Устройство для управления адаптивным роботом

 

Союз Соеетскня

Соцналнстнчесинх

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлеио190776 (21) 2390381/18-24 (51)М. Кл.

В 25 ) 9/00 с присоединением заявки Но—

Государственный комнтет

СССР

fl0 делам нэобретеннй н открытий (23) Приоритет— (53) УДК 82-50 (088.8) Опубликовано 25.1 2.79. Бюллетень М 47

Дата опубликования описания 25.1279

С.H.Андреенко, N.Ñ.Âoðoøèëaâ, A ..Н.Козлов, Б.A.Ïåòðoâ и Е.P.Ïåòðoí (72) Авторы изобретения (7f) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ . АДАПТИВНЫМ РОБОТОМ

Изобретение относится к области робототехники и может быть использовано при автоматизации производственных процессов с использованием йрб= -" 5 мышленных роботов.

Известны устройства для управления адаптивным роботом. Устройство fl) содержащее телевизионную камеру, вычислительную машину и исполнительный механизм, имеет сложный алгоритм поиска: требует соответствующей освещенности объекта и не дает информации о дальности до объекта.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению являет- 1 ся устройство, содержащее последовательно соединенные вычислительный блок, блок управления, приводы, исполнительный орган и датчики положения, выходы которых подключены к пер- 20 вому входу вычислительного блока; и установленный на охвате ультразвуковой датчик (2) .

К недостаткам этого устройства следует отнести невозможность бесконтактного определения местоположения объекта манипулирования в трехмерном пространстве, распознавания его контуров н последующей стыковки с ним схвата робота, особенно в труднодоступных условиях из-эа близкого расположения препятствий и в условиях плохой оптической видимости.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства.

Данная цель достигается тем, что устройство содержит последовательно соединенные первый усилитель, амплитудный детектор, формирователь информационных импульсов, первый триггер, преобразователь -длительности импульса в код, счетчик импульсов и регистр, формирователь импульсов стробирования,. блок управления диапазоном дальности, второй усилитель, генератор счетных импульсов, последовательно соединенные формирователь задающих импульсов, генератор несущей частоты и третий усилитель, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, делитель*частоты,коммутатор, первый дешифратор, первый дискретный фильтр и второй триггер и последовательно соединенные второй дешифратор, второй дискретный фильтр и третий триггер, выход которого и выход второго триггера подключены соответотвен. но к третьему и второму входам вы\

МАГ Ъ

704774

65 числительного блока, второй и третий выходы которого соединены соответст венно со вторыми входами второго и

= третьего триггеров,- первые нходакОторых через блбк управления диапазоном дальности подключены -соответ" ственно к четвертому и пятому входам вычислительного блока, второй выход. делителя частоты соединен со входами формироватеЛя задающйх импульсов и формирователя импульсов стрббирования выход которого подключен ко вторым входам первого усилителя, первого трйгт ера и -"первого и второго "дискретных фильтров, третьи входы которых соединены с выходом формирователя информационных импульсов, выход регистра подключен к шестому входу вычислительного блока, а второй вход ко второму выходу преобразователя дли тельности импульса в код, третий выход которого соединен со вторым входом счетчика импульсов, второй вход — с выходом генератора счетных импульсон, а третий вход — со вторым выходом первого триггера и входом второго усилителя, выход которого

"" йодключен к Седьмому входу вычислительного блока, вход второго дешифратора соединен со вторым ныходом ком мутатора, нторой вход которого подключен к четвертому выходу вычислител ного блока, выход третьего усилителя соединен со входом ультразвукового датчика, выход которого подключен к первому входу первого усилителя, а также тем, что каждый дискретный фильтр содержит первый инвертор, последовательно соединенйые первый элемент И, четвертый триггер и второй элемент И, последовательно соединенные пятый триггер, первый элемент,,ИЛИ, третий элемент И, шестой триггер и четвертый элемент И и последовательно соединенные второй иннертор, пятый элемент И и второй элемент ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу четвертого элемента И, а выход — ко вторым входам четвертого триггерй и пятого" тригreра, выход которого соедиИЕн со вторым входом второго элемента И, выход которого подключен к соответствующему входу блока управления диапазоном "дальности, выход формирователя ин- формационных импульсов соединен со вторыми входами пятого элемента

