i Gretel 144
Fig 10.5 Sensori activi ce direcioneaz robotul de crutenie 145
Fig 12.1 Bra robotic de tuns oi 155
Fig 12.2 Oaie imobilizat n staia de tuns 156
Fig 13.1 Insul distribuitoare de benzin 159
Fig 13.2 Comenzile clientului 159
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
10/105
Fig 13.3 Robotul umple rezervorul 160
Fig 13.4 Capac permanent de rezervor 161
Fig 14.1 Teleprezena n spaiu 165
Fig 14.2 Servitor telerobotic a unui zbor propus 167
Fig 14.3 Capabiliti FTS 168
Fig 14.4 Simularea modulului logistic a robotului controlat de om 172
Fig 14.5 Galeria staiei spaiale 173
Fig 15.1.1 Cadru din RUR 177
Fig 15.1.2 Fabricare multifuncional a celulei de lucuru 178
Fig 15.1.3 Celul robotic de nituit 179
Fig 15.1.4 Realimentare robotic (schi conceptului) 180
Fig 15.1.5 Realimentare robotic ( versiunea modelului la scar) 180
Fig 15.1.6 Decontaminare robotic 181
Fig 15.2.1 Vehicul telecomandat de supraveghere subacvatic Honeywell 183
Fig 15.2.2 Submersibil Epaulard 184
Fig 15.2.3 Ametek-Straza 185
Fig 15.3.1 Supravegherea la Cernobl 188
Fig 15.3.2 Robot mergtor Savannah River 189
Fig 15.5.1 Montare robotizat a oelului 199
Fig 15.5.2 Vopsirea robotizat a pietrei i a lnii 201
Fig 15.5.3 Robot vopsitor la faa locului 202
Fig 15.5.4 Robot de inspectat evi 203
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
11/105
Fig 15.5.5 Robot de inspecie a pereilor 203
Fig 15.6.1 Robot Denning Sentry 207
Fig 15.6.2 ROBART 208
Fig 15.6.3 ROBART 209
Fig 16.1 Cinele Ochi vztori 213
Fig 16.2 Cine Ochi vztori robotizat 213
Fig 16.3 Sprijinul unei maimue pentru tetraplegici 214
Fig 16.4 Robot ce ajut mersul 216
Fig 17.1 Robot personal 219
Fig 17.2 Robotul Erou al lui Heathkit 219
Fig 17.3 Animalul de companie 220
Fig 17.4 Posibil configuraie robotic casnic 222
Fig 17.5 Cteva cerine robotice simple 226
Fig 17.6 mpachetare cu coduri de bare 231
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
12/105
List de plane color
Plana 1 Robot staie spaial
Roboi simulai la munc
Plana 2 i 3 Parachirurgul robot
Plana 4 Boboi culegtori de citrice
Robot ce tunde oi
Plana 5 Vehiculul Autonom de teren al Statelor
Unite
Un prototip al eliminarii ordonantei explozive
Plana 6 i 7 Nautilus
Cteva din poyele speculare fcute de
vehiculul trimis s examineze epava Titanicului
Plana 8 Rover 1 folosit s penetreze subsolul centralei
nucleare Three Mile Island
Plana 9 Calul de munc al lui Whittaker
ROSA conceput s fie introdus n schimbtorul
de cldur la centralele nucleare
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
13/105
Plana 10 Roboi constructori concepui de compania
Takemaka
Plana 11 Roboi constructori concepui de compania
Takemaka
Plana 12 Un robot pentru inspectare liniilor de tensiune
Un ajutor robotic pentru tetraplegici
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
14/105
PREFA
Cnd publicatorii mei ,Kogan Page , m-au ghidat s revizualizez Robotica n
Practic avnd n vedere a produce o ediie revizuit a crii din 1980,am refuzat .
Ar fi fost un exerciiu enervant deoarece tehnologia robotic industrial nu aavansat prea mult n 8 ani . Desigur mai muli roboi au fost instalai la nivel
mondial (populaia a crescut pn la 200 000 n 1988) ,dar efectuau cam acelai
tip de munc. Echipamentul de pe pia nu profita de tehnologia disponibil
n aceast scriere robotul industrial a devenit un produs banal. Pentru
muli un robot nu e mai mult dect un computer mecanic mrginal,nite
hardware articulat ce ar putea fi folositor pentru CIM, Computer Integrated
Manufactoring. Rancurile productorilor de roboi au fost subiate de faliment side fuziune. Profitabilitatea e aproape inexistent i vnzrile anuale au stagnat.
Prezena la simfonia robotic e scazut i locurile de expunere au fost
reduse . Produsele i eu sau nclinat spre atentie n spectacole ,emisiuni care
accept roboi industriali ca fiind drept comoditi comerciale n paralel cu benzi
rulante ,mese hidraulice i motostivuitoare . Oh frate! De ce s-arngrijora un tat
fondator al roboticii despre scena aia n scris ?
Societatea Inginerilor Productori ,SIP, a sponsorizat un studiu Delphi n1985 cu obiectivul de a prevede aplicaiile robotice i volumul vnzriilor rotative
pentru deceniu prin 1995. Acel studiu a devenit parte din inspiraia pentru
aceast carte .
Participanii experi au considerat a dovedi doar slujbele fabricii . Clasa
altora n 1995 au prognozat nsumat un total de mai puin de 1% din vnzrile
totale !
Premiza acestei cri ,n contrast , este c cei din clasa altora va deveni
cea mai mare clasa de aplicaiirobotice pn n 1995.i asta pentru c exist
oportuniti mult mai mari n activitile de servire dect n fabricare. Astazi
,roboii pot fi mobili ,cu senzori si inteligen artificial.
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
15/105
Robotica n ajutor nu a fost nsut dup o cercetare de teren. Este munca
unui robotician de carier care a ncercat s rmn n domeniu .
Este de sperat c discuia despre capabiliti este obositoare i c discuia
despre aplicaii este reprezentativ. Totui , unul trebuie s mearg n alt partepentru informaii de design specifice, poate la colegii mei talentai din Transitions
Research Corporation,TRC , un tanc de gndire al Roboticii n ajutor
elul a fost srobotica din negur cu un tutorial despre capabilitile
roboilor i cu un prognostic despre destinul roboilor . Mare parete din
entuziasm de asteapt ncuiat n acest discipol nc n stadiul embrionic
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
16/105
Partea 1
Tehnologia
Robotic
La zi
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
17/105
1 Introducere
Ediia din Octombrie 1986 a Lumii Robotice coninea un articol
desprea automatizarea turnrii folosind un robot industrial . Ceea ce
este descris este exact ceea ce fcea primul robot industrial ntr-o
central General Motors n Ternstedt,NJ. Turnarea Robotizat nu este
cu siguran un material timpuriupentru un jurnal lunar ,totui pentru
a fi buni am putea scuza editorul pentru c n 25 de ani o nou
generaie de ingineri a aprut n scen i e probabil s fie inoceni
pentru motenirea robotic.
Prima main Unimate ar fi cu uurin revizuit i pus napoi la
munc s extrag produsele turnate. Muli din roboii vndui azi pe
pia ofer puin mai mult n ceea ce privete performana i se
adreseaz la clase similare de munc ( Robotic n Practic ) . Asta n
ciuda faptului c am avut loc avansuri tehnologice ,n principal n ultimii5 ani ,care ar fi permis binefondatului robot al lui 1989 s nfrunte
considerabil mult mai multe cerine.
n partea 1 eu voi nsuma aceste dezvoltri pentru a ilustra modul
n care statutul artei a avansat pn n punctul n care poate proviziona
capabilitile pentru a putea manevra aplicaiile descrise n Partea 2.
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
18/105
2
Anatomia roboticDe la nceput cinematica braului robotizat a urmat 4 elemente
geometrice de baz:
Cartezian
Cilindric
Polar
Revoluie
i aceste configuraii ncdomin produsele oferite de mari aprovizionatori. Dar
n 1988 orice discuie trebuie s aduc la cunotin conceptul SCARA (Fig 2.1)
geniul profesorului Makimo al Universitii Yamanashi. SCARA nu contribuie asa
mult n ceea ce privete cinematica pur livreaz ncheietura i efectori de capt
n mare parte n acelai mod ca i coordonatele cilindrice chiar dac cu o mic
deviaie vertical ,dect s se concentreze asupra operaiunilor de asamblare .
Makimo a vzut beneficii n a avea un bra robotic care s coopereze n micrile
orizontale i fiind chiar rigid n micrile verticale.Un SCARA poate s extrag
pri dintr-un ansamblu i s le mute la o staie de lucru pentru un ansamblu
cltit . Asta cere foarte puin micare vertical i cnd o pies vine n contact
cu piesa de lucru , cooperarea vertical este ierttoare dac alinirea nu este
precis.
Alt articulaie de bra unic este ceea conceput de Spine Robotics AB.
Braul Spine ofer o mare flexibilitate ,care este foarte folositoare n aplicaia de
vopsire unde accesul este restricionat . Braul este constituit dintr-o multitudine
de mbinri n serie ,fiecare cu o micare limitat . Schimbnd lungimile
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
19/105
tendoanelor exterioare braul poate fi ndoit n orice direcie (Fig 2.2) . Seturi de
asemenea subsisteme.
Fig 2.1 Configuraia braului robotic SCARA
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
20/105
Fig 2.2 Braul robotic SPINE
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
21/105
Fig 2.3 Cltorii unite pe ine Kawasaki
Fig 2.4 Robotul Intelledex poate avea pn la 15 m de curs liniar
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
22/105
Fig 2.5 Zona cadrului convergent
pot fi unite pentru a permite curburi compuse
Braul Spine are un handicap din cauz c are o frecven vertical i
repetare limitat absolut. Dar n aplicaii de nvelire asta nu este chiar limitare.
Roboii individuali au nceput cu anatomii ale unui bra singur ce era fixat
ntr-un mediu de munc cu toate instrumentele,prile i mainile la ndemn .
Astfel baza braului robotic era fix
n afara faptului c legturile braului au fost fcute pe msura cerinelor i a
ncrcturilor .prima ncercare de a crete sfera de inluien a fost prin a monta
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
23/105
robotul pe o maim ,permind cltoria d ela o staie la alta. Figura 2.3
ilustreaz o execuie obinuit.
