Устройство для супервизорного управления роботом

О П И С А Н И Е (ii1682330

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 26.04.76 (21) 2352730 18-24 с присоединением,аявкн № (51) Ч. Кл."В 25J 13/00

Государственный комитет (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.08.79. Бюллетень ¹ 32 (53) УДК 62-50(088.8) (45) Дата опубликования описания 30.08.79 ло делам изобретений н открытий (72) Автор изобретения

О. Ф. Меньших (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СУПЕРВИЗОРНОГО УПРАВЛЕНИЯ

РОБОТОМ

Изобретение относится к автоматизированным системам управления производственными процессами и может быть использовано в робототехнике в качестве устройства автоматического управления моторным поведением робота (манипулятора) по схеме супервизорного целеуказания.

Известны устройства для супервизорного управления роботом. Устройство (1), содержащее блок слежения, блок целеуказания., блок обратных связей по силе и положению, блок управления приводами, преобразователи, вычислительную машину, дисплей и исполнительные органы, не обеспечивает измерения дальности до объекта манипулирования.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство (2J, содержащее пульт управления, выходы которого соединены с первыми входами передающей телевизионной камеры, сервоприводов азимута и угла места, вычислителя угловых координат и цифровой вычислительной машины, синхронизатор, выходами подключенный к второму входу передающей телевизионной камеры и первому входу блока визуального отображения, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходами передающей телевизионной камеры. и светового пера целеуказания, а выход — с вторым входом вычислителя угловых координат, третий вход которого подключен к второму выходу светового пера целеуказания. Выходы сервопрпвода азимута и сервопривода угла места соединены соответственно с вторым и третьим входамн цифровой вычислительной машины, соответствующие выходы которой подключены к соответствующим входам блока управле10 ния, выходом соединенного с входамн исполнительного органа.

К недостатку этого устройства относится неполная информация о координатах помечаемой оператором на изображении дис15 плея точки объекта рабочей зоны робота, относительно которой должен орпентнроваться исполнительный орган робота — его схват — в процессе выполнения заданнон технологической задачи. Действительно, 20 рассмотренная известная схема обеспечивает получение сведений относительно пространственного положения прямой, проходящей через заданную точку измерптельнон системы и точку объекта, помечаемую опе25 ратором в процессе целеуказания на экране дисплея. Иначе говоря, такое устройство способно лишь сформировать напряжение для движения исполнительного органа робота, но не определяет расстояния по лучу

30 от заданной точки измерительной системы

682330

3 до интересующей оператора точки на объекте. Отсутствие сведений о дальности этои точки приводит к тому, что динамика перемещений исполнительного органа робота по лучу — направлению неоптимальна и ограничена опасностью столкновения. В результате увеличивается время подхода исполнительного схвата робота к заданной точке объекта, а следовательно, сш1жается быстродействие робота прп выполнении им IIoставленной технологической задачи.

Цель изобретения — повышение быстродействия устройства.

Сущность изобретения заключается в том, что устройство содержит дальномер и блок автоматической ориентации, выходы которого соединены со вторыми входами сервопривода азимута и сервопривода угла места, а входы — с первым и вторым выходами вычислителя угловых координат, третии выход которого подключен к входу дальномера, выходом соединенного с четвертым входом цифровой вычислительной машины.