И и шестого триггера, а также с пер "" =вйм"входом первогб элемента И, вто рой вход которого и вход вiopozo инвертора подключены к выходу соответствующего дешифратора,а выход форми" рователя импульсов стробиронаййя"сое- динен со вторым входом третьего эле- мента И и входом йерного инвертора, выход которого подключен ко второму входу четвертого элемента И,выход

" :етнертого три гера соединен с первым входом пятого триггера и вторым вхОдом первого элемента ИЛИ.

На фиг. 1 изображена функциональ ная схема устройстна для управления адаптивным роботом; на фиг.2-йринципиальная схема дискретного фильтра.

Схемы содержат: вычислительный блок

1, блок управления 2, приводы 3, исполнительный орган 4, датчики положения 5, ультразвуковой да-.чик 6, установленный на схнате 7, первый усилитель 8, амплитудный детектор 9, . формирователь информационных импульсов 10, первый триггер 11, второй усилитель 12, генератор счетных импульсов 13, преобразователь длительности импульса н код 14, счетчик .импульсов 15, регистр 16, генератор тактовых импульсов 17, делитель частоты 18, формирователь импульсов стробирования 19, формирователь

20 задающих импульсов 20,генератор несущей частоты 21, третий усилитель 22, коммутатор 23, первый дешифратор 24, второй дешифратор 25, первый дис кретный фильтр 26, второй дискретный

25 фильтр 27, второй триггер 28, третий триггер 29, блок управления диапазоном дальности 30, первый элемент

И 31, четвертый триггер 32, пятый триггер 33, нторой элемент И 34, первый элемент ИЛИ 35, третий элемент И 36, шестой триггер 37, четвертый элемент И 38, первый иннертор 39, второй инвертор 40, пятый элемент И 41, второй элемент ИЛИ 42,. объекТ манипулирования 43.

Устройстно работает следующим образом. По внешней команде, поступающей по каналу задания, вычислительный блок 1, перерабатывая информацию с датчиков положения 5 и информацию задания, выдает соответствующие сигналы н блок управления 2,. который использует их для непосредственного управления приводами 3 многостепенного исполнителвного органа 4. С помощью последнего охват 7 выводится в точку трехмерного пространства, в непосредотвенной близости от которой находится неориентированный отнОсительно координатных осей объект манипулирования 43.

Далее вычислительный блок 1 задает первоначальное одиночное сканирующее перемещение схвату 7 и уста55 нонленному на нем ультразвуковому датчику б. Ультразвуковые волны, посылаемые в окружающее пространство ультразвуковым датчиком б и отраженные от препятствия, улавливаются датчиком б и преобразуются н электрй .,вский сигнал, который поступает на первый усилитель 8. Усиленный сигнал далее детектируется амплитудным детектором 9 и поступает на формирователь информационных импульсов 10, — представляющий собой

704774 пороговое устройство, позволяющее отстроится от помех, амплитуда которых меньше порога срабатывания формирователя информационных импульсов 10.

Информационный сигнал совместно с импульсом стробирования, совпа- дающим по времени с моментом излучения пачки ультразвуковых колебаний, поступает на первый триггер 11 с раздельными входами, где временное эапаз дывание отраженной ультразвуковой волны, пропорциональное дальности до препятствия преобразуется в ширину импульса, а затем вторым усилителем

12 — в напряжение постоянного тока.

Кроме того широтно-импульсный сигнал подается в преобразователь длительности импульса в код 14, где заполняется импульсами, вырабатываемыми генератором счетных импульсов 13..

Число импульсов подсчитывается счетчи ком импульсов 15) показания которого периодически переписываются s регистр 16.