O strategie alternativ, atingnd acelasi obiectiv n timp ce spaiul de lucru
este redus ,soluia este montarea braului robotic pe un cadru sau o schel. Fig2.4 arat un cadru ce permite o singur ax de clatorie . n Fig 2.5 cadrul aduce
braul robotic printr-o zon limitat de 4 picioare de suport ale cadrului . Aceast
configuraie a devenit popular n sudura de structuri mari .
n mod evident ,raza volumetric poate fi mrit oferind braului robotic
transport n toate cele 3 coordonate carteziene. O asemenea configuraie este
adecvat pentru luarea n ordine ntr-un sistem supraetajat de depozitare.
Fig 2.6 Robot mobil (Staubli AG )
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
24/105
Robotul ia obiecte din locaiile de depozitare n loc s acioneze ineficent i s
aduc palei ntregi la o staie de asamblare.
Dac mobilitatea este un grad asa rvnit de libertate pentru un bra robotic ,
atunci de ce s nu i oferim capacitatea n ntregul loc de munc, poate ntr-ofabric sau un depozit ,instituie ,cum ar fi un spital? VGAs ,Vehicule Ghidate
Automat au fost la mod pentru ani de zile pentru a transporta piese de lucru ,
unelte i altele. Marea majoritate urmeaz ci precise i se opresc la locaii
predestinate i sunt implicate exclusiv n transport. Dar montnd un bra robotic
pe un VGA creeaz un nou robot ,un robot mobil . Fig 2.6 arat una din cele mai
bune execuii. Acest robot a fost conceput s serveasc industria textili poate
suporta sarcini ale braului de 20 kg ,n timp ce transport un inventar la bord de
500 kg.
Fig 2.7 Odex 1 ( Odetics.Inc)
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
25/105
Roile sunt mijlocul preferat de a proviziona VGAs cu mobilitate . i aa va fi cu
roboii mobili . Dar sunt cei care i au inspiraia din lumea animalelor i a
insectelor i ar face caroboii s foloseasc picioare articulate pentru a se
deplasa. Unii ( n special armata ) susin c un robot ce merge ar avea mult mai
mare acces pe teren denivelat. Indiferent care ar fi motivul bani sunt cheltuii i
cercettorii din jurul lumii au parte de mult distracie inocent . Una din cele mai
ingenioase invenii este produsul celor de la Odetics Inc.
Robotul lor mergtor (Fig 2.7) poate face mult mai mult dect s mearg
asemenea unui pianjen . i poate manipula picioarele astfel nct s alunce pe
sub ui ,s i ridice sau s i lasecapul n jos sau i foloseste unul sau mai multe
picioare ca manipulator.
Poate va fi o aplicaie specializat cum ar fi n supravegherea militar,
explorarea marian i cruaarea accidentelor nucleare . Roboii au fost de mult
timp cunoscui ca fiind soluii ce caut probleme i nite aplicaii inovatoare au
ncorporat asta unde nici inventatori lor nu au visat . Cine tie ,uni ar putea
justifica dezavantajul costului de a avea un robot srind mprejur dect s se
rostogoleasc mrejur.
Evoluia ne-a binecuvntat pmntul cu o varietate fantastic de creaturi ,
produsul procesului de selecie naturalfuncionnd de milioane de ani. Evoluia
robotic poate continua ntr-un pas destul de accelerat. Dac un mediu este
conceput pentru ingineri i dac cineva cu finanare adecvat ar vedea nevoia de
a introduce roboi atunci un design adecvat va evolua n doar civa ani .
Fig 2.8 Robot trtor prin evi ( Robert B. Croston )
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
26/105
S presupunem de exemplu c cineva sugereaz csoluia n a gsi
scurgerile din evi este de a trimite un robot cu capabiliti senzoriale navigare
ntr-o canalizare. O anatomie asemenea omului este clar neadecvati soluia
logic este de a imita o omid (Fig 2.8). Fiecare din elementele corpului s-ar putea
dilata pentru a se prinde de interiorul evii i apoi s se contracte pentru a se
deplasa liber n interiorul ei . Repetnd secvena de prindere i mrind numrul
de pri ce se dilat i se contract ,robotul trtor poate nainta asemenea unei
omide.
Toat lumea este familiar cu SMTul staiei spaiale ( SMT- Sistem
manipulator telecomandat ) . Acest bra de 18 m lungime este folosit pentru a
manipula ncrcturi n depozitul de marf .
Nu este un robot adevrat deoarece este controlat de un astronaut.
Oriicum , hibrizii sunt pe cale de a sosii. Sunt numiiteleroboi deoarece pot fi
controlai de astronaui cu o telecomand sau pot funciona ca roboi n
adevratul sens urmnd un program .
Pentru a patra staie spaial .anatomia robotic se va schimba dramatic . n
afara faptului c va nfrunta condiiile meteodin afara navei robotul spaial va fi
manevrat n gravitaie zero folosind micro-jeturi , nu roi sau picioare . Va avea 3
brae ,unul pentru a inerobotul n loc , unul pentru a prelua forele de reaciune
i unul ce va efectua munca
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
27/105
Fig 2.9 Lumea robotic ( Sistem robotic automat )
Vic Sheinman , a fost responsabil pentru prima anatomie a unui bra robotic cu
revoluie (PUMA) , i-a lsat imaginaia s mearg pn la un mediu complet lipsit
de oameni . Ce anatomii robotic ear fi practice atunci ? Figura 2.9 ilustreaz
Lumea robotic a lui Sheinman . Are doar 30 cm nalime i o multitudine de
brae ce funcioneaz n 4 axe miscnduse pe tava efectund cerine la nivelul
solului , unde instrumentele i prile sunt distribuite . Oamenii intr n contact cu
aceast lume doar la periferia sa , hrnindu-l cu instrumente si pri componente
i colectnd produsul finit .
A fost sugerat c anatomiile robotice vor evolua ca rspuns la presiunea mediului
nconjurtor, aa cum si formele de via au evoluat sub presiunea mediului
nconjurtor.nc am putea arta simpatie pentru creaionitii ce refuz s linlture rolul lui Dumnezeu n crearea speciilor oare chiar toate formele de via
ce le vedem zi de zi s-ar fi putut nate din mocirl primordial i din fulgere ? Un
creaionist ce nu se ia prea n serios ar putea sugera c n acea parte a timpului
Dumneazeu se prostea doar , cteodat gsind frumusee , cteodat ilaritate, n
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
28/105
creaiile Sale i apoi le-a lsat s se apere singure in timp ce El sa ntors s i
nfaptuiasc marele plan .
Ei bine, cnd Marc Raibert de la MIT i dedic considerabilele puteri
intelectuale pentru a construi un robot ce se mic pe un ba sltare , s lconsiderm oare un agent al evoluiei , ocupat cu soluionarea unei probleme
intrigante n servo-control ce ar putea gazdui aplicaii n viitoare generaie de
roboi . Evoluia anatomie robotice nu trebuie s se opreasc doar la corp , ar
putea s implice i disecie. Roboii trebuie s aib baterii. Comparaia dintre
transmisia electric i hidraulic sau fcut n Robotica n practic dar din 1980
electrica a ajuns s domine , n mare parte datorit mbuntirilor fcute n
servo-motoare, sistemul angrenajelor si servo-amplificatoare .
Cea mai important inovaie a fost n transmisia direct . Servomotorul
transmisiei directe are profundul avantaj , n general pentru axele braului major .
Figura 2.10 ilustreaz braul Adept 1 ce foloseamotoare cu transmisie direct
pentru a oferi cuplu de torsiune ridicat ce nu ar fi trebui limitat. Figure 2.11 este o
fotografie a unui asa motor i Figura 2.12 reprezint timpul ciclului de transfer
pentru Adept 1 . Performana servo se apropie de cea a servomotoarelor cu came
cu btaie fix .
Transmisiile directe tind s fie mai mari i mai grele fa de transmisiile cu roi
i astfel mai puin dorite pentru a operea membre articulate unde ineria
penalizeaz performana dinamic . Aici motoare de nalt turaie profit de
avantajul angrenajelor ce patineaz foarte puin. Un exemplu tipic este cel de la
HD Systems ,Inc artat n Figura 2.13.
Vom oferi opreciere viitoare marilor progrese ce au fost facute n servo
amplificatoare n Capitolul 3, Sisteme de control.
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
29/105
Fig 2.10 Adept 1 bra robotic ce folosete
motoare cu transmisie direct
Fig 2.11 Un motor cu transmisie direct provizionat de NSK
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
30/105
Fig 2.13 Angrenaje cu patinaj redus ( HD Systems )
Fig 2.12 Timpul de transfer al lui Adept 1
De la A la B la A = 1 sec
Viteza maxim de ntoarcere = 900 m/sec
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
31/105
Fig 2.14 Articulaie robotic ce permite schimbul rapid de unelte (ISI
Manufacturing ,Inc )
Fig 2.15 Bra UTAH-MIT (Ed Rosenberger )
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
32/105
Fig 2.16 Mna Salisbury
n timp ce disecm anatomia robotic ar trebui s menionm rata
crescut de folosire a compozitelor pentru legturile din structura braului.
Permindui designerului s ating o rigiditate mare la o mas mic astfel
diminund ineria i face posibil performana de vitez ridicat cu ncrcturi mai
grele.
Este acceptat ca n practica robotic s angajam efectoare de capt ce se
potrivesc cerinelor. De exemplu o tor de sudur sau un bra mecanic pe msura
ncrcturii sale.Figura 2.14 ilustreaz o articulaie robotic ce permite schimbul
rapid de unelte care amintete evident de o main unealt ce schimb capetele
de tiat a mainilor.
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
33/105
Un el al cercetrilor continu s atrag atenia academicienilor. Braul Utah-
MIT i mna Salisbury sunt reprezentative braelor robotice cu degete cu mbinri
multiple ce pot emula capacitate oamenilor de a apuca ( Figura 2.15 i 2.16 )
Performana acestor brae devine acum chiar impresionant.Sunt totuioarecum complicate i costisitoare i transmisiile sale ocup aa de mult loc ca i
cum ar nfrnge orice aplicaie practic. Dar mult ingeniozitate inginereasc este
adus s gseasc o soluie la aceast problem i suportul financiar ce va veni de
la aplicaiile staiei spaiale va rezulta probabil n dezvoltarea efectoarelor de
capt cu degete opozabile. Este totui cinstit s sperm c de aceast tehnologie
vor beneficia cei ce au avut amputaii i victimile cu rni la coloan .
