На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Работа № 80690


Наименование:


Диплом устройства визуальной информации для роботов типа «Nokia».

Информация:

Тип работы: Диплом. Добавлен: 22.9.2014. Сдан: 2008. Страниц: 56. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4
1. Обзор литературы по вопросу технического зрения 5
1.1. Области применения систем технического зрения 5
1.2. Сенсоры-приемники и первичные преобразователи видеоинформации 8
1.3. Краткая характеристика основных видов систем технического зрения 8
1.4. Описание систем промышленных роботов с системами технического зрения 13
2. Выбор сенсоров и аппаратной части системы технического зрения 16
3. Разработка принципиальной схемы системы технического зрения и описание ее работы 16
3.1. Назначение СТЗ 16
3.2. Устройство и работа системы 16
3.3. Устройство и работа блока управления камерой БУК 22
3.4. Работа устройства управления УУ-1 24
3.5. Работа устройства управления УУ-2 26
3.6. Работа устройства ввода УВ-1 26
3.7. Работа устройства ввода УВ-2 27
3.8. Работа устройства преобразования 27
3.9. Работа устройства ввода телевизионного УВТ-1 31
3.10. Описание работы пульта управления 33
3.11. Контроллер 33
3.12. Блок питания 34
3.13. Описание работы блока сопряжения 34
4. Алгоритм работы системы технического зрения 37
5. ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ПРОЕКТА 44
5.1. Технико-экономический анализ существующих систем аналогичного назначения 44
5.2. Расчет капитальных вложений. 44
5.3. Расчет эксплуатационных затрат 45
5.3.1 Затраты на электроэнергию 45
5.3.2 Затраты на смазочные материалы 45
5.3.3 Затраты на заработную плату 45
5.3.4 .Затраты на профилактические осмотры и текущие ремонты 46
5.3.5 Затраты на амортизацию оборудования 46
5.3.6 Накладные расходы 46
5.4. Определение экономической эффективности 47
5.5. Анализ сводных технико-экономических показателей аналога и проекта. 48
6. ОХРАНА ТРУДА 49
6.1. Анализ производственных вредностей и опасностей при эксплуатации системы технического зрения. 49
6.2. Техника безопасности и противопожарная профилактика при эксплуатации системы технического зрения. 50
6.3. Расчет защитного заземления. Устройство заземления. 51
7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 52
8. СПИСОК ИЗПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 53
Приложение 1. 54

