CC BY
20
Секция
«ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И МЕХАТРОННЫЕ СИСТЕМЫ В ПРОИЗВОДСТВЕ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ»
УДК 621.865.8
АППАРАТНАЯ ЧАСТЬ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ МАНИПУЛЯТОРОМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ
Д. Е. Амелько, Д. В. Гараев Научный руководитель - Л. В. Ручкин
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: am-danil@yandex.ru
Рассмотрены основные принципы и основные элементы системы управления манипулятором для производства ракетно-космической техники, способ закрепления камеры на звене манипулятора и принцип работы устройства. Описывается используемое аппаратное и программное обеспечение системы управления манипулятором на основе зрительной информации.
Ключевые слова: система технического зрения, камера, система управления, датчик, манипулятор, системы очувствления.
HARDWARE OF MANIPULATOR CONTROL SYSTEM USING THE TECHNICAL VISION SYSTEM
D. E. Amelko, D. V. Garaev Scientific Supervisor - L. V. Ruchkin
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail:am-danil@yandex.ru
The main principles and basic elements of the manipulator control system for the production of rocket and space technology, the possibilities of ensuring security on the elements of manipulation and the principles of operation of devices are considered. The hardware and software of the manipulator control system based on the visual information are described.
Keywords: vision system, camera, control system, sensor, manipulator, the sensing system.
Для обеспечения высокого качества продукции авиации и космонавтики, а также для автоматизации производства, применяются роботы манипуляторы с различными системами управления. Автоматизация на производстве представляет собой самостоятельную комплексную проблему, в то время как космическая промышленность подразумевает высокие требования и многие проблемы при создании систем. В данной статье рассмотрена аппаратная часть для реализации системы управления манипулятором с применением машинного зрения, а конкретнее система очувствления манипулятора. Это позволит повысить качество продукции, снизить затраты и автоматизировать производство.
Создание системы очувствления робота - это одна из наиболее сложных проблем, стоящих перед специалистами по робототехнике и автоматизации производственных процессов. Большие возможности появляются у роботов, использующих бесконтактные датчики для работ, при кото-
Секция « Технологические и мехатронные системы в производстве ракетно-космической техники»
рых не нужно непосредственное механическое воздействие. Бесконтактное очувствление необходимо манипулятору для ориентации в пространстве и управления [1].
Наиболее совершенной системой для оснащения роботов является система технического зрения, обеспечивающая получение изображения рабочей сцены, его преобразование, анализ, обработку и передачу результатов измерения управляющему устройству робота на приводы движения. В качестве датчика положения (датчика обратной связи) применяются камеры [2].
Для управления манипулятором с помощью системы технического зрения необходимы такие устройства, как камера (basler sca640-70fc), компьютер (ЭВМ с программой NILabView), блок реального времени (NI EVS-1464RT), программное обеспечение (на основе среды виртуального программирования NILabView). Разрешающая способность системы технического зрения определяется числом отдельных точек, которые должны быть различимы. Камеры basler используют лучшие сенсоры. Благодаря технологиям интерфейса Gigabit Ethernet (GigE) и FireWire-b (IEEE 1394b), камеры определяются самой современной технологией, которая позволяет получать максимальную производительность от каждого датчика [3].
Для обработки данных и взаимодействия устройств между собой в реальном времени используется блок реального времени NI EVS-1464RT. Он подходит для приложений машинного зрения, его можно запрограммировать. При помощи интерфейса Ethernet осуществляется доступ к файловой системе устройства, а также конфигурирование системы. Данная система способна работать как полностью автономное устройство, взаимодействуя с другими устройствами (контроллерами, компьютерами) посредством специализированных промышленных протоколов [4].
Программное обеспечение осуществляется с помощью NILabView, позволяющее осуществлять проведение измерений и управления, а также быстрый доступ к оборудованию и результатам анализа данных. Функциональное взаимодействие устройств показано на рисунке (крепление камеры осуществляется на манипуляторе).
Схема подключения компонентов
Информация о положение манипулятора поступает на приводы движения и на персональный компьютер, для обработки большого потока информации в реальном времени используется блок № EVS-1464RT, где данные преобразовываются в АЦП и ЦАП.
С помощью разных методов роботы способны различать объекты на общем фоне, контуры объектов можно определить по изменениям в цвете или яркости или по фону. Если изображение
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2018. Том 1
меняется в течение времени, то объекты можно различать благодаря относительному движению между ними и их задним фоном. Также используется метод выделения объекта. Первый этап действия таких систем, обрабатывающих изображения, заключается в делении изображений на участки с одинаковой яркостью или цветом. Определение контура включает измерение изменений в яркости по всему изображению. Специальная аппаратура позволяет с большой скоростью выполнить процессы определения контуров. Для автоматической работы и простоты использования также применяются ориентиры (светоизлучающие или нанесенные краской) по ним манипулятор определяет свое местоположения в пространстве.
В результате исследования аппаратной части были подобраны устройства для реализации системы управления манипулятором. Данные устройства были выбраны с учётом их характеристик для реализации этого управления. Управление приводами и камерой осуществляется с помощью программного обеспечения NIvision и NImotion. Для определения положения манипулятора наиболее подходит схема размещения видеокамер на последнем звене робота, так как меньше вероятность, что в поле зрения камеры попадет манипулятор, и представляется возможным получить информацию о положении манипулятора во всем его рабочем пространстве.
Библиографические ссылки
1. Автоматические манипуляторы и робототехнические системы. Системы очувствления и адаптивные промышленные роботы / В. Б. Брагин, Ю. Г. Войлов, Ю. Д. Жаботинский и др. М. : Машиностроение, 1985. 256 с.
2. Системы очувствления промышленных роботов [Электронный ресурс]. URL: http://www. 4ne.ru/stati/robotetxnika/sistemy-ochuvstvleniya-promyshlennyx-robotov.html (дата обращения: 06.04.2018).
3. Продукция компании Basler, компонентны систем машинного зрения [Электронный ре-сурс].URL:https://www.baslerweb.com/ru/produkty/komponenty-sistem-mashinnogozrenija/objektivy/ basler-lens-c125-0418-5m-f1-8-f4mm/ (дата обращения: 07.04.2018).
4. Продукция компании National Instrument, системы технического зрения реального времени [Электронный ресурс]. URL: http://sine.ni.eom/nips/cds/view/p/lang/ru/nid/207112 (дата обращения: 07.04.2018).
© Амелько Д. Е., Гараев Д. В., 2018