3
Sisteme de control
Mecanisme care controleazmicarea cum sunt ceasurile , au existat cu mult
nainte de revoluia industrial. Un bun exemplu este ceasul din Strasbourg,construit n 1574 ( figura 3.1 ) , ce folosea toate prghiile sale interioare i
clopotele pentru a anuna amiaza scuturnd din aripi,micndu-i capul ,
deschizndu-i ciocul i sunnd de 3 ori.
Abia n al doilea rzboi mondial nevoia de inventare a sistemelor de control
automate pentru navigaie i pentruinta armelor a rezultat n dezvoltarea unei
nelegeri formale a subiectului . Lucru ce a fcut posibil controlul programabil
pentru braul robotic.Il mulumete pe acest autor , care a urmat primul curs
susinut vreodat n servo teorie la Universitatea Columbia n 1945, inc ne
luptm cu diagrame Bode i funcii de transfer.
Totui , servo performana a avut mari retuuri de atunci iar n zilele de azi
controlul computerului poate oferii o gam mult mai mare de capabiliti care au
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
34/105
fost disponibile n prima instalaie comercial la nceputul anului 1960. Asta
nseamn c robotica nu mai este limitat la cerine simple de apucare i plasare
efectuate sub programare nregistrare-redare.
La nceput a existat programarea nregistrare-redare, cteodata supranumitimetoda nva-artnd , condus-prin sau ghidare . Redarea sub control servo a
expus rapid concepte ale controlului proporional de baz i mrind acestea
adugnd control integral i control derivat . Control proporional plus integral ,
formnd un controler P-I-D , este acum folosit classic pentru a obine acuratee
bun intr-un servo controler de bra robotic cu rspuns rapid i stabil. Unde
ambreiaje ale unor component discrete , chiar i tuburi radio erau principalele
component hardware ,cipurile microcomputerelor manevreaz acum toate
funciile servo i mai mult.
Cu acel mai mult se ocup acest capitol.
Figura 3.1 Ceasul Strabourg
Controlere comerciale i software
n domeniul format al industriei robotice , unde performana a fost demonstrat
pentru toate aplicaiile listate n tabelul de mai jos , sunt decizii ce pot fi luate
pentru hardware i software de control al roboilor . Multe din opiunile
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
35/105
disponibile sunt surori sub piele , dar paza geloas a sistemelor proprietare a
prevenit pn acum intemeierea de standard.
Aplicaii curente
Turnare ncrcarea mainilor
Sudur n puncte tampilare
Sudur cu arc electric Mulaje de plastic
Manevrarea sticlei Distribuia investiiei
Tratament cu cldur Transportul pe benzi rulante
Forjare mpachetarea paleilor
Fig 3.2 Diagrama bloc a controlerului robotic
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
36/105
Asemenea standarde sunt acum cerute n robotica industrial pentru c
acestea sunt dintr-un element de maturizare n fabricarea computerelor
integrate, FCI, si roboi dintr-un sistem de fabricare trebuie s coexiste cu toate
celelalte elemente. Pentru roboi de servici totui e mult prea devreme pentru a
stabili standarde.
Pentru sistemele de control a roboilor de serviciu,hardwareul i softwareul
comercial disponibil cu siguran fac lucrurie s sar. Discutnd despre acest
subiect cu siguran nu trebuie s ne concentrm atenie la un anumit pachet de
control. Ar trebui s lum n considereare ntreaga clas de sisteme disponibile
pentru a vedea care capabiliti sunt disponibile dejacu ajutorul crora
roboticienii pot construi pentru a fi la nalimea asteptrilor pentu aplicaiile de
serviciu actuale.
Sistemele de control conerciale nc implic programare de ghidare drept
cale de introducere a informaiilor de programare;acestea pot fi programate i
deconectate ,exact ca mainile unelte NC , i in modul acesta ele implic un tip de
limbaj textual pentru computer pentru a creia nu doar micarea braului dar i
acionarea efectoarelor de final i interaciune cu echipamentele periferice.
Diferena major dintre controlerele moderne i strmoii acestora din 1960
este modul n care un robot este considerat. Ne vom preocupa de programare
ntr-o mare masur dar mai nainte merit s ne uitm la un robot programat
complet s funcioneze ca o main NC.Ignornd cum i-a dobndit cunotina ,
ne putem concentra la cum controlerul acestuia controleaz robotul s efectueze
cerinele sale repetitife n fabric.
Figura 3.2 este o diagram bloc a unui controler robotic tipic. n ciclul de
funcionare un program testat este deja n memorie. Micrile braului robotic
sunt efectuate pe rnd i procesorul central trimite comenzi la servo-controlerecare acioneaz elementele de execuie pentru a poziiona legturile braului
robotic.n mod obinuit fiecare legtur a braului are propriul servo-controler
pentru a oferi poziionare fluent de nalt rezoluie. Comunicarea dintre servo-
controlere i procesorul central poate modifica dinamica legturilor pentru a
optimiza micarea elementului de execuie sau pentru a creia o cale coregrafic
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
37/105
precis pentru elementul de execuie daca calea este critic pentru efectuarea
lucrrii.
Elementu de execuie de final poate fi un simplu apuctor sau poate fi o
unealt,precum un pistol de sudur sau o roat de polizare. n program controluli temporizareafunciilorelementelor de execuie de final sunt oferite tot de
procesorul central.
Este foarte probabil ca robotul va lucra n strans legtur cu alte
echipamente isemnalele de interfa trebuiesc schimbate cu toate
echipamentele periferice. Pentru c aciunile robotului i ale echipamentelor
periferice vor avea un impact asupra pieselor de lucru i asupra mediului de lucru
, este posibil s fie necesar s urmrim operaiunea cu mai muli senzori.
Procesorul central este un supraveghetor ce integreaz toate semnalele de intrare
i de ieire pentru a ndeplini performane fluiente i de baz.
Monitorul este mai mult dect un display. Este n principal folosit pentru
programare dar in termen lung raportezstarea sistemului i ajut n
diagnosticare n cazul unui defeciuni sau orice deteriorare a performanei.
Toate acestea presupun c robotul a devenit ndeajuns de inteligent pentru ai
efectua cerinele n primul rnd .nainte ca slujba s fie atribuit un inginerindustrial ar fi potrivit robotul cu aplicatia. Trebuie confirmat c robotul este
destul de puternic pentru limita sa de ncrctur, destul de rapid pentru a
indeplini timpul ciclului i apt din punct de vedere cinematic s ngrijeasc toate
staiile n locul de munc.
Dar unde intr inteligenan aciune ? Inteligena apare n mare parte prin
nvturdei unele subrutine sunt construite n interior. Intr-o inteligen de
mamifer am numii aceste subrutine involuntare i instinctive.
nvarea
Pn acum cutia de control din fig 3.2 nu a fost luat n discuie. Ar putea contine
multe lucruri nemaipomenite pentru a oferi memoriei robotului tot ceea ce are
nevoie pentru ai ndeplini cerinele de lucrut att simple ct i complexe;dar n
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
38/105
forma sa cea mai rudimentar nu e dect o cutie cu butoane . Cineva apas
butoanele adecvate pentru a aplica energie pentru fiecare din articulaii pn
ajunge n poziia dorit.Cnd o combinaie de micri efectuate de numeroasele
articulaii poziioneaz elementele de execuie de final cum se cuvine un buton de
nregistrare este apsat pentru a stoca codat poziia tuturor elementelor de
execuie n memorie. n acelai timp butonul de nregistrare ar putea da comand
aciunea unui element de execuie de final, sau s serveasc ca un semnal de start
pentru un element periferic, sau ca un element de ateptare al unui robot,
ateptnd semnalul de intrare a unui senzor. O serie de asemenea nregistrri
acumulnduse n butonul Stop program result ntr-un program robotic fiind
stocat n memorie. Pentru multe cerine din fabric cum ar fi ncrcarea i
descrcarea mainilor chiar nu necesit nimic mai mult.
Cteodat totui punctele de final dintr-un program nu sunt importante, ci
insui calea urmat. Un asemenea caz e cel de vopsire cu pistolul. Calea poate fi
generat conducnd robotul prin puncte logice dea lungul traseului. In timpul
redrii controlerul i-ar folosi capacitile instictive pentru a se interpola i pentru
a ine pistolul de vopsit la o vitez constant n timp ce se deplaseaz deasupra
piesei de lucru. Cutia cu nvturi permite programatorului s selecteze viteza de
micare independent.n rundele de ncercri puncte din traseu i viteza dea
lungul traseului puteau fi modificate pentru a fi la nalimea cerinelor procesului.
Acest subansamblu al nvrii este numit editare.
Apasarea de butoane pentru fiecare articulaie indivudual pn aceasta
ajunge n poziia dorit poate devein obositoare. Prin urmare unele conntrolere
ofer posibilitatea de a comanda poziiile de final ale braului. Astfel cutia cu
nvturi ar putea permite elementelor de execuie s fie micate n coordonate
carteziene fa de baza robotului. Cteodat e mai convenabil s programm un
bra robotic n coordonate ale instrumentelor iar elementele de execuie de finaldevine cadru de referin. Programatorul este liber s gndeasc c elementele
de execuie de final ca fiind o unealt dezmembrat de la locul ei i care pluteste
liber n spaiu. ( Atta timp ct poziiile comandate sunt posibile de efectuat fizic
de ctre bra ) . Puterea computerelor fiind ceea ce este tot mai mult i mai multe
clopoele i fluiere au devenit posibile. Un foarte mare ajutor adjunct n
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
39/105
nvare este ramificarea . E posibil ca o slujb sa nu mearg de la nceput la
sfrit; aciuni alternative sunt posibil interpose. De exemplu,un robot poate
lubrifia o tan la fiecare a 3 a tanare . Sau un sensor poate cere o perioad mai
mare de repaus. Sau o condiie nesigur poate necesitaca braul s stea i s
atepte. Sau un robot poate selecta dintr-o librrie de programe de vopsit pentru
diferite pri ale caroseriei unei maini. Sau prile ar putea fi luate de pe o ramp
i stocate ntr-un palet ntr-un model ramificat de locaii care se schimb
cresctor.
n timp ce cipurile microcomputerelor devin din ce n mai puternice i
capacitatea memorie devenind practic infinit , capaciti adiionale sunt n
continuare adugate.
n primele zile ale Unimation Inc a fost promis c oricine ar putea s nvee
s programeze un Unimate ntr-o singur zi. Odat nvat ,procedura era att de
simpl nct era greu s fie uitat. Mai trziu cnd limbajele textuale robotice Val
1 i Val 2 ,au fost introduse ,antrenamentul dura una sau dou sptmni i dac
un inginer de aplicaie nu rmnea activ el trebuia s merg napoi la manual
pentru fortificare intensiv. Nu mai puteam glumii Desigur personalul fabric
poate programa un Unimate pn i directorii notri pot s o fac
Acum c Val era unic n a fi obscur pentru inginerul industrial nesplat.
