Robotica în ajutor 2

7/30/2019 Robotica n ajutor 2

1/105

Robotica n ajutor

Joseph F. Engelberger


2/105

Robotica n ajutor


Tipografia MIT

Cambridge,Massachusetts


3/105

Prima ediie a tipografiei MIT 1989


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


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


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


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


7/105

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


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


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


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


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


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


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


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.


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


16/105

Partea 1

Tehnologia

Robotic

La zi


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.


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


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


20/105

Fig 2.2 Braul robotic SPINE


21/105

Fig 2.3 Cltorii unite pe ine Kawasaki

Fig 2.4 Robotul Intelledex poate avea pn la 15 m de curs liniar


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


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 )


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)


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 )


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


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


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.


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


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


31/105

Fig 2.14 Articulaie robotic ce permite schimbul rapid de unelte (ISI

Manufacturing ,Inc )

Fig 2.15 Bra UTAH-MIT (Ed Rosenberger )


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.


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


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


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


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


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


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


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.


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.


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


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.


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


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


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


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 .


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


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


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


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.


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.


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.


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


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


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.


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.


57/105

Figura 4.3.1 Senzor de raz ultrasonic Polaroid (Polaroid Corp)


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.


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


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.


61/105


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


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.


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


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.


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.


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


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.


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.


70/105

Figura 4.4.4 Configuraia epipolar general


71/105

Remapare polar

Figura 4.4.5 Remapare polar


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.


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.


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.


75/105

Figura 4.6.1 Inventar manageriat automat i un sistem manipulant de materiale

(Veeco Integrated Automation ,Inc)


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.


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.


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.


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.


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


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

Date post:	04-Apr-2018
Category:	Documents
Upload:	silver-silverd
View:	221 times
Download:	2 times

Robotica în ajutor 2

Documents