Visuelle systemer – hvordan de fungerer, og hvordan de fungerer
Da robotter ikke er levende organismer som mennesker, har de ikke øjne og hjerner, og for at modtage visuel information har de brug for særlige tekniske sanseapparater kaldet visuelle systemer.
Visuelle systemer tillader robotter modtage billeder af arbejdsobjekter og scener, transformere, bearbejde og fortolke dem ved hjælp af et sæt digitale enheder, således at robotaktuatoren derefter i overensstemmelse med disse data kan udføre arbejdet tilstrækkeligt.
Sammenlignet med meget følsomme systemer er det synssystemer, der er i stand til at levere op til 90 % visuel information til en robot, for at den kan fungere normalt. Således løses problemet med at implementere maskinsyn i flere trin: information modtages, behandles, segmenteres og beskrives, genkendes og fortolkes.
Den originale information, der leveres i form af et digitalt billede, er forbehandlet, støj fjernes fra det, billedkvaliteten af individuelle elementer i en scene eller et objekt forbedres.Informationen segmenteres derefter - scenen er betinget opdelt i dele, der genkendes som separate elementer, som hver især kan genkendes, og derefter fremhæves objekterne af interesse.
De udvalgte objekter undersøges af karakteristiske parametre, som er beskrevet med arrays af information, så det yderligere er muligt at vælge de nødvendige objekter efter parametre. De nødvendige objekter markeres og identificeres ved hjælp af programmet. Til sidst fortolkes og markeres de identificerede objekter som tilhørende en eller anden gruppe af genkendelige objekter, hvorefter deres visuelle billeder etableres.
I det tekniske visionsystem præsenteres billedinformationen ved hjælp af optoelektroniske omformere og videosensorer i form af elektriske signaler. Dette er i bund og grund en primær transformation. Normalt aflæses billedet ved hjælp af et optisk kamera, et følsomt element, en scanningsenhed, hvorefter signalet forstærkes.
Den således opnåede information behandles hierarkisk. Først behandles billedet af videoprocessorer. Her er nøgleparameteren omridset af billedet, som er sat af koordinaterne for det sæt af punkter, der udgør det. Derudover genererer computeren, der er en del af systemet, styresignaler til robotten.
Videosensorer er forbundet til andre dele af visionsystemet ved hjælp af specielle kabler, såsom optiske kabler, hvorigennem information transmitteres med høj frekvens og med minimalt tab.
Selve videosensorerne kan have punkt-, endimensionelle eller todimensionale føleelementer.Punktfølsomme elementer er i stand til at modtage synlig stråling fra små dele af objektet, og for at opnå et fuldt rasterbillede er det nødvendigt at scanne langs planet.
Endimensionelle sensorer er mere komplekse, de består af en linje af punktelementer, der bevæger sig i forhold til objektet under scanning. 2D-elementer er i det væsentlige en matrix af diskrete punktelementer.
Det optiske system projicerer et billede på det følsomme element, hvor størrelsen af det arbejdsområde, som sensoren dækker, er bestemt på forhånd. Det optiske system har en justerbar blændelinse til at justere mængden af indkommende lys og fokus skarphed, efterhånden som afstanden fra objektivet til motivet ændres.
En række optoelektroniske enheder kan fungere som videosensorer, fra solid-state transducere til vidicon vakuumrør-baserede tv-kameraer. Grundlaget for teknisk vision er opfattelsen og forbehandlingen af information fra disse sensorer, uden at det er nødvendigt at ty til kunstig intelligens.
Dette er systemets laveste niveau. Dernæst er analysen, beskrivelsen og genkendelsen - her bruges moderne computere og kompleks algoritmisk software - mellemniveauet. Det højeste niveau er allerede kunstig intelligens.
Praktisk talt i industrirobotter første generations visionsystemer er udbredte og giver tilstrækkelig kvalitet af arbejdet med flade billeder og objekter med enkle former. De bruges til at genkende, sortere og placere dele, kontrollere delenes dimensioner, sammenligne dem med en tegning osv.
En typisk implementering af et visionsystem ser sådan ud. Robottens arbejdsområde, hvor delene er placeret, er oplyst med lamper.Over arbejdsområdet er der et observationsmobilt tv-kamera, hvorfra videoinformation føres via kabel til hovedenheden i det tekniske visionssystem.
Fra hovedenheden føres informationen (i bearbejdet form) til robotstyringsenheden. Enheden udfører sortering af dele, deres ordnede pakning i beholdere i nøje overensstemmelse med informationen modtaget fra softwaren til det tekniske visionssystem.
Intelligente og adaptive robotter, der aktivt udvikles i dag, baseret på anden og tredje generations systemer, er i stand til at arbejde med tredimensionelle billeder og mere komplekse objekter, foretage mere nøjagtige målinger og genkende objekter mere omhyggeligt og hurtigere.
Hovedretningen for videnskabelig og teknisk forskning i dag er forbedringen af visionsystemer og software og deres algoritmiske støtte, skabelsen af specielle computere såvel som fundamentalt nye visionsystemer, da brugen af robotter i stigende grad efterspørges og dets område. industriel implementering udvides konstant.
I dag udvikles mere avancerede følsomme enheder til robotter, der er i stand til at overføre så meget ekstern information som muligt til robotten. Det er nu klart, at komplekse sensorer i princippet kan opfatte scener og billeder som en helhed, hvilket betyder, at robotter i fremtiden selvstændigt vil kunne udføre målrettede handlinger i arbejdsområdets rum uden yderligere ydre stimuli.