Микропроцессорные вычислительные устройства в сенсорных системах роботов

Задачи видеоанализа в робототехнике разделяются на двумерные (пло­ские) и трехмерные (объемные), одно- и многопредметные, статические и динамические. При многопредметной задаче в отличие от однопредметной в поле зрения видеосенсора одновременно находится несколько объектов. Цель видеоанализа состоит в получении сжатого описания изображения. Это касается геометрических и качественных характеристик, взаимного расположения объектов. С точки зрения теории информации результатом видеоанализа является резкое сокращение объема данных. Например, изо­бражение размерностью 256x256 точек занимает 8 Кбайт памяти, а размер­ностью 512x512 точек при 16 градациях — уже 128 Кбайт. Если на входе системы видеоанализа объем информации характеризуется величинами рас­сматриваемого порядка, то на выходе, например, при распознавании объек­та, присутствует всего несколько чисел или слов, указывающих на распо­знанный тип.

Анализ произвольного единичного объекта в кадре. Целью анализа является:

распознавание типа объекта независимо от его угловой ориентации, про­
странственного расположения и в заданных пределах от масштабирования;

определение пространственных и угловых координат объекта;

определение геометрических параметров объекта и контроль качества.
Такими объектами могут быть детали, части манипулятора интеграль­
ные схемы (ИС) и т. д.

Анализ нескольких объектов, находящихся в кадре одновременно.

Цели анализа в данной группе задач те же, что и в предыдущей. Вместе с тем дополнительно требуется установить место расположения каждого от­дельного объекта и определить взаимосвязь изображенных объектов. Пусть требуется взять с подающего устройства или со склада строго определен­ную деталь. В поле зрения видеосенсора находятся также части подающего устройства и другого производственного оборудования, которое необходи­мо отличать от требуемой детали. К этой группе задач относится разбор бункера и распознавание печатных текстов. Обширную подгруппу задач составляют задачи контроля. К ним относится визуальный контроль изде­лия, состоящего из нескольких компонент. Когда устанавливается положе­ние одних компонент изделия по отношению к другим, тогда выполняется визуальное определение качества печатных плат и интегральных микро­схем. Электрическое тестирование не позволяет локализовать большое чис­ло дефектов, поэтому его дополняет визуальный контроль. При производст­ве ИС визуальный контроль используется как в процессе нанесения провод­ников, так и перед окончательной заделкой кристалла в корпус. При этом требуется отличать металлизированные точки от фоновых, выделять из це­лостного изображения схемы контактные площадки, определять их коорди­наты, степень отклонения формы от заданной и т. д. Кристалл исследуется на загрязнение, трещины, относительно большие области металлизации, дефекты формы в целом и отдельных контактных площадок, а также на зна­чительное отклонение цветовых уровней.

Анализ схематических изображений. Робото-технические системы, системы автоматизированного проектирования являются компонентами ГАП, поэтому требуется также анализ изображений при вводе чертежей, схем, выполненных от руки, типографским способом или световым пером на дисплее. В этой группе задач распознавание прямых и искривленных линий, условных обозначений электрических элементов и т. д. является не­обходимым этапом. При вводе чертежей, выполненных типографским спо­собом, механическое переснятие изображений в память без распознавания предъявляет чрезмерные требования к объему памяти ЭВМ. Чертежи вво­дятся для последующего анализа, т. е. для проверки правильности схемы в соответствии с заданным эталоном, что требует логического кодирования схемы.

Трехмерное зрение. Это обычно информация относительно дальности. Она необходима по следующим причинам: печатные платы и ИС имеют важные вертикальные компоненты; манипулирование в рабочем простран­стве в основном трехмерно (разбор бункера, где требуется определить его глубину); возникает необходимость идентификации одних и тех же предме­тов в различных ракурсах, чтобы выделить отдельные предметы в рабочем пространстве и восстановить пространственную форму объектов, соотнесе­ния координатной системы видеодатчика с координатной системой робота.

Для повышения точности манипуляторов требуется увеличение их ме­ханической сложности, что связано с увеличением массы и габаритов. Более легкие и дешевые ПР при достижении заданной точности позиционирова­ния можно получить с помощью обратной видеосвязи. Такая видеосвязь позволяет корректировать движение захватного устройства по траектории, оперативно вырабатывая команды коррекции, что обеспечивает необходи­мую точность без использования различных механизмов (прецизионных).