Синхрониэирующая импульсная последовательность генератора тактовых импульсов 17, преобразованная делителем частоты 18, поступает на формирователь.импульсов стробирования 19 и формирователь задающих импульсов

20. Первый вырабатывает стробирующий сигнал определенной ширины для запирания усилителя 8 и сброса первого триггера 11, второй — задающий сигнал, который управляет генератором несущей частоты 21. На вход третьего усилителя 22 поступают пачки высокочастотных импульсов, которые после усиления возбуждают излучатель ультра звукового датчика 6.

Коэффициент деления делителя частоты 18 при требуемой частоте задающего сигнала определяет частоту генератора тактовых импульсов 17 и минимальный временной интервал, а следовательно и минимальную величину выбираемой зоны дальности. Прямые и инверсные выходы триггеров, образующих. делитель частоты, с помощью коммутатора 23 по сигналу от вычислительного блока 1 или вручную оператором подключаются в соответствующей комбийации на входы первого дешифратора 24 и второго дешифратора

25, чем достигается выбор нужных интервалов дальности во всем диапазоне измерений.

Таким образом, с выходов дешифраторов на один из входов первого дискретного фильтра 26 и второго дискретного фильтра 27 поступают сигналы разрешенных зон. На второй вход каждого фильтра подаются из приемноro тракта (с формирователя информационных импульсов 10) отраженные от препятствия и преобразованные сигналы, несушие информацию о дальности; на тоетий — импульсы стробиромания (с формирователя 19) . С выходов дискретных фильтров 26 и 27 снимаются сигналы достоверного нахождения препятствия в выбранной зоне дальности. Дополнительная обработка этих сигналов с помощью второго триггера 28, третьего триггера 29 и блока управления диапазоном дальности 30 обеспечивает получение следующих сигналов, поступающих в вычислительный блок 1 и используеlO мых им для управления (посредством блока управления 2} приводами отдельных степеней свободы робота в цикле распознавания детали и выработки команды изменения диапазона

15 дальности по программе для последующего сканирования: со второго триггера 28 — появление большой дальности; с третьего триггера 29 — появ-gO ление малой дальности; с блока управления диапазоном дальности 30 — переход с большой дальности на малую и переход с малой дальности на большую, При этом сигналы на сброс триггеров 28 и 29 подаются с вычислительного блока 1.

Дискретные фильтры 26 и 27, .входящие в состав устройства, исклюЭО чают влияние случайных помех, по каким-либо причинам появившихся на входе приемного тракта, на последующую схему. Это достигается тем, что каждый фильтр пропускает на свой выход в качестве информационного сигЗ5 нала только тот сигнал с приемного тракта, который появляется в заданном интервале дальности и отсутствует вне его подряд более двух периодов измерения.

40 Таким образом, предлагаемое устройство в совокупности с ультразву- ковым датчиком 6 вырабатывает информационные сигналы, поступающие в вычислительный блок 1, при пересече.45 нии геометрической осью ультразвукового датчика 6 одного из характерных контуров исследуемой детали, находящейся в. установленной заранее зоне дальности. Характерные контуры дета5Оли образуются следующими границами поверхностей;. наклонная плоскость горизонтальная плоскость, две горизонтальные плоскости разных уровней, линейный горизонтальный контур криво55линейных поверхностей.

При этом обеспечивается избирательное прослеживание характерных контуров объекта манипулирования B

6О зоне измерения, отсечение информации, которая не нужна для определения формы и положения. деталей, и устранение возможных помех.

После первого сканирующего переме65 щения схвата 7 происходит локационный

704774 захват объекта манипулирования 43.

Далее вычислительный блок 1, используя информацию о дальности до объекта манипулирования в цифровой форме, об изменении расстояний до ближайшей гочки лоцируемой поверхности, о некоторых геометрических размерах объек I та манипулирования 43 по каналу задания, о положениях всех степеней сво- боды исполнительного органа 4 с датчиков положения 5, вырабатывает сиг налы управления устройством (на пе"реключение коммутатора 23 с целью изменения разрешенных эон дальностей, на сброс триггеров 28, 29) и приводами 3 через блок управления 2, обеспечивая минимальное число, оптимальную последовательность и рациональные траектории п6следующих сканирующих перемещений схвата в цикле распознавания объекта манчпулирования

43; нахождения его точки наведения 20 и стыковки с ним охвата адаптивного промышленного робота..Применение изобретения позволяет осуществлять бесконтактное определение формы и расположения объекта в рабочей зоне робота.

