Спосіб ідентифікації стискального зусилля та напрямку зміщення об’єкта в захватному пристрої інтелектуального робота

Спосіб адаптації стискального зусилля та ідентифікації напрямку зміщення об'єкта маніпулювання в захватному пристрої інтелектуального робота, згідно з яким переміщують захватний пристрій з принаймні двома затискними губками таким чином, щоб об'єкт маніпулювання знаходився між затискними губками захватного пристрою в центрованому відносно губок положенні, після чого здійснюють стискання губок у напрямку скорочення відстані між ними і реєструють інформацію про одночасне контактування обох затискних губок з об'єктом маніпулювання, після створення попередньо заданої величини мінімального стискального зусилля призупиняють процес стискання губок, а потім почергово здійснюють вертикальний спробний рух захватного пристрою за допомогою маніпуляційної системи інтелектуального робота, що забезпечує підйом захватного пристрою у вертикальному напрямку на попередньо визначену постійну величину з одночасним припиненням процесу стискання губок і з постійною реєстрацією за допомогою багатокомпонентної сенсорної системи інформації про проковзування об'єкта маніпулювання між губками захватного пристрою, та стискання губок для нарощування стискального зусилля на відповідну попередньо визначену постійну величину з одночасним припиненням процесу вертикального підйому захватного пристрою, у випадку відсутності інформації про проковзування об'єкта маніпулювання при виконанні чергового спробного руху захватного пристрою після відповідного кроку нарощування стискального зусилля призупиняють процес почергового виконання спробних рухів і нарощування стискального зусилля, запам'ятовують і зберігають в пам'яті інтелектуального робота ідентифіковану величину масштабованого стискального зусилля та реєструють 2 (19) 1 3 52069 4 що виключає його зіткнення з ідентифікованою перешкодою, при цьому базу продукційних правил попередньо формують таким чином, щоб кожному напряму зміщення об'єкта маніпулювання відповідав принаймні один з результатів бази продукційних правил. Корисна модель належить до робототехніки й може бути використана в конструкціях та системах управління інтелектуальних роботів з чутливими захватними пристроями, що адаптують величину стискального зусилля до маси об'єкта маніпулювання та забезпечують визначення в автоматичному режимі напрямку зміщення об'єкта в захватному пристрої при його зіткненні з перешкодою в процесі реалізації інтелектуальним роботом запланованих траєкторій. Відомо про способи адаптації інтелектуальних роботів до маси об'єкта маніпулювання, які на основі реєстрації інформації про контактування губок захватного пристрою з об'єктом маніпулювання та реєстрації інформації про проковзування об'єкта між затискними губками захватного пристрою забезпечують одночасний контакт затискних губок з об'єктом і формування величини стискального зусилля відповідно до його маси (в процесі автоматичного захоплювання об'єкта маніпулювання), а також - фіксацію моменту зміщення об'єкта в захватному пристрої при його зіткненні з перешкодою (в процесі реалізації роботами запланованих траєкторій). При цьому реєструють сигнали проковзування, які формують при появі або зникненні проковзування об'єктів маніпулювання в захватних пристроях інтелектуальних роботів. Прикладом такого способу є спосіб адаптації інтелектуального робота до маси об'єктів маніпулювання [Авт. свід. СРСР № 1296406, МПК B25J 15/00, 19/02, опубл. Бюл. № 10, 1987], згідно з яким переміщують захватний пристрій з двома затискними губками в область робочої зони робота, де знаходиться об'єкт маніпулювання, і орієнтують губки захватного пристрою таким чином, щоб Між ними знаходився об'єкт маніпулювання. Після цього здійснюють стискання губок захватного пристрою в напрямку скорочення відстані між ними з безперервним контролюванням моментів контактування губок з об'єктом маніпулювання. В подальшому після реєстрації інформації про контактування об'єкта маніпулювання з обома губками здійснюють процес підйому захватного пристрою, при цьому одночасною реєструють проковзування об'єкта і нарощують величину стискального губок. Після реєстрації інформації про початок руху об'єкта маніпулювання у вертикальному напрямку (при зникненні проковзування) припиняють процес стискання губок, фіксують в даний