До настоящего времени оснащение зрением какоголибо устройства из металла требовало талантов поистине нечеловеческих. Однако усовершенствование технологии компьютеров радикальным образом изменило ситуацию. Разработка видеосистем для роботов началась с создания телекамер. Изображение объекта превращается в тысячи точек, из которых состоит телевизионное изображение. Эти черные и белые точки вводятся в ЭВМ, управляющую роботом, в виде цифровой информации в двоичном коде (0,1). Черную точку отображает единица, белую - ноль. Изображение предмета преобразуется в электронной памяти компьютера в серию нолей и единиц. Теперь робот может "увидеть" предмет, то есть сравнить его цифровую кодограмму с набором цифр, хранящихся в памяти, и "узнать" его, то есть определить, к классу каких объектов он относится.
Там, где нули переходят в единицы, компьютер отмечает силуэт объекта и его ориентацию. После этого он немедленно вычисляет многие из его характеристик, например площадь, периметр, диаметр и т. д., и сравнивает их с характеристиками объекта, хранящимися в его памяти. Когда ЭВМ отыщет в своей памяти подобный набор цифр, робот узнает, что же он видит перед собой.
Сказав на электронном языке "агаЬ, он даст команду своим "пальцам" сделать с предметом то, что нужно, например схватить за край, поднять и перевернуть.
Поскольку робот не может различать многочисленные оттенки серого цвета, необходимо высококонтрастное освещение, а как его осуществить для изделий, движущихся на сборочном конвейере?
Сейчас разрабатываются более совершенные системы, которые будут различать много оттенков яркости.
Создаются приборы, способные формировать изображение с помощью так называемой "серой шкалы", где яркость может быть выражена в диапазоне величин от О до 15 или даже от 0 до 255. С такими "способностями" компьютер сможет различить малейшие изменения яркости и обеспечить точное опознавание объектов. Однако системы с "серой шкалой" столь сложны, что время распознавания даже для мощной ЭВМ оказывается очень большим. Если имеется сотня уровней "серости" в широком поле зрения, то для распознавания образца компьютер должен выполнить огромное количество вычислений, и чем беспорядочней и хаотичней "сцена",тем сложнее задача ЭВМ. Таким образом, будущее систем со "прением" зависит как от продолжающегося прогресса в компьютерной технике, так и от создания лучших устройств распознавания.
Однако, чтобы быть таким же эффективным, как человеческий глаз, "глаз" робота должен опираться па соответствующий интеллект компьютера, который работает в миллион раз быстрее, чем любой из современных.
И хотя некоторым ученым это не кажется фантастнчным, особенно учитывая головокружительный прогресс микроэлектроники, даже современное состояние вычислительной техники позволяет делать весьма оптимистические прогнозы. В конце концов робот может "видеть" гораздо лучше человека и сегодня, ведь человеческому глазу доступна для восприятия лишь оптическая часть спектра электромагнитных волн. А соответствующее электронное устройство свободно от биологических ограничений, его можно сделать чувствительным к инфракрасным и ультрафиолетовым лучам. К электронному глазу можно подключить радар или сонар, он сможет видеть в темноте и при сверхъярком свете в печи телескопически или микроскопически, фиксировать процессы, проистекающие или очень быстро, или чересчур медленно. Тогда станет возможным то, что "и не снилось" зрению человека, например спектрографический анализ вещества объекта путем простого "осматривания".
На очувствленном роботе Токийского университета проводятся эксперименты с движущимися предметами.
Робот оснащен подсистемой "визуального очувствления", или, попросту говоря, зрения на телекамере. Это позволяет ему весьма точно определять координаты предмета. Управляющее устройство -на базе микрокомпьютера осуществляет пересчет из системы координат рабочей зоны в систему координат манипулятора и вырабатывает управляющее воздействие на приводы манипулятора. Управление осуществляется в так называемом реальном времени.
Вот по рабочему полю катится шарик. Робот сможет захватить его и аккуратно опустить в движущийся по транспортеру стаканчик. Для облегчения визуального контроля все предметы, за которыми наблюдает глаз робота: шарик, стаканчик, схват робота, - окрашены контрастной ярко-белой по отношению к серому фону краской. А вот другой эксперимент, в котором робот ловко бросает шары в специальную коробку, расположенную в полутора метрах. Под конец робот выполняет ряд явно рекламных манипуляций: зажигает спичку и даже играет на ксилофоне.
СЕМЬ РАЗ ОТМЕРЬ
Роботы второго поколения, оснащенные мощными "чувствами", открыли совершенно новую область применения роботов - контроль. Робот-контролер с успехом заменяет человека на столь трудоемкой и нудной операции. Появились даже специальные профессионально ориентированные роботы, так называемые измерительные центры. Кисть руки такого робота оснащена системой щупов, тоненьких чувствительных пальчиков, которые, перемещаясь по измеряемой поверхности, могут передавать в мозг робота сверхточную информацию по всем размерам и параметрам ощупываемой кривой. Способ замера без остановки щупа - измерения "в полете" - позволяет быстро и точно контролировать форму и размеры любой замысловатой конфигурации.
Такой робот представляет собой, как правило, массивное основание, исключающее вибрацию и другие помехи, влияющие на точность измерения и величественную портальную конструкцию, обеспечивающую идеальный доступ ко всем точкам детали.
К измерительной головке может подсоединяться до пяти наконечников-щупов, выставленных в разных направлениях.
Результаты измерений вводятся в ЭВМ, обрабатываются и представляются пользователю на экране дисплея. Кроме того, широкая гамма специальных программ позволяет использовать этот робот с большой универсальностью. Здесь и программы специальных геометрических расчетов, программы расчета допусков и припусков, программы автоматического программирования под данную деталь станков с ЧПУ и др.
Главное роботическое свойство этого измерительного центра - это гибкость. Его можно запрограммировать на деталь любой формы и размера, задать требуемую точность и допустимую скорость измерения, научить сообщать о всех отклонениях в измеряемой детали и даже управлять станками с ЧПУ по корректировке положения режущих инструментов. Использование такого робота на выборочном контроле формы автомобильных кузовов позволило сократить эту операцию с нескольких дней до нескольких часов. Однако, естественно, одним ощупыванием дело контроля не исчерпывается. Вот еще два примера.
На одном автозаводе создана система с применением робота, который как бы "вынюхивает" отверстия в кузове нового автомобиля. Рабочие вводят в машину под давлением небольшое количество гелия, а переносимые роботом по определенным траекториям датчики улавливают любую утечку газа, которая может произойти оттого, что плохо сварены швы или неплотно прилегают двери и окна. Это самый совершенный тест, которого можно добиться в условиях современной технологии, да и той, которая появится в ближайшем будущем. Чтобы обеспечить такую четкую работу, раньше конвейер должен был всегда останавливаться перед роботом, а кузов находиться в определенном положении.
На заводе эту проблему решили по-новому, следующим образом: один из старых конвейеров был модернизирован так, что специальные устройства фиксируют автомобили с точностью до 1,5 миллиметра. В результате такого преобразования роботы впервые используются на постоянно двигающемся конвейере, при этом роботов "заставляют" работать с большой точностью.
К профессиям промышленных очувствленных роботов недавно добавилась еще одна - дегустатор питьевой воды. В Берлине сейчас установлены шесть таких роботов, которые через определенные промежутки времени берут из водопроводной сети пробы воды и в считанные секунды проводят ее анализ. Данные анализа тут же сообщаются на центральный диспетчерский пункт водного хозяйства столицы ГДР.