Alte limbaje robotice textuale precum RAIL,AML,KAREL,MCL (dezvoltate respectiv
de Automatix,IBM,GMF i McDonnell Douglas) au artat o confuzie similar n
incinta fabricii.
Motivul pentru care aceste limbaje de nivel nalt au prosperat n ciuda
frustraiei cauzate utilizatorilor este c acestea ofer capaciti robotice avansate.
Lucrri mai solicitante pot fi acum ntreprinse. Senmalele sofisticate ale senzorilor
pot fi acum folosite pentru a modifica traseul unui program ,ca de exemplu cndpoziionm vrful unui aparat de sudur cu arc exact deasupra unei mbinri lucru
ce nu poate fi repetat de la lucrare la lucrare, sau urmrirea unei piese de lucru pe
o band rulant.
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
40/105
Un beneficiu cheie al limbajului robotic textual avansat este capacitatea de
a comunica cu computere i cu baze de date ale computerelor. Robotul poate
controla activitile dintr-o zon de lucru s in evidena i s raporteze despre
performan n timp ce folosete date de ordin mai mare generate n alt parte n
fabric . Roboii pot face parte din FCI, Fabricarea Computerelor Integrate.
ncepnd de la designul produsului informaia poate fi copiat prin procesul de
fabricare pentru a genera programe de manipularea a roboilor off-line, folosind
designul produsului computerizat .
Cu un processor central mereu vigilant o instalaie robotic poate digera
informaii i poate urmri semnalul sensorilor pentru a oferi pentru echipament
sigurana integritii i cel mai important sigurana uman.O subcerin poate fi
raportarea continu a erorilor i diagnosticarea proprie poate fi oferit pentru aalerta mentorii umani pentru a servi nevoile. Dar n ciuda abilitilor minunate ce
pot fi nvate de roboii moderni actuali , interfaa dintre roboi i oameni este
nc monstrous de neprietenoas . Nu ne putem chema roboii la datorie i s le
explicm n englez banal ce ne ateptm de la ei . Att timp ct FCI trateaz
roboii ca fiind nu mai mult dect computere perferice exist o perspectiv redus
despre roboi prietenoi sau computere care sunt puin mai prietenoase dect
computerele ce se ocup de producie .
n activiti de lucru , dup cum vom vedea n Partea 2 , sunt multe
perspective pentru roboi ce execut atribuii complexede uni singuri , n loc s
fie ngropate ntr-un sistem de fabricare complex. Ar trebui s preferm s avem
mijloace prietenoase de comunicarea a cerinelor noastre ctre roboii notri i
rspunsul lor ctre noi. Este posibil s vedem lumina dac lumn considerare
nivelele diverse de inteligen a limbajului robotic, mai exact urmtorul dei
evaziv nivel ce va simplifica relaia pentru muritorii de rnd care nu sunt genii n
programarea computerelor. La nivelul 4 n figura 3.3 aproape ne-am ntors napoin vremea n care pn i directorii notri puteam s programeze roboii notri .
Distincia este c roboii controlai de limbajele de nivelul 4 sunt cu mult mai
capabile dect roboi de nivelul 1 pe care oriicine le-ar putea programa pentru a
pune i a lua cnd roboii au ajuns prima dat n fabrici.
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
41/105
Fig 3.3 Nivele de inteligen robotic
n figura 3.3 este evident c tot ceea ce implic nivelele 1,2 i 3 este deja
disponibil. tim de mult timp cum s programm punct-la-punct (Nivelul 1).
Limbajele robotice disponibile ne permit s specificm secvene de micare
primitive (Nivelul 2) dea lungul timpului. n programare structurat (Nivelul 3)
VAL,RAIL,KAREL i altele integreaz semnalele senzorilor i date de baz pentru a
face fa cuinte n micare,aciuni alternative, orientarea greit a pieselor i alte
semnale de comand ale computerelor.
Funciile Nivelelor 1,2 i 3 al limbajului robotic i datele de baz sunt
cufundate i sistemul determin cum s ndeplineasc o cerin specific folosind
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
42/105
o margine cunoscut de nainte a lumii nconjurtoare i a componenteleor ce vor
fi manevrate . La momentul actual nu sunt sisteme generice de Nivel 4 iar
cercetarea spre aceasta e intens.Inginerul ce preseaz s aduc robotica n
activiti de lucru ar face bine s anticipeze capacitile de Nivel 4 i s se
ntlneasc cu aceasta la jumtatea drumului prin aducerea de structur i
raionalitate aplicaie asa cum este practic.
Programarea off-line i simularea
n aplicaiile industriale un prim beneficiu al programarii off-line este
capacitatea de a livra robotul la munc pe deplin programat i gata de lucru.
Poate fi pierdere de vreme ncercarea de a opri programarea robotului i a
echipamentului nconjurtor pn cnd instalarea este gata.In cel mai ru caz
putem afla c robotul i celula de lucru sunt incompatibile i c cerina avut n
vedere nu este realizabil,sau c ratele de producie estimate nu pot fi ajunse.
n activitatea cu valoare adugat ncare un robot este implicat se ntmpl
s preocupe produsul ce este definit ntr-un sistem CAD/CAM,apoi procedura de
programare off-line este uurat mprind data de baze.
Programle robotice pot fi verificate textual, dar folosirea simulrii pentru a
crea un model mondial solid al robotului i instalarea este i mai puternic. Astapermite demonstrarea traseelor lipsite de coliziuni i rezult timpurile ciclurilor.
Din pcate programarea NC(numeric controlate) nu este complet transferabil
la manipularea roboilor. Exist diferene considerabile ntre locul robotic de
munc teoretic i lumea real. Toate dimensiunile ale unei maini unelte NC,
tietorii si ,i piesele sale de lucru sunt cunoscute precis i astfel programarea
poate fi astfel absolut n definirea poziiei relative contra timpului. Nu prea e de
un robot n celul. Ar fi probabil scump localizarea straturilor mainilor
unelte,staiile de asamblare aparate ce aduc prile i brae robotice cu precizia
absolut cerut pentru unele funcii ce vor fi efectuale n celula de lucru . Roboii
n sinea lor datorit sferei mare de influien, micarea n serie a articulaiilor i
viteza de operare , nu arat acutatei repetabile n aceiai clas ca i mainile
unelte NC.
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
43/105
Este de neles c un program robotic off-line nu este un candidat probabil
pentru descrcarea de la un computer programator la controlerul robotului
pentru operaie instantanee on-line. Programul trebuie pus s fac exerciii ncet,
ncet on-line i trebuie avansat s fie pe msura anamaliilor neprevzute. n
jargoul robotic asta s-ar numi programare online punct de precizie . Oriicnd
destinaia braului trebuie s fie precis, ei sunt reprogramain modul
nregistrare-redare. Acesta nu este un handicap serios deoarece doar un
procentaj al programului trebuie regndit i apoi doar cu ajustri minore ale
poziiilor nvate off-line. Evitarea traseele i coliziunile ncrucisate de obicei sunt
adecvate cum sunt i incuietorile interne i logica de ciclu.
Folosirea programrii off-line cu ajustri fine descris mai sus presupune un
robot insensibil tipic . Odat ce un robot este dotat cu percepie senzorialadecvat ,crudul program off-line ar putea s nu mai aib nevoie de conexiune
on-line. Toate punctele de precizie ar fi realizate automat de control senzorial
bucl nchis,n mod obinuit tactil sau vizual.
n timp ce programarea off-line poate fi textual ca ntre un computer
programator de nivel nalt i controlerul unui robot,sunt avantaje clare
menionate mai sus ,n includerea simulrii n proces.Ct de frumos ar fi s stm
la un terminal i s jonglm cu echipamentul,mediul nconjurtor i roboii nmodele solide pentru a optimiza planul sistemului i apoi pentru a urmri
performana n timp real ceea ce implic dinamica robotului i echipamentului
asociat.
Pentru a crea o simulare folositoare nu este o cerin rutcioas. Sistemul
trebuie s includ un model al robotului plus modele a lumii robotului i
programe generatoare de micare. Figura 3.4 de pe verso este o diagram bloc a
structurii sistemului de simulare.
Cu modele ale robotului i a lumii sale i cu formule prevztoare pentru
micriile i interaciunile sale fizice este posibil crearea unui scenariu de
operare realistic ce anticipeaz instalarea n lumea real n avans.Roboi generai
de computer i modele-mondiale ambele ntr-un display 3D solid,ofer unui
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
44/105
inginer industrial de a se juca cu locul de munc atribuiile robotului ntr-o
manier ce are putea ridica sprncenele zeilor.
Nu exist un nlocuitor a unui nregistrri n timp real dar Faza 1 arat un prim
plan a unei cerine reprezentative doi-roboi ce este simulat de la nceput pnla final. Deneb,sursa acestei ilustraii are o librrie software a roboilor industriali
folosii n mod obinuit i a perifericelor tipice. Orice sistem luat n considerare
poate fi evaluat cu mult nainte de construirea propriu-zis i de ndoierea
metalului.
Programarea nivelului de cerine
Inteligena la nivelul uman nu este necesar pentru un robot;cu siguran nu vine
de la un robot i dac marea majoritate a cercettorilor Ai pot primi ncredereaceasta nu va fi obinut n viitorul apropiat. n figura 3.3inteligena uman este
numit Nivelu 3 .