ВВЕДЕНИЕ
В дипломном проекте выполнена схемотехническая проработка систем технического зрения для технологических роботов. При построении схем предлагалось обеспечить широкий спектр функций устройства технического зрения. Однако главными задачами ставились следующие:
определение положения детали;
распознавание нужной детали;
контроль поверхности детали.
Сопряжение СТЗ предлагается осуществить конструктивно, функционально с «рукой» робота. Схемы таких устройств описаны в литературе и частично реализованы в роботизированных технологических процессах. При создании таких систем решаются две обособленные задачи:
синтез самой системы;
разработка алгоритма функционирования системы.
В дипломном проекте обе эти задачи решены на основе представленных в литературе вариантов. В качестве преобразователя информации принята трубка типа «Видикон», хотя известно, что в современных устройствах широко используется ПЗС-матрица (ПЗС - прибор с зарядовой связью). Видеокамеры с этими матрицами можно приобрести как комплектующий модуль. Однако сопоставленные опытные данные показывают, что СТЗ на основе «Видикона» более надежна и в большей мере обеспечена прикладными программами, ориентированными на робототехнические комплексы. По мнению специалистов, предполагается, что оснащение роботов системами технического зрения существенно расширит их функциональные возможности.
Восприятие и обработка визуальной информации о текущем состоянии технологического процесса, об относительном расположении и ориентации хвата робота и объектов манипулирования позволяют автоматизировать такие операции как сварка, сборка, окраска, сортировка, и другие. Основные функции СТЗ в работе систем управления промышленными роботами сводятся к локации рабочего пространства, распознаванию образов, измерению статических и динамических характеристик различных объектов и т.д.
Как известно, зрение - это способность формировать описание объектов по их изображениям. Техническая реализация этой способности затруднена из-за того, что преобразования, с помощью которых объекты отображаются в виде зрительных образов, сводятся к выделению отдельных их свойств, т.е. к получению информации о форме объекта, поверхностном отражении, текстуре, цвете, движении. Поэтому, в процессе анализа объекта необходимо определить его компоненты и затем, при описании объекта, представить его с помощью основных физических характеристик, которые называются базовыми компонентами изображения. Таким образом, техническое зрение есть процесс выработки рациональных символических описаний визуальной обстановки, составленных на основе анализа данных об изображении.
Все операции по анализу изображения выполняются с помощью разнообразных видеодатчиков, специальных источников структурированного освещения и своевременных вычислительных средств, снабженных соответствующим программным обеспечением. В настоящее время, когда в промышленности начинают эффективно применяться некоторые упрощенные СТЗ, исследователи продолжают интенсивные поиски рационального решения этой проблемы. Существующие системы распознают, как правило, сравнительно небольшое количество объектов, расположенных вполне определенным образом. Существенным ограничением этих систем является также их невысокое быстродействие.
В перспективных разработках в области СТЗ основное внимание уделяется расширению функциональных возможностей, повышению быстродействия и гибкости системы, а также миниатюризации и стандартизации.
Предполагается использование различных пассивных и активных стереоскопических систем восприятия объемной информации о трехмерных сценах с использованием различных управляемых типов структурированного освещения. Эти системы ориентируются на мощные языки программирования высокого уровня.
Рядом специалистов высказывается мнение, что информированные возможности СТЗ выходят далеко за рамки функциональных возможностей промышленных роботов, и они могут самостоятельно использоваться в различных типах гибких производственных процессов. Создание современных гибких производственных систем предусматривает решение таких важных проблем, как рост производительности и эффективности производства, его автоматизации, гибкости и интеграции, повышение технологичности конструкций изделий. Создание гибких автоматизированных производств, способных быстро перестраиваться на изготовление новых изделий и освобождающих людей от рутинного ручного труда имеет колоссальное экономическое и социальное значение.
1. Обзор литературы по вопросу технического зрения
1.1. Области применения систем технического зрения
Системы технического зрения промышленных роботов необходимы для:
1. Распознавания деталей среди множества движущихся по ленте конвейера деталей и вычисления их текущих координат. Распознавания происходит посредством сравнения изображения детали на конвейере и образом деталей определенного класса, которые хранятся в памяти робота.
2. Определения положения и ориентации деталей. Робот должен определять действительное положение и ориентацию собираемых деталей, а также точек их сопряжения. С этой целью на практике начинают применяться специальные распознающие устройства, реализованные на сверхбольших интегральных схемах. (СБИС)
3. Контроля качества деталей.
Визуальный контроль качества деталей и узлов в условиях автоматизированного производства является весьма трудоемкой операцией, но многие изготовители хотели бы иметь 100 процентный невыборочный контроль, к которому приходится прибегать в настоящее время.
Среди рассмотренных систем технического зрения в настоящее время наибольшее внимание уделяется определению точного расположения деталей и контролю их качества. Главным требованием, предъявленным к промышленным системам технического зрения, является максимально возможное снижение их стоимости. При этом, тем не менее, такие системы должны обеспечивать распознавание в реальном масштабе времени, гарантировать достоверность распознавания и адаптирования при изменении класса распознаваемых деталей.
Важным условием нормальной работы систем машинного зрения является возможность получения четкого изображения наблюдаемого объекта. Трехмерное изображение объекта на экране полностью зависит от его ориентации в пространстве. Потому распознавания произвольно ориентированных деталей - задача трудновыполнимая. В большинстве применяемых на практике систем наблюдения объектов производится по 2-3 взаимно-перпендикулярным направлениям, а ЭВМ выполняет распознавания трехмерных деталей по набору их плоских изображений. Если распознаваемая деталь частично перекрывается другим объектом, то анализ полученного изображения возможен лишь с помощью сложных методов искусственного интеллекта. Практически обычно применяют различные механические устройства, которые отделяют детали друг от друга до того, как они попадут в поле зрения телевизионной камеры. В настоящее время большинство промышленных систем технического зрения работает лишь с двухцветным черно-белым изображением. Для обеспечения четкого контрастного изображения необходимо создавать специальные условия освещения деталей в рабочей области. Как правило, для каждого класса задач распознавания приходится проектировать свои устройства подсветки. Ввиду того, что результаты работы системы технического зрения - текущее положение деталей на ленте конвейера и информация о пригодности детали определяют в каждый момент времени порядок действий всего оборудования робототехнического комплекса, необходимо, чтобы обработка изображений проводилась как можно быстрее, по мере поступления деталей. Чтобы обеспечить работу системы распознавания в реальном масштабе времени, предпринимают следующие мероприятия:
1. Упрощаются алгоритмы распознавания за счет перехода к двухцветному черно-белому изображению.
2. Применяются аппаратные устройства распознавания, например, специализированные процессоры изображений.
3. Упрощаются методы распознавания за счет отказа от излишней универсальности и разработки простых, эффективных алгоритмов для узкого класса задач.
Главным способом обеспечения достоверности распознавания является тщательный выбор идентификационных признаков, на основании которых можно различить изображения различных деталей. Отобранное множество признаков проверяется на однозначность с помощью моделирования на ЭВМ. Если различным деталям соответствуют одинаковые признаки, полученное множество пересматривается. В результате либо вводятся дополнительные признаки, либо удаляются несущественные. В случае четно-белого изображения множество необходимых признаков значительно сокращается, что позволяет осуществлять более полную проверку и тем самым повышать достоверность результатов распознавания. Помимо данного способа большое внимание уделяется созданию методов распознавания, устойчивых к ошибкам при сравнении по одному или нескольким признакам.
Для этого, например, можно потребовать, чтобы решение о совпадении анализируемого изображения с моделью записанной в память системы при обучении, выносилось на основании результатов сравнения не по одному признаку, а по некоторой группе независимых признаков. Все средства автоматизации производственных систем, выпускающих продукцию мелкими и средними сериями, должны обладать определенной гибкостью по отношению к номенклатуре изделий. Исходя из этого, системы машинного зрения должны располагать гибкими автоматизированными средствами построения эталонных моделей распознаваемых объектов. К числу таких средств относятся диалоговые системы геометрического моделирования, которые позволяют создавать библиотеки моделей машиностроительных деталей в режиме диалога с ЭВМ. Кроме того, если на предприятии имеется система автоматизированного проектирования деталей и изделий модели, пригодные для использования системой распознавания, являются результатом одного из этапов автоматизированного проектирования. В этом случае, они сразу генерируются в форме, пригодной к записи в память распознавающей ЭВМ. С помощью рассмотренных средств построения эталонных моделей система машинного зрения может легко настраиваться на работу с заданным классом деталей. Наиболее распространенные в мире промышленные системы технического зрения представлены в таблице 1.1. /3/.
Типичные структуры аппаратных средств, применяемых в настоящее время в промышленных системах технического зрения, представлены на рис. 1а - 1в


