Visuelle systemer – hvordan de fungerer og hvordan de fungerer
Siden roboter ikke er levende organismer som mennesker, har de ikke øyne og hjerner, og for å motta visuell informasjon trenger de spesielle tekniske sanseapparater kalt visuelle systemer.
Visuelle systemer tillater roboter motta bilder av arbeidsobjekter og scener, transformere, behandle og tolke dem ved hjelp av et sett med digitale enheter, slik at robotaktuatoren da, i samsvar med disse dataene, kan utføre arbeidet tilstrekkelig.
Sammenlignet med svært sensitive systemer, er det synssystemer som er i stand til å levere opptil 90 % visuell informasjon til en robot for at den skal fungere normalt. Dermed løses problemet med å implementere maskinsyn i flere trinn: informasjon mottas, behandles, deretter segmenteres og beskrives, deretter gjenkjennes og tolkes.
Den originale informasjonen gitt i form av et digitalt bilde er forhåndsbehandlet, støy fjernes fra det, bildekvaliteten til individuelle elementer i en scene eller et objekt forbedres.Informasjonen blir deretter segmentert - scenen er betinget delt inn i deler som gjenkjennes som separate elementer, som hver kan gjenkjennes, og deretter fremheves objektene av interesse.
De valgte objektene blir undersøkt av karakteristiske parametere, som er beskrevet med matriser av informasjon, så videre er det mulig å velge de nødvendige objektene etter parametere. De nødvendige objektene merkes og identifiseres ved hjelp av programmet. Til slutt blir de identifiserte objektene tolket og markert som tilhørende en eller annen gruppe gjenkjennelige objekter, hvoretter deres visuelle bilder etableres.
I det tekniske synssystemet presenteres bildeinformasjonen, ved hjelp av optoelektroniske omformere og videosensorer, i form av elektriske signaler. Dette er i hovedsak en primær transformasjon. Vanligvis leses bildet ved hjelp av et optisk kamera, et følsomt element, en skanneenhet, hvoretter signalet forsterkes.
Informasjonen som oppnås på denne måten behandles hierarkisk. Først behandles bildet av videoprosessorer. Her er nøkkelparameteren omrisset av bildet, som er satt av koordinatene til settet med punkter som utgjør det. I tillegg genererer datamaskinen som er en del av systemet styresignaler for roboten.
Videosensorer kobles til andre deler av synssystemet ved hjelp av spesielle kabler, for eksempel optiske kabler, hvor informasjon overføres med høy frekvens og med minimalt tap.
Selve videosensorene kan ha punkt-, endimensjonale eller todimensjonale sensorelementer.Punktfølsomme elementer er i stand til å motta synlig stråling fra små deler av objektet, og for å få et fullstendig rasterbilde er det nødvendig å skanne langs planet.
Endimensjonale sensorer er mer komplekse, de består av en linje med punktelementer som beveger seg i forhold til objektet under skanning. 2D-elementer er i hovedsak en matrise av diskrete punktelementer.
Det optiske systemet projiserer et bilde på det følsomme elementet, og størrelsen på arbeidsområdet som dekkes av sensoren bestemmes på forhånd. Det optiske systemet har en justerbar blenderåpning for å justere mengden innkommende lys og fokusskarphet ettersom avstanden fra objektivet til motivet endres.
En rekke optoelektroniske enheter kan fungere som videosensorer, fra solid-state transdusere til vidicon vakuumrør-baserte TV-kameraer. Grunnlaget for teknisk syn er persepsjon og forhåndsbehandling av informasjon fra disse sensorene, uten behov for å ty til kunstig intelligens.
Dette er det laveste nivået i systemet. Neste er analysen, beskrivelsen og gjenkjennelsen - her brukes moderne datamaskiner og kompleks algoritmisk programvare - mellomnivået. Det høyeste nivået er allerede kunstig intelligens.
Praktisk talt i industriroboter første generasjons synssystemer er utbredt, og gir tilstrekkelig kvalitet på arbeidet med flate bilder og objekter med enkle former. De brukes til å gjenkjenne, sortere og plassere deler, sjekke dimensjonene til deler, sammenligne dem med en tegning osv.
En typisk implementering av et visjonssystem ser slik ut. Arbeidsområdet til roboten, der delene er plassert, er opplyst med lamper.Over arbeidsområdet er det et observasjonsmobilt TV-kamera, hvorfra videoinformasjon mates via kabel til hovedenheten til det tekniske synssystemet.
Fra hovedenheten mates informasjonen (i bearbeidet form) til robotkontrollenheten. Enheten utfører sortering av deler, deres ordnede pakking i containere i strengt samsvar med informasjonen mottatt fra programvaren til det tekniske synssystemet.
Intelligente og adaptive roboter som aktivt utvikles i dag, basert på andre og tredje generasjons systemer, er i stand til å jobbe med tredimensjonale bilder og mer komplekse objekter, gjøre mer nøyaktige målinger og gjenkjenne objekter mer nøye og raskere.
Hovedretningen for vitenskapelig og teknisk forskning i dag er forbedring av synssystemer og programvare og deres algoritmiske støtte, opprettelse av spesielle datamaskiner, så vel som fundamentalt nye visjonssystemer, siden bruken av robotikk er stadig mer etterspurt og feltet for dets industriell implementering utvides stadig.
I dag utvikles mer avanserte sensitive enheter for roboter, som er i stand til å overføre så mye ekstern informasjon som mulig til roboten. Det er nå klart at komplekse sensorer i prinsippet kan oppfatte scener og bilder som en helhet, noe som betyr at roboter i fremtiden vil være i stand til å selvstendig utføre målrettede handlinger i arbeidsområdet uten ytterligere ytre stimuli.