Формула изобретения

ЭО тактовых импульсов, делитель частоты,коммутатор, первый дешифратор, первый дискретный фильтр и второй триггер и последовательно соединенные вторбй дешифратор, второй дискретный фильтр и третий триггер, выход которого и выход второго триггера подключены соответственно к третьему и второму входам вычислительного блока, второй

М третий выходы которого соединены

1. Устройство для уйравления адаптивным роботом, содержащее последовательно соедйненные вычислительный блок, блок управления, приводы, исполнительный орган и датчики положения, вЫходы котбрых подключены к первому входу вычислительного блока, и установленный на схвате ультразвуковой датчик, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что с целью расширения функциональных воэможностей устрой- ства, оно содержит последовательно соединенные первый усилитель,амплитудный детектор, формирователь инфор- 45 мационных импульсов, первый триггер, преобразователь длительности импульса в код, счетчик импульсов и- регистр, формирователь импульсов стробирования, блок управления диапазоном дальности, второй усилитель, - генератор, счетных импульсов, последовательно соединенные формирователь задающих импульсов, генератор несущей частоты и, третий усилитель, последовательно соединенные генератор соответственно со вторыми входами второго и третьего триггеров, первые входы которых через блок управления диапазоном дальности подключены соответственно к четвертому и пятому входам вычислительного блока, второй выход делителя частоты соединен со входами формирователя задающих импульсов и формирователя импульсов стробирования, выход которого подключен ко вторым входам первого усилителя, первого триггера и первого и второго дискретных фильтров, третьи входы которых соединены с выходом формирователя информационных импульсов, выход регистра подключен к шестому входу вычислительного блока, а второй вход — ко второму выходу преобразователя длительности импульса в код, третий выход которого соединен со вторым входом счетчика импульсов, втор6й вход — с выходом генератора счетных импульсов, а третий вход — co вторым выходом первого триггера и входом второго усилителя, выход которого подключен к седьмому входу вычислительного блока, вход второго дешифратора соединен со вто рым выходом коммутатора, второй вход которого подключен к четвертому выходу вычислительного блока, выход третьего усилителя соединен со входом ультразвукового датчика, выход которого подключен к первому входу первого усилителя.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что дискретный фильтр содержит первый инвертор, последовательно соединенные первый элемент И, четвертый триггер и вто1 рой элемент И, последовательно сое- диненные пятый триггер, первый элемент ИЛИ, третий элемент И, шестой триггер и четвертый элемент И н последовательно соединенные второй инвертор, пятый элемент И и второй элемент ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу четвертого элемента И, а выход — ко вторым входам четвертого триггера и пятого триггера, выход которого соединен со вторым входом второго элемента И, выход которого подключен к соответствующему входу блока управления диапазоном дальности, выход формиро-. вателя информационных импульсов соединен со вторыми входами пятого элемента И и шест6го триггера, а также с первым входом первого элемента И, второй вход которого и вход второго инвертора подключены к выходу соответствующего дешифратора, а выход формирователя импульсов стробирования соединен со вторым входом третьего элемента И и входом первого инвертора, выход которого подключен ко второму входу четвертого элемента

704774 юг. Р

Составитель Г.Нефедова

Редактор Л.Мепуришвили Техред Ч; Чужик Корректор B.Áóòÿrà

Заказ 7930/18 Тираж 1042 Подп и сн ое

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент ., r.Ужгород, ул .Проектная,4

И, выход четвертого триггера соединен с первым входом пятого триггера и вторым входом первого элемента ИЛИ ф

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Интегральные pc á< òê. П л рел.

Г.E.Ïoçäíÿêà М., Мир, )973, с. R7.

2. Белянин П.Н. Промышленные роботы. М., Машиностроение, 1975, стр. 365 (прототип),