Рис. 1.а.


Рис. 1.б.


Рис. 1.в.
Рис 1.1 Структуры аппаратных средств.
Системы технического зрения.
Таблица 1.1

Назначение Области применения Тип структуры систем Сенсоры зрительной информации Распознавание с помощью анализа изображения
Методы проецирования на плоскость Методы распознавания
Контроль Сложные изделия Печатные платы Интегральные схемы маскирующие покрытия при изготовлении интегральных схем Рис 10 Рис 1а ПЗС-линейки Видиконы Карниконы Лазерные сенсоры Детекторы изображений Плавающее проецирование прочие Выделение локальных признаков Выделение признаков на основе априорных моделей Анализ преломления лазерного луча
Отдельные детали и объекты простой формы фармацевтические капсулы и таблетки Рис 16 телевизионная камера прочие Изменение классификационных параметров
Объекты принадлежащие к различным классам Пищевые продукты (рыба, огурцы и т.п.) Рис 1а ПЗС, линейка прочие Изменение классификационных параметров
Определение расположения объектов Термокомпрессионное соединение Распайка транзисторов, И.С. и проводов термокомпрессионной сварки Рис 1в Видиконы, ПЗС-линейки Плавающее проецирование прочие сопоставление получаемых плоских проекций с соответствующими моделями-эталонами
Сборка закручивание болтов проводка кабеля Рис 1б Видиконы прочие сопоставление с моделями-эталонами перемещение камеры по контуру вручную
Сварка Определение траектории перемещения при дуговой сварке Рис 1б Видиконы прочие Изменение классификационных параметров Обнаружение контуров свариваемых поверхностей
Прочие манипуляции с объектами транспортировка стальных листов Рис 1а Видиконы - Обнаружение контуров перемещения объектов