момент величину стискального зусилля, що відповідає масі об'єкта маніпулювання, і подають команду на реалізацію роботом запланованої траєкторії. Такий спосіб має наступні проблеми: - у випадку зіткнення об'єкта маніпулювання з перешкодою, що призводить до зміщення об'єкта в системі координат захватного пристрою (при реалізації інтелектуальним роботом запланованих траєкторій), спосіб забезпечує тільки фіксацію мо менту зміщення об'єкта в захватному пристрої, без ідентифікації напрямку цього зміщення; - низька надійність пристроїв, що реалізують даний спосіб, оскільки відсутність можливості визначення інформації про напрям зміщення об'єкта маніпулювання ускладнює процес визначення параметрів перешкоди та корекцію системою керування інтелектуального робота траєкторії переміщення об'єкта маніпулювання з врахуванням параметрів (зокрема, характеру місцерозташування, координат) виявленої перешкоди. Найбільш близьким до запропонованого є спосіб адаптації інтелектуального робота до маси об'єктів маніпулювання [Патент України на корисну модель № 41195, МКІ В25J 19/02, G05В 19/00, опубл. Бюл. № 9, 2009], що прийнятий як прототип. Згідно даного способу адаптації інтелектуального робота до маси об'єктів маніпулювання переміщують захватний пристрій з, принаймні, двома затискними губками таким чином, щоб об'єкт маніпулювання знаходився між затискними губками захватного пристрою в центрованому відносно губок положенні. Після цього стискають губки у напрямку скорочення відстані між ними і реєструють інформацію про одночасне контактування обох затискних губок з об'єктом маніпулювання. Потім почергово здійснюють: а) вертикальний спробний рух захватного пристрою у за допомогою маніпуляційної системи інтелектуального робота, що забезпечує підйом захватного пристрою у вертикальному напрямку на попередньо визначену постійну величину, з одночасним припиненням процесу стискання губок і з постійною реєстрацією інформації про проковзування об'єкта маніпулювання між губками захватного пристроюю; б) стискання губок для нарощування стискального зусилля на відповідну попередньо визначену постійну величину, з одночасним припиненням процесу вертикального підйому захватного пристрою. У випадку відсутності інформації про проковзування об'єкта маніпулювання при виконанні чергового спробного руху захватного пристрою після відповідного попереднього кроку нарощування стискального зусилля призупиняють процес почергового виконання спробних рухів і нарощування стискального зусилля і фіксують з відповідним масштабним коефіцієнтом ідентифіковане інтелектуальним роботом значення величини стискального зусилля, що відповідає масі об'єкта маніпулювання. При цьому запам'ятовують і зберігають в пам'яті інтелектуального робота ідентифіковану величину масштабованого стискального зусилля та реєструють кількість спробних рухів, необхідних для ідентифікації бажаного значення величини стискального зусилля, що відповідає масі об'єкта маніпулювання, після чого розводять затискні губ 5 ки в напрямку збільшення відстані між ними до зникнення контакту між об'єктом маніпулювання і затискними губками захватного органа, який потім за допомогою маніпуляційної системи інтелектуального робота опускають у вертикальному напрямі на відстань, що дорівнює добутку кількості здійснених для ідентифікації бажаного стискального зусилля спробних рухів на величину вертикального зміщення захватного органу при реалізації одного спробного руху, В подальшому здійснюють процес кінцевого стискання губок зі створенням бажаної фіксованої величини стискального зусилля, що відповідає попередньо ідентифікованому згідно з масою об'єкта маніпулювання та масштабованому значенню, яке отримують з пам'яті інтелектуального робота, і переміщують об'єкт маніпулювання згідно запланованої програмної траєкторії. Такий спосіб має наступні проблеми: - спосіб забезпечує ідентифікацію зміщення об'єкта в системі координат захватного пристрою тільки в напрямку, що співпадає з напрямком сили тяжіння, зокрема, при збільшенні маси об'єкта в процесі виконання маніпуляційних операцій, у випадку ж появи на запланованій траєкторії переміщення об'єкта перешкоди, при зіткненні з якою може виникнути його зміщення, спосіб не забезпечує ідентифікації напрямку такого зміщення об'єкта маніпулювання в системі координат захватного пристрою; - низька надійність пристроїв, що реалізують даний спосіб, оскільки поява будь-якого проковзування об'єкта маніпулювання в системі координат захватного пристрою буде призводити до нарощування стискального зусилля без призупинення реалізації запланованої траєкторії, а у випадку зіткнення об'єкта з перешкодою таке нарощування стискального зусилля (при відповідній реєстрації проковзування об'єкта) й продовження процесу реалізації запланованої траєкторії може стати причиною пошкодження об'єкта маніпулювання або його випадання з губок захватного пристрою. