Необходимость оснащения роботов устройствами адаптации обуслов­лена требованиями устранения специальной оснастки (до 40% стоимости робота), индивидуально создаваемой для выполнения каждого конкретного технологического процесса, и уменьшения сроков переналадки производ­ства на новый вид продукции.

Исключение оснастки возможно лишь при оснащении робота системами для восприятия информации о свойствах и состоянии внешней среды и использовании этой информации в процессе выполнения заданной программы действий. В робототехнике такие системы находят все более широкое применение и именно на них ориентируются при выполнении перспективных разработок [5].

В большинстве случаев системы восприятия роботов имеют четко выраженную иерархическую структуру: на нижнем уровне (уровень ощущений) расположены датчики о состоянии внешней среды; средний уровень составляют устройства первичной обработки и фильтрации инфор­

мации и, наконец, верхний уровень (уровень восприятия) состоит из логических и вычислительных устройств, на выходе которых получают информацию, необходимую для выработки программы действий.

Информация о текущем состоянии технологического процесса, об относительном расположении захвата робота, объектов манипулирования и среды позволяет автоматизировать многие "тонкие" технологические операции такие, например, как дуговую сварку (при неточном базировании свариваемых элементов), сборку (когда условия сопряжения накладывают на собираемые элементы кинематические связи), загрузку оборудования заготовками, находящимися "навалом" в таре, сортировку деталей, отбор их с конвейера и т. п.

Выше указывалось, что для "неочувствленных" роботов программа, подготавливаемая оператором, обязательно содержит полную информацию о всех действиях и состояниях робота, т. е. координаты звеньев по всем степеням подвижности в каждой позиции, состояние схвата (сжат, разжат), выдержку времени для перехода в следующую позицию. Составление црограммы методом обучения требует от оператора знания временных характеристик работы основного технологического оборудования и вспомогательной оснастки.

Для очувствленного робота, оснащенного системой восприятия инфор­мации о среде, требуется менее подробная информация; в ней могут отсутствовать, например, координаты очередной позиции, время выстоя, состояния захвата и другие технологические параметры. Неопределенность текущей программы снимается путем опроса датчиков и соответствующей обработки результатов измерений.

Информационные возможности системы восприятия робота зависят от числа и типа используемых датчиков. Современные датчики позволяют строить системы очувствления двух типов:

— осуществляющие сбор информации лишь в процессе движения руки робота и реагирующие, как правило, на соприкосновение с объектом окружающей среды (искусственное осязание),

— осуществляющие сбор информации независимо от процессов движения руки (искусственное зрение).

К системам первого типа относятся, например, системы, построенные на основе силомоментных датчиков. Информацию о силовом взаимодействии можно получить, рассредотачивая составляющие результирующей нагрузки по приводам всех степеней подвижности промышленного робота. При этом необходимая для робота податливость руки обеспечивается путем управ­ления усилиями, развиваемыми приводами звеньев. Именно так решается часто встречающаяся в робототехнике задача взаимодействия с объектами, на которые наложены кинематические связи.

Широкие возможности создания адаптивных систем робототехники открываются при очувствлении роботов посредством устройств искус­ственного зрения. Они бывают самыми разнообразными: на базе теле­камер, на основе дискретных информационных полей и на ПЗС-матрицах. Все эти системы доставляют огромный объем информации, и основная проблема заключается в том, чтобы с помощью алгоритмов и программ извлечь из него лишь те особенности, которые могут быть использованы для распознавания объектов с заранее известными свойствами. Другими словами — это "борьба" с избыточной информацией, которая требует затрат времени на работу вычислительных средств, часто превышающих время движения робота. Такой очувствленный робот становится "тугодумом", и данное обстоятельство ставит проблему адекватности используемых техни­ческих средств восприятия информации кругу решаемых задач.

Для информационной системы робота это означает, что количество информации, собираемое датчиками, не должно быть несоизмеримо больше, чем количество информации, необходимое для устранения неопределенности в исходной программе действий робота. С ростом объема избыточной информации увеличивается время и усложняются алгоритмы ее обработки, снижается помехозащищенность системы. В настоящее время для ряда практических задач с помощью методов комбинаторики удается оценить информационную емкость системы на выходе (количество информации, необходимое для решения поставленной задачи), и информационную емкость системы на входе (число возможных состояний датчиков — максимальные возможности системы восприятия информации). Отношение этих величин представляет собой коэффициент использования информации в системе очувствления робота. Чем ближе этот коэффициент к единице, тем лучше соответствует система восприятия поставленной задаче.

Наращивание технической оснащенности систем восприятия и разра­ботка алгоритмов обработки информации с целью повышения универ­сальности очувствленного робота определяют одно из основных направ­лений развития робототехники. Уровень исследований в этом направлении виден на примере экспериментальной робототехнической установки (рис. 2.9), предназначенной для сборки сложных объектов и имеющей две руки 7 и 2 (основную — силовую и вспомогательную — информационную) с восемью степенями свободы каждая, а также чрезвычайно разветвленную систему датчиков и систему управления и обработки информации на базе двух ЭВМ [30]. Система датчиков содержит 8 телекамер, осматривающих зону работы очувствленного робота (одна из них установлена в захвате вспомогательной руки), и большое число двухпозиционных и пропорциональных датчиков усилия, смонтированных в захвате обеих рук.

Взаимодействие всех устройств установки отрабатывалось на операциях сборки бытового пылесоса, три узла которого (мешок для сбора пыли, моторный блок и поддон) произвольно (в том числе и навалом) располагались в рабочей зоне очувствленного робота. Задача заключалась в том, чтобы в автоматическом режиме разыскать эти узлы, идентифи­цировать их и собрать в требуемой последовательности. Порядок действий при этом был следующим.

1. Определить положение и взять один из лежащих навалом мешков для сбора пыли (выполняется вспомогательной рукой).

2. Добиться, чтобы мешок был в положении, необходимом для сборки (выполняется на весу совместно двумя руками).

3. Найти поддон и установить в него мешок (поддон удерживается силовой рукой, а мешок, удерживаемый за центральную крестовину, встав­ляется вспомогательной рукой).

Видеопроцессор — ввод и обработка изображения Рис. 2.9. Экспериментальная адаптивная робототехническая установка

4. Найти моторный блок и переместить его силовой рукой к уже собранным узлам (трудности здесь обусловлены значительными помехами для опознавания, поскольку моторный блок выполнен блестящим).

5. Установить моторный блок в поддон, удерживаемый вспомогатель­ной рукой.

6. Закрыть боковые замки, соединяющие оба узла (выполняется двумя руками).

На каждом из этапов очувствленный робот использует и обрабатывает информацию, полученную от телекамер, датчиков и других устройств. Полное время операции составляет 2 мин.

Благодаря высокой информационной оснащенности описанная уста­новка при наличии соответствующих программ может быть использована для решения широкого круга задач, возникающих в робототехнике. Ее основное назначение — отработка алгоритмов управления и выработка рекомендаций для проектирования очувствленного робота.