На чертеже приведена блок-схема устройства для супервпзорного управления роботом, Оно содержит передающу|о телевизионную камеру 1 и лазерньш дальномер 2, укрепленные на едином жестком основании 5, ориентируемом по углам азимута и углам места в пространстве с помощью сервопрпводов 4 и 5 азимута и угла места соответственно. Оптические оси передающей телевизионной камеры 1 и лазерного дальномера 2 совмещены (совпадают между сооой в пространстве рабочей зоны робота) при помощи юстировочного зеркала 6 и полупрозрачного отражателя 7. Угол зрения передающей телевизионной камеры 0;: обеспечивает просмотр объекта 8 рабочей зоны с помощью приемного блока 9 визуального отображения при ориентации (ручной) передающей телевизионной камеры 1 оператором с пульта 10 управления, связанного, в частности, с управляющими входами ручного управления сервоприводов 4 и 5. Синхронизация приемно-передающего и измерительного телевизионного комплекса осуществлена с помощью синхронизатора l l кадровых и строчных разверток. В системе целеуказания используется световое перо l2 целеуказания, связанное с вычислителем l3 угловых координат, помечасмых световым пером целеуказания точек объекта па экране блока 9 визуального отображения 1»омечаемая точка объекта указана на последнем под номером 14). Управляющие выходы вычислителя 13 угловых координат связаны с блоком 15 автоматической ориентации измерительного устройства, выходами подключенного к управляющим входам сервоприводов 4 и 5, выходы которых, а также лазерного дальномера 2 подсоединены к цифровой вычислительной машине 16, связанной с блоком 17 управления простран5

1л

2,ч 30

>г

> )

"0

; 0

5:3

И

Ij5 ственного положения исполнительного органа 18, имеющего схват 19.

Устройство работает следующим образом.

В режиме поиска объекта оператор с помощью органов управления на пульте 10 и сервоприводов 4 и 5 ориентирует передающую телевизионную камеру 1 так, что на экране блока 9 визуального отображения возникает изображение интересующего объекта 8 рабочей зоны исполнительного органа 18.

Оператор путем осмотра объекта принимает решение о том, какая точка этого ос ьекта — точка 14 должна быть введена в

«электронный мозг» устройства в процессе целеуказания световым пером 12. Затем оператор острием светового пера указывает требуемую точку 14 изображения объекта 8 на экране блока 9 и нажимает соответствующую кнопку ввода сигнала целеуказания (эта кнопка может быть расположена на пульте 10 либо совмещена со световым пером 12 в форме микроконтакта на конце пера). Обратная связь светового пера 12 на блок 9 визуального отображения приводит к тому, что в точке экрана блока

9, куда было указано световым пером 12, появляется световая метка — электронный маркер целеуказания. Координаты этои метки IIO строкам и кадрам псресптываются в значения соответствующих азимутов и углов места для линии, соединяюьцей базовую точку измерительного устройства и обьекта 8. Эти значения азимутальных (5 и угломестных в, величин отсчитываются относительно пространственного положения оптической оси передающей телекамеры которое само задает значения азимута (5o и угла места е, по данным угломерных устройств сервоприводов 4 и 5 соответственно.

Расчет угловых отклонений линии — направления на точку 14 от оптической оси телекамеры 1 — P, и е, осуществляется в вычислителе 13 угловых координат, с которым связаны световое перо 12 целеуказания, блок 9 визуального отображения и пульт 10 управления.

В общем случае изображение точки 14 на экране блока 9 визуального отображения занимает произвольное положение, не совпадающее с центром экрана. Точка центра экрана блока визуального отображения соотвстствуст такому направлению а объект рабочеи зоны, которое совпадает с оптической осью телекамеры 1. В общем случае точка объекта, которая интересует оператора прп осуществлении целеуказания, не находится на пересечении с оптической ось|о телекамеры, поэтому и ее изображение на экране блока визуального отображения не занимает точку центра экрана.

Сигналы с выхода вычислителя 13 угловых координат подаются по раздельным каналам на блок 15 автоматической ориента682330 ции, который преобразует эти угловые сигналы в сигналы управления, поступающие соответственно на управляющие входы сервоприводов 4 и 5. При этом образуется две самостоятельных цепи управления — азимутальная и угломестная и под действием сигналов управления основание 3, а следовательно, и передающая телевизионная камера 1 и лазерный дальномер 2 испытывают такую угловую ориентацию, при которой 10 оптическая ось телекамеры совмещается автоматически с линией — направлением на точку 14 объекта 8. При этом изображение объекта на экране блока 9 визуального отображения движется таким образом, что 15 изображение точки 14 перемещается к центральной точке экрана и в ней останавливается. На этом заканчивается цикл автоматической ориентации телекамеры 1 на точку 14, так что эта точка объекта, целеука- 20 занная оператором с помощью светового пера 12 и блока 9 визуального отображения, теперь уже находится на пересечении с оптической осью телекамеры 1. В момент остановки изображения точки 14 в центре 5 экрана блока визуального отображения вырабатывается в вычислителе 13 угловых координат сигнал старта лазерного дальномера 2.