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення способу ідентифікації стискального зусилля та напрямку зміщення об'єкта маніпулювання в захватному пристрої інтелектуального робота шляхом підвищення рівня адаптації інтелектуального робота до маси об'єктів маніпулювання та параметрів динамічного середовища, в якому, зокрема, випадковим чином на запланованих траєкторіях можуть виникати перешкоди, за рахунок ідентифікації напрямку зміщення об'єкта в системі координат захватного пристрою інтелектуального робота та відповідної корекції попередньо запланованої траєкторії. Поставлена задача вирішується тим, що при реалізації способу ідентифікації стискального зусилля та напрямку зміщення об'єкта маніпулювання в захватному пристрої інтелектуального робота, згідно з яким переміщують захватний пристрій з, принаймні, двома затискними губками таким чином, щоб об'єкт маніпулювання знаходився між затискними губками захватного пристрою в центрованому відносно губок положенні, після чого здійснюють стискання губок у напрямку ско 52069 6 рочення відстані між ними і реєструють інформацію про одночасне контактування обох затискних губок з об'єктом маніпулювання, після створення попередньо заданої величини мінімального стискального зусилля призупиняють процес стискання губок, а потім почергово здійснюють вертикальний спробний рух захватного пристрою за допомогою маніпуляційної системи інтелектуального робота, що забезпечує підйом захватного пристрою у вертикальному напрямку на попередньо визначену постійну величину з одночасним припиненням процесу стискання губок і з постійною реєстрацією за допомогою багатокомпонентної сенсорної системи інформації про проковзування об'єкта маніпулювання між губками захватного пристрою, та стискання губок для нарощування стискального зусилля на відповідну попередньо визначену постійну величину з одночасним припиненням процесу вертикального підйому захватного пристрою, у випадку відсутності інформації про проковзування об'єкта маніпулювання при виконанні чергового спробного руху захватного пристрою після відповідного кроку нарощування стискального зусилля призупиняють процес почергового виконання спробних рухів і нарощування стискального зусилля, запам'ятовують і зберігають в пам'яті інтелектуального робота ідентифіковану величину масштабованого стискального зусилля та реєструють кількість спробних рухів, необхідних для ідентифікації бажаного значення величини стискального зусилля, що відповідає масі об'єкта маніпулювання, після чого розводять затискні губки в напрямку збільшення відстані між ними до зникнення контакту між об'єктом маніпулювання і затискними губками захватного пристрою, який потім за допомогою маніпуляційної системи інтелектуального робота опускають у вертикальному напрямі на відстань, що дорівнює добутку кількості здійснених для ідентифікації бажаного стискального зусилля спробних рухів на величину вертикального зміщення захватного пристрою при реалізації одного спробного руху, а в подальшому здійснюють процес кінцевого стискання губок зі створенням бажаної фіксованої величини стискального зусилля, що відповідає попередньо ідентифікованому згідно з масою об'єкта маніпулювання та масштабованому значенню, яке отримують з пам'яті інтелектуального робота, після чого подають команду на переміщення об'єкта маніпулювання згідно запланованої програмної траєкторії, згідно до пропозиції попередньо формують базу продукційних правил типу «ЯКЩО (УМОВНІ ОПЕРАТОРИ), ТО (РЕЗУЛЬТАТ)», яка визначає залежність напрямку зміщення об'єкта маніпулювання в захватному пристрої інтелектуального робота від конкретного стану вихідного сигналу кожного сенсорного елемента багатокомпонентної сенсорної системи, в процесі реалізації інтелектуальним роботом запланованої програмної траєкторії неперервно