1.2. Сенсоры-приемники и первичные преобразователи видеоинформации
Исходя из видов сенсоров, системы технического зрения роботов подразделяются: телевизионные, фотоматричные, построенные на приборах с зарядовой связью, лазерные и др./7/
Телевизионные, фотоматричные и ПЗС-системы технического зрения дают возможность либо бинарного (черно-белого) определения очертаний предметов, т.е. в двух градациях, либо многоградационного, когда они могут различать несколько градаций яркости, т.е. давать изображения с различными полутонами. Требования такой повышенной точности и идентификации изображения зависит от потребности технического процесса. Этим определяется и сложность микропроцессорной обработки информации в таких системах. При анализе изображений наибольшее количество вычислений требуется произвести при построении так называемого «привалочного» каркаса изображения, который впоследствии сравнивается с эталоном по ряду признаков идентификации. Ребрами каркаса являются границы между освещенными и теневыми участками поверхности наблюдаемой детали. Именно для повышения скорости выделения границ и разработаны процессоры изображений, которые осуществляют частично-параллельную обработку поступающей видеоинформации. Почти все используемые на практике процессоры изображений имеют приблизительно одинаковую структуру и работают в реальном масштабе и времени. Системы технического зрения для обработки видеоинформации снабжаются необходимыми алгоритмами и программным обеспечением. Они могут иметь наборы прикладных программ реального времени для различных технических задач с микропроцессорной обработкой информации. Тогда они чисто программным путем быстро переналаживаются для обслуживания тех или иных технологических операций.
1.3. Краткая характеристика основных видов систем технического зрения
1 .Фотоматричная система технического зрения.
Реализуется наиболее простыми техническими средствами.
Сенсором (датчиком изображения) служит фотодиодная матрица 16?16 или 32?32 элемента. Разрешающая возможность таких систем ограничена количеством элементов сенсора /4/. Но иногда для некоторых технологических задач такого объема информации вполне достаточно. С помощью несложной цифровой обработки информации можно извлекать из полученного изображения для ввода в управляющую ЭВМ робота сигналы о тех или иных признаках предмета и его расположения, используя два уровня (черно-белое) или, если нужно, несколько градаций яркости. К преимуществам фотоматричной системы относятся достаточная прочность и надежность, малый вес и размеры приемной камеры. Исходя их этого, такую систему, возможно, установить непосредственно на хвате робота. Робот с таким видом сенсора получает искусственный «глаз» на конце своей «руки», которая, перемещаясь, может «заглядывать» в любые места рабочего пространства том числе - за перегородки и другие препятствия. К преимуществам такой системы относится также малое энергопотребление и высокая фоточувствительность. Система сохраняет работоспособность без перенастройки в широком диапазоне колебаний освещенности. Большое быстродействие системы на фотодиодных матрицах объясняется параллельным способом считывания информации с элементов матрицы. Оптические сигналы, поступающие от кремниевых фотодиодов матрицы, преобразуются в электрические, производится их усиление, кратковременное хранение, считывание. Каждая ячейка матрицы содержит фоточувствительную область и три транзистора, выполняющие функции усиления и управления ячейкой.
При считывании с накоплением, энергия излучения, падающая на фоточувствительную область, накапливается в течение определенного времени, а затем выполняется считыванием. Этим существенно повышается чувствительность матрицы и используется возможность управлять выходным сигналом путем изменения времени накопления. Цикл преобразования в целом включает стирание, запись, считывание. Функциональная схема фотоматричной системы технического зрения имеет вид, показанный на рис. 1.2.


Рис 1.2 Функциональная схема фотоматричной системы.

ЗГ - задающий генератор, определяющий частоту следования управляющих импульсов; Ф - формирователь импульсов стирания подготавливающий к работе одновременно все ячейки матрицы в начале каждого цикла; ФР - формирователь-распределитель импульсов адреса по строкам матрицы; АЦП - аналого-цифровой преобразователь; ФДМ - фотодиодная матрица; ОЗУ - оперативное запоминающее устройство.
Видеосигналы с ФДМ идут параллельно на аналого-цифровой преобразователь и затем в оперативное запоминающее устройство для согласования порядка и скорости вывода данных в процессор обработки информации. Важно, что фотодиодные матрицы не обладают инерционностью при считывании, их дискретная структура позволяет получать информацию о движущихся предметах без искажений.
2.Телевизионные системы технического зрения.
Телевизионные системы зрения имеют в качестве сенсора малогабаритные производственные телекамеры с полем изображения в основном 256?256 точек /1/. Для применения в робототехнике не нужно знаний всей обстановки, находящейся в поле телекамеры. Поэтому при цифровой обработке полученного изображения выявляется необходимый минимум сведений о признаках нужного объекта для последующих действий робота или для выполнения контрольных функций по ходу процесса, отвечающий заложенным в память и в программу ЭВМ робота. С этой целью строится специализированный вычислитель с микропроцессорной обработкой информации по заданному алгоритму, если это относится к достаточно узкому классу задач с ограниченным количеством программ действия системы. При более универсальном применении системы технического зрения с широкими возможностями программирования и переналадки программного обеспечения робототехнической системы в целом, снабженной искусственным зрением, используется микро ЭВМ. При этом между телекамерой и ЭВМ вводятся устройство сопряжения для предварительной обработки изображения с целью получения сигналов, удобных для ввода в микро ЭВМ.
Блок-схема такой системы технического зрения показана на Рис 1.3.


