Visuella system – hur de fungerar och hur de fungerar
Eftersom robotar inte är levande organismer som människor har de inte ögon och hjärnor, och för att kunna ta emot visuell information behöver de speciella tekniska sensoriska enheter som kallas visuella system.
Visuella system tillåter robotar ta emot bilder av arbetsobjekt och scener, transformera, bearbeta och tolka dem med hjälp av en uppsättning digitala enheter, så att robotens manöverdon sedan, i enlighet med dessa data, kan utföra arbetet på ett adekvat sätt.
Jämfört med mycket känsliga system är det visionsystem som kan leverera upp till 90 % visuell information till en robot för att den ska fungera normalt. Således löses problemet med att implementera maskinseende i flera steg: information tas emot, bearbetas, segmenteras sedan och beskrivs, sedan identifieras och tolkas.
Den ursprungliga informationen som tillhandahålls i form av en digital bild är förbehandlad, brus tas bort från den, bildkvaliteten för enskilda delar av en scen eller ett objekt förbättras.Informationen segmenteras sedan — scenen delas villkorligt upp i delar som känns igen som separata element, som var och en kan kännas igen, och sedan markeras objekten av intresse.
De utvalda objekten undersöks av karakteristiska parametrar, som beskrivs med arrayer av information, så vidare är det möjligt att välja de nödvändiga objekten efter parametrar. De erforderliga objekten markeras och identifieras med hjälp av programmet. Slutligen tolkas och markeras de identifierade föremålen som tillhörande en eller annan grupp av igenkännbara föremål, varefter deras visuella bilder fastställs.
I det tekniska visionsystemet presenteras bildinformationen, med hjälp av optoelektroniska omvandlare och videosensorer, i form av elektriska signaler. Detta är i huvudsak en primär omvandling. Vanligtvis läses bilden med en optisk kamera, ett känsligt element, en skanningsenhet, varefter signalen förstärks.
Den information som sålunda erhålls behandlas hierarkiskt. Först bearbetas bilden av videoprocessorer. Här är nyckelparametern bildens kontur, som ställs in av koordinaterna för den uppsättning punkter som utgör den. Dessutom genererar datorn som ingår i systemet styrsignaler till roboten.
Videosensorer ansluts till andra delar av visionsystemet med hjälp av speciella kablar, såsom optiska kablar, genom vilka information överförs med hög frekvens och med minimal förlust.
Videosensorerna själva kan ha punkt-, endimensionella eller tvådimensionella avkänningselement.Punktkänsliga element är kapabla att ta emot synlig strålning från små delar av föremålet, och för att få en hel rasterbild är det nödvändigt att skanna längs planet.
Endimensionella sensorer är mer komplexa, de består av en linje av punktelement som rör sig i förhållande till objektet under skanning. 2D-element är i huvudsak en matris av diskreta punktelement.
Det optiska systemet projicerar en bild på det känsliga elementet, storleken på det arbetsområde som täcks av sensorn bestäms i förväg. Det optiska systemet har en justerbar bländare för att justera mängden inkommande ljus och skärpa när avståndet från objektivet till motivet ändras.
En mängd olika optoelektroniska enheter kan fungera som videosensorer, från halvledargivare till vidicon-vakuumrörbaserade TV-kameror. Grunden för teknisk vision är uppfattningen och förbearbetningen av information från dessa sensorer, utan att behöva tillgripa artificiell intelligens.
Detta är den lägsta nivån i systemet. Nästa är analys, beskrivning och igenkänning - här används moderna datorer och komplex algoritmisk programvara - mellannivån. Den högsta nivån är redan artificiell intelligens.
Praktiskt taget i industrirobotar första generationens visionsystem är utbredda och ger tillräcklig kvalitet på arbetet med platta bilder och objekt med enkla former. De används för att känna igen, sortera och placera delar, kontrollera delars dimensioner, jämföra dem med en ritning, etc.
En typisk implementering av ett visionsystem ser ut så här. Robotens arbetsområde, där delarna är placerade, är upplyst med lampor.Ovanför arbetsområdet finns en observationsmobil TV-kamera, från vilken videoinformation matas via kabel till det tekniska visionsystemets huvudenhet.
Från huvudenheten matas informationen (i bearbetad form) till robotstyrenheten. Enheten utför sortering av delar, deras ordnade packning i behållare i strikt överensstämmelse med informationen som erhålls från programvaran för det tekniska visionsystemet.
Intelligenta och adaptiva robotar som aktivt utvecklas idag, baserade på andra och tredje generationens system, klarar av att arbeta med tredimensionella bilder och mer komplexa objekt, göra mer exakta mätningar och känna igen objekt mer noggrant och snabbare.
Huvudinriktningen för vetenskaplig och teknisk forskning idag är förbättringen av visionsystem och mjukvara och deras algoritmiska stöd, skapandet av speciella datorer, såväl som i grunden nya visionsystem, eftersom användningen av robotik blir alltmer efterfrågad och området för dess industriell implementering expanderar ständigt.
Idag utvecklas mer avancerade känsliga enheter för robotar, som kan överföra så mycket extern information som möjligt till roboten. Det står nu klart att komplexa sensorer i princip kan uppfatta scener och bilder som en helhet, vilket innebär att robotar i framtiden kommer att kunna självständigt forma målmedvetna handlingar i arbetsområdets utrymme utan ytterligare yttre stimuli.