контролюють вихідні сигнали багатокомпонентної сенсорної системи, на основі аналізу яких постійно перевіряють умовні оператори бази продукційних правил та реєструють момент початку зміщення об'єкта маніпулювання в захватному пристрої інтелектуального робота при його зіткненні з перешкодою, на 7 52069 основі аналізу відповідних результатів бази продукційних правил визначають напрям зміщення об'єкта маніпулювання в пов'язаній з захватним пристроєм системі координат, після чого припиняють реалізацію інтелектуальним роботом запланованої програмної траєкторії, ідентифікують параметри перешкоди, здійснюють корекцію і в подальшому реалізують скориговану траєкторію переміщення об'єкта маніпулювання, що виключає його зіткнення з ідентифікованою перешкодою, при цьому базу продукційних правил попередньо формують таким чином, щоб кожному напряму зміщення об'єкта маніпулювання відповідав, принаймні, один з результатів бази продукційних правил. Винахідницький задум полягає в тому, що спосіб ідентифікації стискального зусилля та напрямку зміщення об'єкта маніпулювання в захватному пристрої інтелектуального робота забезпечує адаптацію інтелектуального робота до маси об'єктів маніпулювання та, разом з тим, ідентифікацію напрямку зміщення об'єкта маніпулювання в системі координат захватного пристрою при зіткненні його з перешкодою на шляху реалізації запланованої траєкторії. При цьому суттєво підвищується надійність процесів захоплювання та реалізації запланованих траєкторій з високими швидкостями переміщення об'єктів маніпулювання. Фігура пояснює суть запропонованого способу ідентифікації стискального зусилля та напрямку зміщення об'єкта маніпулювання в захватному пристрої інтелектуального робота. Зокрема, на фігурі показано: напрямки {N,NE,E,SE,S,SW,W,NW} можливого зміщення чу 8 тливого елемента (разом з об'єктом маніпулювання) в площині OYZ при використанні, наприклад, чотирьохкомпонентної сенсорної системи в системі координат OXYZ захватного пристрою інтелектуального робота, в якій вісь ОХ співпадає з напрямком стискання губок захватного пристрою; сенсорні елементи 1, 2, 3, 4 чотирьохкомпонентної сенсорної системи; початкове положення чутливого елемента 5 співпадає з точкою О (початок координат системи OXYZ), а зміщене положення чутливого елемента 5 - з точкою Р. В таблиці наведена база продукційних правил типу «ЯКЩО (УМОВНІ ОПЕРАТОРИ), ТО (РЕЗУЛЬТАТ)», яка визначає залежність напрямку зміщення об'єкта маніпулювання в захватному пристрої інтелектуального робота від конкретного стану вихідного сигналу кожного сенсорного елемента багатокомпонентної сенсорної системи, де позначено: Ui, (i=1…4) - вихідний сигнал і-го сенсорного елемента багатокомпонентної сенсорної системи; (>) - показник зростання відповідного сигналу Ui, (i=1…4) при зміщенні чутливого елемента багатокомпонентної сенсорної системи разом з об'єктом маніпулювання в системі координат захватного пристрою; ( > = < < Умовні оператори U2 U3 = = > > = > < = < < Суть запропонованого способу ідентифікації стискального зусилля та напрямку зміщення об'єкта маніпулювання в захватному пристрої інтелектуального робота полягає в наступному. Для захоплювання об'єкта маніпулювання з невідомими параметрами (маса, геометричні розміри) та ідентифікації величини стискального зусилля спочатку переміщують захватний пристрій з двома затискними губками в область робочої зони робота, де знаходиться об'єкт маніпулювання, і орієнтують губки захватного пристрою таким чином, щоб між ними знаходився об'єкт маніпулювання. Після цього здійснюють неперервний процес стискання губок захватного органа в напрямку скорочення відстані між ними (уподовж осі ОХ, фіг.) з контролюванням моменту контактування губок з об'єктом маніпулювання і контролюванням вели U4 = < < > > Результат Напрям зміщення об'єкта N NE Е SE S SW W NW чини стискального зусилля F губок захватного пристрою. Після реєстрації інформації про одночасне контактування об'єкта маніпулювання з обома губками і подальшого створення мінімального стискального зусилля F=FMIN призупиняють процес стискання губок. В подальшому почергово здійснюють серії спробних рухів та дискретного нарощування стискального зусилля губок. Зокрема почергово здійснюють: а) вертикальний спробний рух захватного пристрою (уподовж осі OZ, фіг.) за допомогою маніпуляційної системи інтелектуального