Fig 3.4 Simularea cerintelor robotice
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
45/105
Fig 3.5 Programarea nivelului de cerin
Nivelul 4 reprezint programarea nivelului de cerini un robot cu acest nivel de
inteligen este tot ceea ce activitile de serviciu necesit. In discuia desprenvare nivelul 4 a fost deja aplaudat pentru liniile sale prietenoase . A fost
totui admis din pcate c inteligena de nivel 4 comerial nu este nc
disponibil.ncercnd a nelege ce nseamn programarea nivelului de cerine
ntr-un sistem de control robotic putem presupune c nivelul 4 este iminent.
Figura 3.5 extinde figura 3.2 pentru a include intrrile i reaciile inverse
care trebuiesc adugate unui sistem de control robotic pentru a deveni efectiv
programarea cerinelor. Inteligena noastr artificial , A I ,poate s aib minile
pe pulsul senzorial al robotului pentru a interpreta interaciunea dintre lumea
real i robot . i este posibil a traduce comenzile de nivelul 3 n instruciuni pe
care procesorul central le poate nelege ( mai multe despre A I n Capitolul 5 ).
Cu referire la Figura 3.5 cineva i poate imagina c un program de cerine
poate fi sub forma unei comenzi vorbite.n mod evident o asemenea comand ar
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
46/105
trebui s fie prima dat procesat de un modul A I pentru a fi tradus ntr-un cod
ce poate fi neles de procesorul central. Asumnd c comanda este de a turna suc
dintr-un vas ntr-un pahar . Cu locaiile vasului i a paharului fiind cunoscute de
robot, cu un mner al vasului i o mn robotic compatibil i cu toate lucrurile
la ndemn fr a fi obstrucionate asta nu ar fi dect o simpl munc de
nregistrare-redare,att timp ct locaiile rmn aceleai pentru fiecare repetiie.
Dar s presupunem c stim doar c acea can i acel pahar sunt undeva n
buctriepe o mas i c un robot mobil poate ajunge oriunde pe acea mas.
Sistemul vizual al robotului scaneaz masa i nc odat A I este chemat de data
aceasta pentru a analiza imaginea i s zic robotului unde s se opreasc la
mas,cum s i poziioneze braul pentru a prinde mnerul i unde s in cana
astfel atunci cnd rstoarn vasul sucul s curg n pahar.
Pn nici acest lucru nu poate fi de ajuns. Poate fi necesar de exemplu s
mute un obiect pentru a face acesibil mnerul vasului. Simul tactil analizat de
algoritmi de prindere A I vor fi necesare pentru a asigura c mnerul este ferm
inutpentru a putea turna i iari sistemul vizual pentru a spune robotului cnd
s se opreasc de turnat atunci cnd paharul este plin .
Tot ceea ce i-am cerut robotului s fac este s toarne un pahar cu suc!
Evident progmarea prin ghidare i stocarea programului este o strategie
inadecvat. Ar putea fi totui un program bun dac incertitudinile ar fi minore.
Astfel nivelul de programarea a cerinelor pentru o gam larg de activiti ntr-un
mediu oarecum structurat i ar putea necesita nu mai mult dect o obositoare
librrie de nregistrare-redare de rutine i subrutine, instigat de decizia driverelor
senzorilor pentru a compensa pentru incertituduini .
n planificarea unei aplicaii robotice de serviciu prima linie de atac este de a
introduce ct mai multe structuri n mediul de lucru .
Pentru programare universal a cerinelor este de dorit s ocolim librria de
programe nregistrare-redare. O persoan ce se ocup cu planificarea ar putea
transforma obiectivele nivelului de cerinn programe structurate pentru roboi .
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
47/105
Pentru ca aceasta s fie posibil cel ce se ocup cu planificarea cerinelor trebuie
s aib multe cunostine acumulte cu mult nainte:
- descrieri fizice i geometrice al mediului de lucru i obiectele din acesta- descrierea caracteristicelor robotului- ieirile i acurateile tuturor modalitilor senzoriale
n programarea nivelului de cerine aciunile robotului sunt descrise de efectele
sale asupra obiectelor din mediul de lucru,nu prin specificarea micrilor
manipulatorii necesare pentru a ndeplini aceast aciune. Unele limbaje robotice
ce arat elemente de programare a cerinelor sunt AUTOPASS,LAMA,AL i RAPT.
Cercettorul MIT Rodney Brooks prezice c sistemele comerciale sunt la 5 ani
distan.
Asta nu trebuie s fie descurajator pentru roboticieni ce opteaz pentru
cerine de lucru. Elementele de programare a nivelului de cerine pot fi construite
n interior iar cu progresul n A I capacitile pot fi extinse continuu.
Planificarea cerinelor include atotmenionata planificare gross-motion. n
general va fi nevoie i de planificare a prinderii i a planificrii a micrii fine.
Cel ce planific planul de prindere trebuie s reflecte de unde s prind
obiectul astfel nct s evite coliziunile n timpul prinderii ,n timpul micrii sau a
n timpul opunerii. Putem doar spera c configuraia de prindere va fi stabil n
timpul micrii braului.
Planificare micrii fine este greu dependent de senzori i conformri. A
tactic interesant poate fi mprumutat de la marinarii ce navigheaz orbete
pe cea. Dac un marinar nu poate vedea intrarea n port s-ar putea apropia mult
prea mult de o parte i astfel el ar tii s urmeze linia rmului pn la intrarea n
port.
i astfel se ntmpl ,primul pas este s nlturm ct de mult incertitudine
putem prin structurarea mediului. Pasul urmtor este s folosim toi senzori
disponibili economic pentru a reduce i mai mult incertitudinea . Robotul desigur ,
ar trebui s fie o oper de art n dexteritatea manipulatorului, mobilitate i
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
48/105
designul elenentelor de execuie de final astfel nct orice avansare n inteligena
artificial poate fi absorbit n programare a nivelului de cerin i mai bogat.
Scopul programrii nivelului de cerin este de a contopii programarea
structurat i experii n computere ce au creat-o. Programatorul nivelului decerine e biatul sau fata ce nelege cerina.
4
Percepia Senzoial4.1 Introducere
Dac i atribuim unui robot o cerin prima noastr ateptare este c acel robot va
imita un om pentru a termina acea cerint. Astfel servitorul robotic probabil are
mini i picoare, este mobil i logic. Autonomia a fost deja format. Percepiasenzorial va marca succesul sau eecul unui serviciu robotic.
Percepia mecanic include o gam vast de traductoare care ar putea fi
folosite pentru a informa robotul despre mediul nconjurtor. Multe din aceste
traductoare funcioneaz diferit fa de organele mamiferelor. Multe dintre
acestea ofer date straine percepiei umane. i cteva permit roboilor s
perceap ntr-o manier asemntoare cu aa numitele manimale mai mici. Liliecii
folosesc sonarul, pisicile folosec mustiile iar psrile folosec senzori ai cmpului
magnetic. i roboii pot asta!
Dac am fi nevoii s alegem un sim din toate cele existente cu siguran am
alege vzul. Vzul pentru a ajuta un robot s i gseasc calea, pentru a analiza
scene complicate, pentru a recunoate mofturile personale ale unui om, pentru
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
49/105
ai direciona braele cu coordonare ,pentru a determina distana , pentru a cuta
culori,texturi i altele.
Vestea proast e c vzul robotic nu e nici pe aproape de vzul uman.
Vestea bun este c un robot nu e limitat doar la vaz ca fiind drept senzor depercepie. Altfel de senzori pot ndrepta multe din deficiene. Ceea ce trebuie s
fac un robot este s combine percepia senzorial pentru a nelege viaa de zi cu
zi. Combinarea senzorial combinat cu modele mondiale interne i cumptarea
surselor de energie implic inteligen artificial, A I .
Inteligena artificial va primi atenie individual n Capitolul 5, dei liniile ce
mpart sistemele de control ,percepia senzorial i A I nu sunt att de ascuite .n
acest capitol ne vom contra asupra traductoarelor i vom atinge punctul
culminant cu o discuie despre vzul robotic, ce rmne nc un mare mister n
percepia robotic.
Unele din ntrebrile pe care unrobot de serviciu ar necesita percepie
senzorial s le rspund sunt acestea:
- UNDE SUNT?
- CE E AIA ?
- UNDE E AIA?
- CE CERINE ?
Exist o mare problematic printre modalitile senzoriale ce le pote
suporta un robot confruntat cu aceste consideraii. n tabra opus se enumer
modalitile senzoriale ,repetnd unde este cazul.
Amble pentru aplicaii industriale ce au structur redus i pentru
preponderena aplicaiilor de serviciu,roboii necesit percepie senzorial i
abilitatea de a interpreta mesajele. n evaluarea unei cerine posibile un
robotician trebuie s fie vigilent n ceea ce privete instrumentele senzoriale
disponibile i ar trebui s anticipeze evoluia tehnologiei n termen ntr-un relativ
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
50/105
scurt . Percepia senzorial i A I sunt piesele cele mai de pre ale academiilor i
laboratoarelor industraile n yilele acestea.
Roboii au pornit insensibili. Ei bine,nu chiar, puteau prezice destinaia
propriilor elemente de ezecuie de final prin observarea unor poteniometre,efectuoare i encodere digitale montate pe incheiturile braelor. Un vehicul ce
dispunde de encodere montate pe roile sale poate de la o destinaie cunoscut la
alta prin observarea calculelor encoderelor. Vehiculele i elementele de execuie
ale braului au venit n poziia potrivit asemeni unui marinar ce intr cu nava n
port.
Controlnd cu grij dimensiunile mecanice i folosind encodere de nalt
rezoluie a fost posibil mbuntirea acurateii punct-la-punct. O acuratee i
mai mare poate fi atins msurnd toate anomaliile uni robot i construind n
compensaie , de obicei numit "semntur". O asemenea semntur poate
mbuntii acurateia pozitionrii unui bra cu revoluie cu un factor de 10/1.
Astzi unele dintre cele mai mici ansamble robotice se apropie de
egalarea capabilitilor veriorilor lor mainile unelte, cu o acuratee absolut
atins de 0.1. Asta este un lucru bun dac echipamentul periferic i uneltele toate
sunt construite i localizate dup acurateea absolut corespunztoare. Dar
penalitile de cost pentru obinerea acurateei absolute trebuie schimbat
mpotriva celor implicai n oferirea percepiei senzoriale asupra mediului
nconjurtor robotului.
n modul cel mai simplu un limitator poate oferi o indicaie
unidimensional despre poziia relativ dintre braul robotic i o destinaie.