По указанному стартовому сигналу вклю- 30 чается лазерный дальномер 2. Как было отмечено, его оптическая ось точно съюстирована с оптической осью телекамеры 1, и эта юстировка не изменяется в процессах ориентации измерительной системы в про- 35 странстве по азимуту и углу места за счет жесткой установки телекамеры 1 и дальномера 2 на основании 3, Такая юстировка оптических осей приводит к тому, что узколокализованные излучения лазерного даль- 40 номера, распространяющиеся вдоль оптической оси телекамеры 1 после отражения от полупрозрачного зеркала, засветят световым пятном малого диаметра объект 8 именно в точке 14. Это также будет видно -д на экране блока 9 визуального отображения.

Включение лазерного дальномера позволяет измерить дальность между базовой точкой измерительного устройства и точкой 50

14. Лазерный дальномер 2 при этом может работать с использованием фазовых методов измерения дальности либо на основе многоустойчивых режимов как выраждении фазовых методов. 5:)

Значения дальности от лазерного дальномера 2 и угловых координат — азимутов и углов места от сервоприводов 4 и 5 соответственно поступают на вход цифровой вычислительной машины, где обрабатываются 00 с учетом координат базовой точки измерительного устройства. В результате ЦБМ рассчитывает координаты точки 14 объекта

8 в рабочей зоне исполнительного органа 18, привязанного также по координатам к той же системе координат, которая используется для определения положения точки 14.

Это позволяет через блок 17 управления изменять пространственное положение звеньев исполнительного органа 18 так, чтобы схват 19 прошел по оптимальной (кратчайшей) траектории к заданной точке объекта за кратчайшее время, определяемое динамическими возможностями приводов исполнительного органа 18.

Применение изобретения позволит значительно повысить быстродействие устройства.

Формула изобретения

Устройство для супсрвизорного управления роботом, содержащее пульт управления, выходы которого соединены с первыми входами передающей телевизионной камеры, сервоприводов азимута и угла места, вычислителя угловых координат и цифровой вычислительной машины, синхронизатор, выходы которого переключены к второму входу передающей телевизионной камеры и первому входу блока визуального отображения, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходами передающей телевизионной камеры и светового пера целеуказания, а выход— с вторым входом вычислителя угловых координат, третий вход которого подключен к второму выходу све:ового пера целеуказания, выходы сервопрпвода азимута п сервопривода угла места соединены соответственно с вторым и третьим входами цифровой вычислительной машины, соответствующие выходы которой подключены к соответствующим входам блока управления, выход которого соединен с входамп исполнительного органа, отл и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения быстродействия, устройство содержит дальномер и блок автоматической ориентации, выходы которого соединены соответственно с вторыми входамп сервопривода азимута и сервопривода угла места, а входы — с первым и вторым выходами вычислителя угловых координат, третий выход которого подключен к входу дальномера, выход которого соединен с четвертым входом цифровой вычислительной машины.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Сб. статей под ред. М. Б. Игнатьева.

Дистанционно-управляемые роботы-манипуляторы. М., Мпр, 1976, с. 48 — 71.

2. Игнатьев М. Б. и др. Алгоритмы управления роботами-манипуляторами. Л., «Машиностроение», 1972, с. 50 — б2 (прототип).

6S2330

Составитель Г. Нефедова

Редактор И, Грузова

Корректор А. Галахова

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 2107/4 Изд. Мз 535 Тираж 1060 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5