робота, що забезпечує разом з одночасним припиненням процесу стискання губок підйом захватного пристрою у вертикальному напрямку (уподовж осі OZ) на попередньо визначену постійну величину Δl при здійсненні постійної реєстрації інформації про про 9 52069 ковзування об'єкта маніпулювання між губками захватного пристрою. Ідентифікація проковзування здійснюється на основі порівняльного аналізу стану вихідних сигналів сенсорних елементів 1, 2, 3, 4 багатокомпонентної сенсорної системи перед і після кожного спробного руху при зміщенні в системі координат захватного пристрою OXYZ чутливого елемента 5, закріпленого на об'єкті; б) стискання губок для нарощування стискального зусилля на відповідну попередньо визначену постійну величину ΔF після здійснення відповідного спробного руху - вертикального підйому захватного органа на величину Δl і реєстрації при цьому інформації про проковзування об'єкта маніпулювання. Після відповідного (r-і)-го кроку нарощування стискального зусилля у випадку відсутності інформації про проковзування об'єкта маніпулювання при виконанні чергового r-го спробного руху захватного пристрою призупиняють процес почергового виконання спробних рухів і нарощування стискального зусилля. При цьому величина стискального r 1 FОБ FMIN F i 1 зусилля відповідає масі об'єкта маніпулювання. Цю величину F0Б фіксують і запам'ятовують ідентифіковане інтелектуальним роботом значення величини стискального зусилля, що відповідає масі об'єкта маніпулювання, з відповідним масштабним коефіцієнтом k, тобто зберігають в пам'яті значення F=kFOБ>FOБ. Коефіцієнт k>1 вводиться для забезпечення надійного утримання об'єкта маніпулювання при подальшій реалізації відповідної запланованої програмної траєкторії. При цьому реєструють також кількість спробних рухів г, які були здійснені для ідентифікації бажаного значення величини стискального зусилля FOБ, що відповідає масі об'єкта маніпулювання. В подальшому розводять затискні губки в напрямку збільшення відстані між ними (уподовж осі ОХ) до зникнення контакту між об'єктом маніпулювання і затискними губками захватного пристрою. Потім за допомогою маніпуляційної системи інтелектуального робота захватний орган з губками 1, 2 опускають у вертикальному напрямі (уподовж осі OZ) на відстань lΣ, що дорівнює добутку кількості здійснених для ідентифікації бажаного стискального зусилля спробних рухів r на величину вертикального зміщення Δl захватного органа при реалізації одного спробного руху, тобто на величину lΣ=rΔl. Після цього, коли губки займають (узгоджене з положенням центра ваги об'єкта маніпулювання) положення на осі ОХ, здійснюють процес кінцевого стискання губок зі створенням бажаної фіксованої величини стискального зусилля, що відповідає попередньо ідентифікованому згідно з масою об'єкта маніпулювання та масштабованому значенню F=kF0Б, яке отримують з пам'яті інтелектуального робота. В подальшому у відповідний момент часу (t0) запам'ятовують значення вихідних сигналів Ui(t0), (i=1...4) і починають реалізацію запланованої траєкторії. При переміщенні об'єкта маніпулювання в динамічному середовищі за попередньо запланованою траєкторією захватний пристрій у відповідний 10 момент часу (t1) може зіткнутися з перешкодою, яка в робочій зоні інтелектуального робота може виникати випадковим чином. При цьому, якщо величини стискального зусилля F недостатньо для надійної фіксації об'єкта в захватному пристрої при його зіткненні з перешкодою, то виникає зміщення об'єкта в системі координат, пов'язаній з захватним пристроєм. Напрям і величина цього зміщення залежать від параметрів перешкоди (координат її місцерозташування, маси тощо). При зміщенні об'єкта буде змінюватись положення чутливого елемента 5 (фіг.) відносно захватного пристрою, а на виходах сенсорних елементів багатокомпонентної сенсорної системи відповідно сформуються нові значення сигналів Ui(t1), (i=1...4). Шляхом порівняння та аналізу відповідних даних Ui(tl), Ui(t0), (i=1...4) за допомогою бази продукційних правил (табл.) визначають напрям зміщення об'єкта в площині OYZ системі координат OXYZ захватного пристрою. Правила типу «ЯКЩО (УМОВНІ ОПЕРАТОРИ), ТО (РЕЗУЛЬТАТ)» в базі продукційних правил (табл.) мають наступний вигляд, наприклад, для: а) напрямку зміщення об'єкта N (фіг): ЯКЩО ((U1(t1)>U1(t0)) ТА (U2(t1)=U4(t0)) ТА (U3(t1)0, U2(tl)U2(t0)>0, U3(t1)-U3(t0)