Schimbtoare de proximitate i traductoare fotoelectrice pot fi alese ca semnale
stop de cltorie.
Braul uman nu e nici pe aproape la fel de precis ca un bra robotic ce
atinge acuratee absolut ntr-o tranziie orbeasc de la o poziie la alta. Dar
braul uman ,a ajutat la vzul i simul tactil, poate trata piesele de lucru cu o
precizie i o delicatee ce nu poate fi rivalizat de nici un robot.
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
51/105
Este de cunoatere general c atunci cnd un om i pierde un sim
celelalte simuri se dezvolt pentru a compensa. Pentru un robot ar trebui s se
aplice acelai principiul. Dupa cum am vzut roboii au procesoare centrale ,un fel
de creier i acestea nu trebuie s se blocheze cnd primesc stimuli paraleli. Exact
ca i oameniidac un sim este pierdut robotul poate s continuie dei are un
handicap.
Acum este timpul s lum n discuie modalitile senzoriale. Nu exist
absolute doar pariale printre capabiliti,costuri i potenialul de cretere. n
funcie de ndatoriile sale un robot de servicu poate primii intrri senzoriale de la
oriicare din varietatea de traductoare, sau de la o combinaie din ei .
Capabilitile enumerate presupun c procesorul central al robotului poate
interpreta,combina i aciona asupra oricror intrri n timp real.
4.1 Proximitatea (Raz Scurt)
Limitatoarele. Totu;i limitatoarele sunt simple i ieftine , acetia pot dac sunt
poziionate justificat, ofer opriri de siguran i date rudimentare pentru
navigare sau pentru manipularea mediului nconjurtor.
Cea mai simpl i omniprezent form este cea a microcomutatorului,
artat aici cu role pe braul de operaiuni (Figura 4.2.1).
Amortizoare. Un amortizor implic material cu proprieti de amortizare
i un tip de spumsau un fel de membran care se nfsoar n jurul bazei
vehiculelor mictoare. Protecia fizic poate fi mrit de datele senzoriale dac
un comutator de bandeste construit n bara de protecie pentru a semnala c un
contact a avut loc undeva n lungimea sa. Dac bara de protecie este mprit n
segmente i fiecare are un comutator de band independent atunci locaia
general a unui contact poate oferi mai multe informatii. Aceasta ar putea fi o
metod low-cost de obinere a datelor navigaionale de intrare. Un vehicul orb ar
putea folosi datele de contact pentru a-i creea o cale printre obstacole.
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
52/105
A schem a combinaiilor fizice de amortizare i apoi oprirea vehiculului ce intr n
contact cu un om este artatn figura 4.2.2. Bara de protecie este fabricat din
spum poliuretanic. Compresia face ca comutatorul s se nchid.
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
53/105
Figura 4..2.3 Senzor photoelectric de proximitate ( Banner Engineering Co)
Musti. Bunicul meu credea c dac aexistat vreodat ceva grozav acelea erau
mustile pisicii. Pentru vehicule robotice sau brae robotice mustile ar putea
oferi semnale de proximitate cu mult nainte ca un contact masiv s aib loc. n
1950 erau musti confecionate din arcuri . Cnd acestea intrau n conctact cuceva n timpul parcrii sunetul de rzuire va emite vibraii n metalul caroseriei i
ar alerta oferul.
Detectori fotoelectrici de proximitate. Pentru multi ani fabricarea de automatizri
a facut folosirea ndelungat a fotoelectricelor. Sunt 2 moduri obinuite de
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
54/105
operaie: fie o raz de lunin este proiectat spre un detector fotoelectric situat
n faa razei ori raza de lumin i detectorul sunt n aceiai carcas iar raza de
lumin este reflectat spre detector. n orice caz senzorul de proximitate este
perpendicular cu raza de lumin. Distana din plan a razei de lumin nu este
msurat. Figura 4.2.3 ilustreaz schematic cele dou moduri de operaie.
Figura 4.2.4 Senzori inductivi (Tenor Co,Inc)
Detectoare capacitive i inductive. Suprafee magnetice sau conductive ce intr n
contact cu cmpuri electrice distorsioneaz acele cmpuri,distorsiuni ce suntdetectabile. Comutatoarele de proximitate cu raz scurt folosesc aceste principii.
Raza nu e mai mare dect vreao civa cemtimetri dar cmpuri ce sunt produse
de traductoare 'cltit' pot fi folosite pn la 20 cm. Aceste detectoare de
proximitate poat fi folosite pentru a detecta componentele ce trec prin faa
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
55/105
traductorului ,exact ca i fotoelectricele retroreflective. Totui schimbarea puterii
terenului variaz cu proximitatea,iar asta face ca traductoarele inductoare i
capacitive s fie folositoare n detectarea distanei la fel de bine. Pentru multe
aplicaii pragurile sunt setate pentru a declana o ieire de comutator la o
distan precis. Deoarece semnalul primar este analog i poate fi calibrat contra
razei,exist potenialul pentru senzori mult mai sofisticai. Un exemplu dovedit
este controlul servo bucl-nchis al unei tore de sudur cu arc pentru a menine
o distan constant ntre tor i piesa de lucru n timpul sudurii.
O linie comercial de senzori inductivi este artat n figura 4.2.4 . Este
capabil s detecteze att metale ct i nemetale pn la o distan de 50 mm. n
general vorbind pentru a reui o distan mai mare ar fi nevoie de o fa a
detectorului mai mare.
4.3 Proximitate (Raz lung)
Sonar ultrasonic. Probabil cel mai efectiv n funcie de pre este senzorul de raz
bazat pe viteza suntetului. Senzorul ultrasonic depinde de producerea unei unde
de sunet de frecven nalt (peste 20khz), transmind unda de sunet si apoi
msurnd intervalul de timp de la producerea sunetului pn cnd o reflexie se
intoarce de pe suprafaa unei inte. Deoarece tehnologia a fost dezvoltat pentru
producerea volumului de Polaroid ce controleaz focalizarea camerei lor
instantanee,costul pentru aplicaii industriale este sub 100 $. Figura 4.3.1 este
facut din catalogul lui Polaroid. Traductoare electrostatice ca ale lui Polaroid sunt
folosite cnd unde de sonar nguste (10 grade) i oraz lung de operare (10
metri) sunt dorite.
Traductoarele piezoelectrice sunt folosite cnd raze largi de sonar(90
grade) i o raz scurt de opereare(2 metri) sunt preferate. Razele largi pot oferi o
aur de siguran n jurul unui robot mobil folosind doar cteva traductoare. Razangust a unui traductor electrostatic este mai bun pentru cartografierea unui
mediu sau pentru a controla traseul unui robot .
Pe ct de atractiv sunt ultrasunetle n principiu acestea au ns i slbiciuni
care las loc pentru alte modaliti s mbogeasc raza senzorial a unui robot.
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
56/105
Viteza sunetului variaz n funcie de umiditatea mediul nconjurtor i
temperatura . Pentru cea mai mare acuratee aceste variaii atmosferice ar trebui
msurate i luate msuri pentru a le compensa.
O und ultrasonic este n mod obinuit reflectat de pe suprafee netededeci nici un ecou nu este recepionat dac direcia n care se propag raza nu este
aproape perpendicular cu suprafaa obiectului. O suprafa neted este definit
ca avnd iregulariti de suprafa mai mici de 1/4 dect lungimea frecvenei
ultrasonice.
Ei bine , am putea mri numrul de senzori de raz ngust i s i
orientm la unghiuri diferite pentru a mri precizia . n afar de impactul ce l are
costul aceast strategie are limitri deoarece energia ultrasonic poate fi
persistent. Timp trebuie acordat ntre pulsuri deoarece un puls precedent nc se
reflect print-o camer cu suprafee foarte netede pentru o mare fraciune de
secund. Aceast energie ar putea fi interpretat greit.
Sunt totui mai multe iretlicuri subtile disponibile pentru a mbunti
precizia.
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
57/105
Figura 4.3.1 Senzor de raz ultrasonic Polaroid (Polaroid Corp)
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
58/105
Figura 4.3.2 Scanare cu ultrasunete a unei camere
Figura 4.3.2 ilustreaz o camer ce este scanat de un traductor ultrasonic
rotativ. Distorsiunile din harta rezultat sunt corelate cu deficiene ultrasonice de
raz.
Camera exist pentru mbuntiri dramatice n ultrasunete. Modelul
nostru este liliacul (Figura 4.3.3). ine-i minte expresia "Orb ca un liliac"?
Liliacule este departe de a fi orb ,dar se ntmpl ca vzul su s fie bazat pe sunet
n loc s fie bazat pe lumin. Liliecii pot varia ratele de puls i frecvenele
ultrasonice. Un puls,care e mai mult ca un ciripit, acoper un deceniu de frecven
iar un liliac poate face diferena ntre intrrile i ieirile uni ecou. Micrile relative
ale liliacului mediului i ale przii sunt analizate folosind diferenierea doppler.
Computerul de bord al liliacului transport o imagine plutitoare a ultimelor scene
din care liliacul poate arunca ecourile false i ilogice.
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
59/105
Senzor de proximitate cu infrarou. Un senzor compus dintr-o diod ce emite
lumin i un fototranzistor receptor poate trimite o raz ngust de 1i poate
colecta semnale ce ntoarcere de la 10 m distan dac e ndreptat ctre un
reflector.
Figura 4.3.3 Modelul sistemului sonar pentru robotic
La 2 m o suprafa alb mat rentoarece un semnal folositor i dela civa inch
pn i o suprafa neagr mat poate fi detectat. n mod evident coeficientul de
reflexie al unei suprafee inte trebuie s fie tiut pentru a obine informaii
folositoare despre raz dar pn i atunci acurateea este limitat
O raz infrarou cu retur in-line este mai adecvat pentru detectarea
unghiului intei. Pe un robot mobil un asemenea senzor ar oferi un semnal
continuu n timpul urmririi unui zid. La un col sau la o u semnalul va cdea
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
60/105
brusc la zero.Acest semnal de detectare binar ascuit poate fi folosit n conjuncie
cu un sonar cu raz larg. Infraroul nu ofer infomaii despre distan,detectnd
doar prezena sau lipsa unui obstacol. Sonarul ofer date de distan. Fuziunea
senzorilor face detectarea obstacolelor mai robust.