Рис 1.2 Блок-схема телевизионной системы технического зрения.

В качестве сенсора в телевизионных системах используются передающие трубки различных типов. Наиболее частое применение видиконов с фотоэлектрическим преобразованием на основе внутреннего фотоэффекта. Преобразование изображения в электрический сигнал в таких системах основано на накоплении заряда на конденсаторах. В процессе развертки электронным лучом освещенных участков фотомишени видикона образуется сигнал изображения. Видиконы имеют высокую чувствительность, хорошую разрешающую способность и широкий спектральный диапазон. На Рис 1.4 представлена функциональная схема телекамеры на базе видикона.

Рис 1.3 Функциональная схема телекамеры на базе видикона.

Обычно телекамера сопрягается с микро-ЭВМ через электронное устройство сопряжения с применением стандартного интерфейса. Устройство сопряжения обеспечивает пространственную дискретизацию видеосигнала, квантования его по яркости, преобразование в параллельный 16 разрядный код, запоминание видеосигнала и связь с интерфейсом ЭВМ. Практически производится обратный процесс происходящему в любом дисплее с вакуумным кинескопом. В телевизионных камерах общего назначения используются, как правило, видиконы с магнитным отклонением луча. Но для технического зрения роботов наиболее применимы системы с электрическим отклонением считывающего луча, которые приводят к увеличению скорости развертки и позволяют реализовать нестандартные виды развертки (радиальную, спиральную). В них более простыми средствами достигаются высокая линейность отклонения луча и другие желаемые свойства. Одно из основных требований, предъявляемых к системам технического зрения - выполнение их функций в реальном масштабе времени, соответствующем ходу обслуживаемого или рабочего процесса. Ввиду большого объема информации в телевизионном изображении и недостаточно высокого быстродействия из-за последовательного способа передачи видеосигнала, это требование должно обеспечиваться существенным сокращением обрабатываемой информации. Последнее достигается выбором достаточно простых признаков идентификации предметов, построением быстродействующих алгоритмов, распараллеливанием вычислений и операций, применением мультипроцессорных сетей, аппаратными средствами сжатия информации на входе, а также иными способами, связанными с целенаправленным управлением процессом ввода изображения. Сокращение объема обрабатываемой информации важно также и для уменьшения объема требуемой памяти. Однако, для тех случаев, когда те........

8. СПИСОК ИЗПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
I . Системы очувствления и адаптивные промышленные роботы под редакцией Е.П.Попова и В. В. Ключева М.. Машиностроение, 1985г.
2. Попов Е.П. Робототехника и гибкие производственные системы М.Наука 1987г.
З. Промышленные роботы, внедрение и эффективность. перевод с японского Асан К.Д Сичами С. и др. М. Мир 1987г.
4. Марр Д. Зрение. Информационный подход к изучению представления и обработки зрительных образов пер.с ант. М., Радио и связь, 1987г.
5. Итоги науки и техники. Техническая кибернетика, под редакцией гл.-корр. АНСССР С.В.Емельянова, профессора З.Б. Голембо, Москва 1984г.
6. Системы технического зрения (принципиальные основы, аппаратное и математическое обеспечение. под общей ред. А.И. Писжревского. А.Ф. Чернявского Ленинград "Машиностроение" 1988г.
7. Ф. Кауфе Взаимодействие робота с внешней средой. перевод с фран. Москва Мир 1985г.
8. Техническое зрение роботов. под ред. проф. А.Пью Перевод с анг. М. "Машиностроение" 1987г.
9. П. А .Долин "Справочник по технике безопасности" Энергоатомиздат. 1984г.
10. П.А.Долин "Основы технике безопасности в электроустановках". Энергоатомиздат. 1984г.
11. Охрана труда в радио и электронной Промышленности. под ред. С.П.Павлова М."Радио и связь" 1985 г.
12. С.В. Белов. "Безопасность производственных процессов" Справочник машиностроения 1985г.
13. Методика определения экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений утвержденная постановлением ГКСМ СССР по науке и технике и ГК по делам изобретений и открытий от 14.08.77г.
14. Технико-экономические расчеты и обоснования в энергетике А.А.Семенов Ленинград 1973г.
15. Автоматизация типовых технологических процессов и установок А.М. Корытин, Д.К.Петров, С.Л.Радищев, Н.К.Шапарев М. Энергоатомиздат 1988г.



Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть похожие работы

* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.