Dac lumina infrarosie este reflectat la un unghi , atunci distana poate fi
exprimat prin triunghiulare. Acurateea depinde de separarea dintre raza
transmis i lentila detectorului.Aceast distan poate fi coninut n limea
carcasei unei camere i tot ar oferi suficent acuratee pentru focalizare
automat. Figura 4.3.4 este o schem a sistemului folosit de Nikon.
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
61/105
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
62/105
Componente de frecven nalt (obiecte cu margini ascuite bine definite) sunt o
indicaie a unei condiii de focalizare.Durata de timp pn la ajungerea la
focalizare poate fi o problem,dar majoritatea camerelor cu vor ajunge la
focalizarea maxim sub 0.5 secunde.
Laser Time-of-flight. La prima vedere s-ar prea c time-of-flight folosind
lumina este puin probabil s fie economic practic pentru altceva dect aplicaii
exotice militare sau spaiale unde benificiile n performan sunt mai importante
dect consideraiile de cost. Costul n clasa 100.000$ este ceva obinuit.
Recent totui cercettorii Miller i Wagner ai laboratoarelor AT&T Bell au
divulgat o alternativ low cost care ar putea fi foarte folositoare pentru navigaia
robotic. Este limitat la o vitez de scanare mic i ofer doar o dimensiune de
acoperire. i totui la preul unei piese de sub 1000$ sistemul poate fi foarte
eficient n materie de cost n dimensiunea 2D a lumii cldirilor comerciale.
Figura 4.3.5 Split image range finder automatic
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
63/105
Figura 4.3.6 AT&T time-of-flight senzor de raz
Figura 4.3.6 e o diagram bloc a unui sistem AT&T
Sistemul a fost testat ntr-un mediu de laborator cu rezultate
impresionante.Pereii erau clar vizibili pentru scaner,unde localizate precis toate
obiectele din camer au fost detectate i precis aranjate i poziionate. Acest
lucru este evident n schema din figura 4.3.7.
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
64/105
Figura 4.3.7 AT&T reprezentare de raz
Proximitate Capacitiv. Senzori de proximitate capacitiv pot fi folosii pentru a
detecta materiale cu un contrast dielectric ridicat. O anten de radio frecven
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
65/105
este folositpentru a creea un cmp electromagnetic care n prezena unui
dielectric creaz o capacitan la pmnt. Noua creat capacitan este detectat
cu un oscilator RF. Aceste uniti au o raz de 60 cm sau mai puin pentru a
detecta oameni . Forma cmpului de detectare este n funcie de designul antenei
i de ecranarea acesteia. Dac sensitivitatea senzorului este prea mare poate
detecta n mod eronat schimbri n configuraia robotic, cum ar fi micarea unui
bra,ca pe un obstacol.
Avertizare de coliziune bazat pe radar. Un sistem de avertizare de coliziune bazat
pe radarfolosind o raz-orientabil val-milimetric de anten a fost propus de
Battelle Memorial Institute. Laimea bandei este aproximativ 1 grad i cmpul
vizual e de aproximativ 30 de grade.Acest tip de sistem ar fi un bun ajutor pentru
un sistem de scanare cu sonar. Datele de radar sunt valide de la 2 metri distande transmitor.
4.4Poziia i Micarea
ntr-o lumea 2D,cum e obinuit pentru un robot de serviciu al crui habitat este
ntr-o cldire servind nevoile oamenilor,un robot mobil ar trebui s i stie locaia
i orientarea,adic X,Y i O . Dac se mic nseamn c trebuie s cunoascdimensiunile vectorului de micare,direcia i viteza,O i V pentru ai actualiza
mereu locaia. Sunt mai muli sensori folositori:
Busola. Folosit de secole in navigarea pe ap sau pe pmnt,o busol ofer
orientare dup cmpul magnetic al pmntului . Din fericire pentru marinari i
pentru exploratori sunt puine anomalii n natur . n interiorul unei cldiri pot fi
obiecte mari fieroase ce pot distorsiona cmpul magnetic al pmntului.
O ntruchipare modern preferat este magnetometrul de inducie terestrce ofer o ieire electric direct folosibil. Figura 4.4.1 ilustreaz un element de
baz fr elctronicele sale asociate.
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
66/105
Figura 4.4.1 Magmetometru de inducie terestr(KVH Industries,Inc)
Distana. Un kilometraj integreaz micarea unui vehicul i ofer o msurare
exact a distanei parcurse. Pentru boroi e puin probabil s ia forma
encoderelor ce sunt legate la micarea roilor. Poziia i orientarea relativ la o
locaie de pornire poate fi determinat integrnd rotaia unor perechi de roi de
encodere cltorind n micare dreapt. n mod evident vor fi erori n timpul
mersului deoarece roile alunc, terenul variaz i efectele acumulate ale variaiei
formei geometrice a roilor.
Un marinar ce i urmrete compasul ,viteza prin ap i timpul poate s i
estimeze poziia. Original numit recunoatere dedus acum este cunoscut sub
numele de paralance. Un robot poate de asemeanea i deduc poziia dup
cltorie, dar cum exist erori va trebui s verificm cu ajutorul altor sisteme de
navigare.
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
67/105
Sistemele de navigare ale automobilelor produse de ETAK Inc i VDO Adolf
Schindling AG folosesc un magnetometru de inducie i un odometru iar
informaiile de la acestea ajut la determinarea poziiei aproximative n timpul
cltoriei dea lungul drumurilor aflate n baza sa de date. Interseciile sunt
folosite ca puncte de reper pentru a minimiza erorile acumulate. Figura 4.4.2
arat display-ul pe care ETAK l ofer unui ofer
Ghidare Inerial. Este bine cunoscut c dac integrmtoate acceleraiile
experimentate de un corp n micare putem calcula translaia de la orice locaie
dup un interval de timp cunoscut.n cel mai elegant mod ghidarea inerial
poate localiza poziia unei rachete de croazier aflat la sute de mile deprtare de
rampa de lansare. Aceast tehnologie este n mod previzibil foarte costisitoare
Dac intervalul timpului de integrare este scurt ,sa zice sub 30 de secunde
,iar micarea unui vehicul este constant, atunci acuratee suficient pentru
navigare poate fi atins la un cost rezonabil. Cnadidaii probabili sunt giroscoapele
pentru a stabili orientarea dup ntoarceri.Performana este adecvat pentru a
monitoriza ntoarcerile cresctoare,dar aluncri pe termen lung mpiedic
folosirea lor pe perioade lungi.
Principii fizice diferite sunt folosite de giroscoapele mecanice,giroscoape de
msur a gazului,giroscoape fibr optic i giroscoape pentru furca de reglaj.
Dintre acestea furca de reglaj este cea mai ieftin i acurateea sa este sufucient
pentru intervale de timp de cteva secunde.
Clinometru. Etajele n cldiri sunt de obicei plate i de obicei se afla perpendicular
fa de vectorul de gravitaie. Dac nu un robot trebuie s tie unghiul pantei i
unghiurile periculoase de rsturnare. Clinometrele cu ieiri electrice sunt
traductoare indispensabile.
Triunghiularea. n simul de proximitate un mijloc de a verifica distana este de a
transmite o raz de lumin la o int i apoi s msurm unghiul razei reflectate.
Calcularea distanei este direct. Msurarea distanei este o component a unui
punct fix n navigaie. Realizeaz un cerc n jurul inetei pe care trebuie s se afle
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
68/105
vehiculul. Alt msurare a proximitii la o int diferit ofer alt cerc de poziie.
Punctul fix e la o intersecie de 2 arce.
Figura 4.4.2 Display-ul de navigare ETAK (ETAK,Inc)
Un robot n micare poate folosi triunghiularea n exterior. Dac luminile sau
alte puncte de reper ce pot fi recunoscute sunt la o locaie cunoscut i vizibile
pentru robot, robotul poate msura unghiurile dintre aceste puncte de reper i
astfel i fixezepoziia pe baza propriei hri interne asupra mediului, cam n
acelai mod cum un marinar i determin poziia baznduse pe punctele de reper
terestre i poziia corpurilor cereti.
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
69/105
Unele sisteme de navigare industriale comerciale (Namco Caterpillar)
folosesc un scaner cu laser pentru a folosi triunghiularea bazndu-se pe puncte
pasive localizate strategic (Figura 4.4.3) . Unele sisteme folosec senzori optici ,cum
sunt CCD-urile, pentru ai triunghiula poziia robotului de la semnale infraroii
modulate active. Alte sisteme folosec o surs de lumin infraroie montat pe
robot pentru a ilumina semne pasive foarete reflectorizante ce ies n eviden fa
de fundal atunci cnd sunt iluminate. Transmitoare locale RF ce funcioneaz n
mrcile AM sunt foarete direcionale i pot fi folosite ca semnale de triunghiulare.
Multiple transmitoare FM au folosit informaiile de faz pentru a triunghiula
poziia.
n general ,orice punct vizibil sau surs de linie poate fi folosit ca semnal
pentru triunghiulare. Costul pentru a implementa un sistem de navigare bazat pesemne de reper va ncepe de la cteva sute de dolari pn la zeci de mii de dolari.
Sistemele ce folosesc simple semnale band reflectorizante sunt relativ
indispensabile.
Sonarul Doppler. Sonarul a fost discutat n detaliu sub Proximitate(Raz Lung) . O
submulime a sonarelor ultrasonice e detectarea sonar a micrii relative. Toat
lumea familizrizat cu schimbarea din tonul semnalului auduitv al trenului atunci
cnd trenul trece de o intersecie unde maina cuiva este oprit la calea ferat.Cnd locomotiva trece de intersecie tonul scade brusc.
Schimbarea frecvenei ultrasonice poate fi corelat n micare relativ
dintre un robot i mediului su nconjurtor. Poate fi n special folositoare pentru
diferenierea unei inte n micare aflat ntr-un mediu static.
Fluxul Optic i Tehnicile Epipolare. Acesta este un concept al viziuni mecanice care
ar fi putut fost considerat mpreun cu alte tehnici de procesare a imaginii pentru
analiza mediului. Este totui o metod specializat pentru deducerea adncimii dela distan. Baza e o simpl proprietate geometric a imaginilor n perspectiv
aflate n micare. Orice configuraie ce conine un punct n peisaj ce poate fi
recunoscut i linia de micare a unei camere definete un plan n spaiu ce este
numit planul epipolar al punctului avut n vedere. Figura 4.4.4 ilustreaz
configuraia.
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
70/105
Figura 4.4.4 Configuraia epipolar general
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
71/105
Remapare polar
Figura 4.4.5 Remapare polar
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
72/105
Tehnologia vine de la geometrie proiectiv. Planul epipolar intersecteaz
planul imaginii ntr-o linie dreapt,numit linie epipolar. Micarea robotului dea
lungul acestui traseu ofer o fluien a imaginii dea lungul liniei epipolare.
Tehnici de datare a transformrilor polare. Dr Carl F.R.Weiman of TRC, cel ce afost co-inventatorul tehnologiei de datare polar n 1977,continu s ntreasc
metodologia pentru a oferi percepie dinamic n timp real asupra unor mari
cmpuri vizuale. Pentru NASA acest concept este folosit pentru a inventa un
prototip de sistem hardware pentru andocarea navelor spaiale i urmarirea
acestora.
Figura 4.4.5 ilustreaz configuraia de baz a celulelor de senzori ai
imaginilor plane i memoria corespunztoare de procesare a imaginii. Ideea de
baz e c datele senzorilor sunt adunate n runde ,poziionate exponenial de la
centru. Zoomul i rotaia imaginii apoi corespunde cu schimbrile orizontale i
verticale de date n memorie. Cu camerele tradiionale ,zoomul i rotaia ar avea
nevoie de matria de multiplicarea a coordonatelor a sute i mii de pixeli la fiecare
33-milisecunde.
nc o cretere n performan rezult din distribuia de pixeli. De vreme ce
pixeli periferici sunt mari,numrul pixelilor poate fi redus cu 10,reducnd spaiul
de depozitare i cerinele de procesare n schimbul reducerii rezoluiei periferice.
4.5 Date proprioceptive
Proprioceptorii unui robot sunt dispozitive sensibile la micrile mainriilor
interne ale unui robot. Acestea se ocup n general cu monitorizarea i
controlarea legturilor braului .
Encodere,Poteiometre,LVDTs,etc. Poziia braului unui robot fa de trunchiul
acestuia i ceea a tuturor legturilor braului relativ la predecesorii lor trebuie s
fie cunoscut pentru a determina orientarea cinetic a braului.
De cnd encoderii au ajuns s domine proprioreceptorii braului robotic
este bine s accentum diferena dintre codificarea absolut i cresctoare.
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
73/105
Codificatorul absolut scoate un ir codat pentru orice unghi specific . Codificatorul
cresctor scoate un ir codat oricnd se mic i electronicile externe trebuie s
acumuleze datele codate i s traduc aceste date n deplasare unghiular. (Figura
4.5.1)
Absolut Cresctor
Figura 4.5.1 Encodere cresctoare contra absolute
Dac nu cunoastem unghiul iniial absolut al unui encoder cresctor nu
putem confirma oricare alt unghi absolut. Deci,de ce s nu folosim mereu
encodere absolute? Pentru c encoderele cresctoare sunt mult mai ieftine i mai
mici , dou consideraii majore n designul braului robotic.
Indiferent dac e vorba de servomotoarele de bra sau de control a micrii
vehiculului, encoderele de mare rezoluie sunt dorite pentru a obine
performan dinamic fluid.
Tachometre. Un semnal proporional cu viteza este adesea specificat pentru
servomotare de performan ridicat. Cteodat aceasta poate fi condus
difereniind semnalul primit de la senzorii de poziie dac circuitele de fluidizare
nu introduc o ntrziere de timp. Un traductor analog independent poate fi cuplat
la axul unui servomotor pentru a oferi un semnal clar legat de vitez.
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
74/105
4.6 Stimuli artificiali
Discutnd despre inteligena artificial ,AI,multe vor fi fcute de la puterea sa
potenial de a le oferii roboilor o asemnareacu nelegerea pentru medii
nestructurate. ntre timp ,robotica poate ajuta roboii de serviciu s fie eficienioferind structur prin folosirea artefactelor pe care roboii le pot nelege deja.
Trasee integrate. Vehiculele ghidate automat ,VGA, au folosit de mult vreme
urme ce puteau fi simite i urmrite pentru controlul traseului. Acestea au fual
forma firelor ngropate ,dungilor colorate,benzilor fixate sau vopsele urtraviolete.
Unele sunt acionate electric altele sunt pasive. n fiecare caz detectoare potrivite
simt deviaia unui vehicul de la traseul prescris i comand servomotoarele s in
vehiculul pe traseu.
Traseul urmat de robotul ce transport VGAuri este clar vizibil n Figura 4.6.1
,ce arat un inventar manageriat automat i un sistem manipulant de materiale.
Vehiculele ce trebuie s adere la trasee predeterminate au un handicap. De
obicei e dificil i costisitor de schimbat rutele . Vehiculele trebuie s se opreasc la
obstacole i nu pot devia de la traseu pentru a le ocolii. Un numr de vehicule
aflate n aceeai cldire trebuiesc coordonate pentru a preveni blocajele sau
trasee paralele trebuies instalate dar cu un cost semnificativ n ceea ce privetespaiul.
O alternativ este de a integra o reaea n podea.Acest lucru este iniial mai
costisitor dar permite libertate mult mai mare n creearea traseelor i
destinaiilor.
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
75/105
Figura 4.6.1 Inventar manageriat automat i un sistem manipulant de materiale
(Veeco Integrated Automation ,Inc)
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
76/105
Figura 4.6.2 Tavan cu lumini fluorescente
Semnale luminoase. De vreme ce un robot poate s i determine poziia
localiznd o multitudine de senzori,navigarea n orice zon cu un cmp vizual
suficient de liber poate fi ajutat prin instalarea de semnale luminoase. Acestea
pot fi active sau pasive. Semnalele infraroii sunt active, retroreflectoarele sunt
pasive. Pentru semnalele active robotul nu are nevoie dect de un receptor.
Pentru semnalele pasive robotul trebuie s aib i un transmitor.
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
77/105
Cteodat beneficiile se pot afla n cele mai banale locuri. S lum n
considerare fuminile fluorescente pe care multe fabrici,instituii i birouri le au pe
tavan (Figura 4.6.2). Orientarea lor cu podeaua este fix. Un traductor vizual ce
scaneaz tavanul poate confirma orientarea ,numrnd i estimnd poziia.
Figura 4.6.3 Scaner laser de mn folosit pentru citirea codurilor de bare de pe
pachete (Inatemec Corp)
Codificare cu coduri de bare. n zilele noastre codurile de bare sunt omniprezente
de la fabrici pn n supermarketuri. Acestea pot fi citite de cititoare de coduri de
bare de la o distan considerabil. Un robot poate cu siguran manevra un
cititor de coduri de bare (Figura 4.6.3). Astfel codificarea cu bare poate fi un
ajutor n recunoatere pentru diferite obiecte i lucruri. n loc s se lupte cu
analiza mediului, un robot adaptat cu un cititor de bare poate gsi
unelte,materiale i locuri i chiar s culeag ce merg mai departe de nume.
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
78/105
Dispozitive pasive de recepie-transmisie automat.Folosirea convertoarelor
pasive e asemntor cu codificarea cu bare. Acestea au avantajul c pot fi
interogate de la o distan de 2 metri fr a avea nevoie de intirea
transmitorului precis. NAMCO o etichet electronic (Figura 4.6.4) ce conine o
anten i un circuit encoder programabil de teren. Eticheta este conceput s fie
citit cu uurin fr a fi nevoie de lumin. Cnd se afl n raza de aciune a unui
semnal electromagnetic de frecven redus emis de senzor, eticheta electronic
este energizat pentru a-i transmite mesajul su programat. Folosit
colete,palete,staii de lucru ,elemente de inventar sau echipament automatizat
ori fie plasarea pe podeaua magazinului de lucru pentru "adres absolut"
unitatea etichetei electronice este complet compatibil cu un computer.
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
79/105
Figura 4.6.4 Sistemul de dispozitive pasive de recepie-transmisie automat oferit
de NAMCO (NAMCO Controls)
4.7 COMUNICAREA
Un robot de serviciu va trebui s comunice cu mentori si umani ,cu o mare
varietate de baze de date externe i probabil cu puterea unui supercomputer.
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
80/105
Drept n fa e comunicarea vocal prin care un om poate si dea unui robot
comenzi i prin care un robot poate oferi un raport. Apogeul liniilor prietenoase
va fi comunicare natural.
Comunicarea Vocal. Convertoarele implicate nu necesit dezbatere deoareceacestea sunt simple difuzoare i microfoane ce sunt de lung vreme parte din
viaa noastr. Problemele tehnice dificile sunt traducerea mesajelor codate de
calculator n limbaj obinuit i traducerea limbajului obinuit n cod ce poate fi
neles de un robot .
Deoarece comunicarea vocal e aa de important i pentru c performana
convertoarelor nu e o problem,ntregul capitol va fi dezbtut n capitolul legat de
inteligena artificial. AI este piatra de fundament pentru comunicarea vocal.
Figura 4.7.1 Instrumente de programare mecanic
-
7/30/2019 Robotica n ajutor 2
81/105
Intrare Mecanic. Metodele clasice de programare a roboilor vor rmne mereu
folositoare indifierent de avansurile ce vor avea loc n comunicarea vocal.
Proprietarul unui slujitor casnic va dori s comunice vocal comenzile;dar un robot
pasionat va crea programe de lucru folosind tastatura,ecrane
tactile,mousuri,joystickuri i console de mn (Figura 4.7.1). Rspunsul de la robot
cu ajutorul unui monitor sau prin aciune fizic va fi suficient pentru un artist
profesional de software robotic.
RF i Infrarou. Un robot mobil de serviciu poate include faciliti onboard cum ar
fi recunoaterea vocal,analiza mediului i toate ajutoarele robotice ale unui
angajator uman. Este totui mai mult probabil ca inteligena artificial ridicat s
fie ntr-un computer fix n timp ce robotul va cra cu el datele de rsp