интеллектуальные сетевые робототехнические системы и устройства что это
Интеллектуальные робототехнические системы
Расписание
Профиль «Интеллектуальные робототехнические системы» посвящен программированию, роботам и автоматизации производства при помощи роботов.
Профиль подойдет всем, кому нравится работать с автоматизированными системами и тем, кто хочет разобраться, как устроены некоторые процессы роботизированного производства, как промышленный робот перемещается, как он составляет свой путь и порядок действий. Какую информацию необходимо знать роботу-погрузчику, чтобы успешно выполнить задачу, насколько сложно просчитать перемещение каждого узла манипулятора, работающего на заводе по выпуску автомобилей. И это далеко не всё, с чем познакомятся участники олимпиады.
Участвуя в профиле, вы сможете получить навыки, которые пригодятся для решения реальных проблем человека. Например, искать решение, чем и как может помочь робот на производстве, как он может облегчить ряд процессов.
Участники на всех этапах олимпиады не только соревнуются, но и получают новые знания и навыки. Один из важнейших результатов участия в олимпиаде: участники научатся разрабатывать свои собственные интеллектуальные робототехнические системы.
Контакты
Хисматуллина Карина Ильдусовна (менеджер проектов: по всем вопросам, касающимся профиля, задач 2-го этапа и финальной задачи, проведения финала, кроме трансфера)
Информационный канал профиля (доступ в чат откроется для участников второго этапа)
Этапы соревнований
1 этап
На первом этапе участникам предстоит решать задания по математике и информатике.
Этап 2
Во втором этапе Олимпиады участникам предстоит решить несколько заданий, которые требуют хороших навыков решения классических задач по программированию и уверенных знаний по геометрии и началу математического анализа в рамках школьной программы.
Большинство заданий этого отборочного этапа будет сформулировано в виде олимпиадных задач по информатике, где есть входные данные и нужно найти ответ.
Для решения задач необходимо уметь работать в команде, поскольку в ограниченное для второго этапа время один человек может не успеть и изучить новый материал, и разработать решение, и обеспечить для него достаточный набор тестовых данных.
На втором этапе участникам большую помощь окажут ссылки на материалы для самостоятельного изучения.
Рекомендуем прорешать все задачники и просмотреть все материалы.
Рекомендуем ознакомиться со всеми материалами с текущей страницы профиля ИРC.
Финал
Задача заключительного этапа профиля ИРС основывается на востребованной робототехнической задаче — динамическая сортировка объектов.
Развитие подобных алгоритмов позволит расширить область применения промышленных манипуляторов. Это может быть как автоматизация складов, логистических центров, так и автоматизация производств. Благодаря этому можно облегчить жизнь труд людей на рабочих местах. Также это позволит выполнять данные процессы быстрее и точнее.
Финальная задача будет требовать от участников применения таких навыков, как определение объектов в рамках рабочей зоны робота с помощью камеры, анализ облака точек с целью определения необходимых объектов и параметров, выбор стратегии по обработки полученной информации и достижении поставленной задачи по манипуляции объектов.
Требования к команде
Знания
Математика: тригонометрия, геометрия, комбинаторика, отдельные разделы теории комплексной плоскости, теории вероятности, теории графов и линейной алгебры, работа с матрицами;
Информатика: кодирование и декодирование информации, структуры хранения и обработки данных, комбинаторные алгоритмы, алгоритмы перебора и сортировки, алгоритмы вычислительной геометрии, отдельные разделы теории автоматов, алгоритмы преобразования изображений, компьютерного зрения, алгоритмы работы с облаком точек;
Специальные знания в области робототехники:
свойства и ограничения цифровых и аналоговых датчиков различного принципа действия,
алгоритмы обработки цифровой информации,
алгоритмы управления и вычисления конфигурации манипуляторов
отдельные главы теории автоматического управления,
свойства цифровых камер,
получение и обработка графической информации,
получение и обработка карты глубины,
физические ограничения передачи информации.
Hard skills необходимые для старта
программирование на Python
Работа с библиотеками в Python (numpy, opencv, etc.)
использование итеративного процесса разработки;
использование систем версифицирования исходного кода для командной разработки программного обеспечения.
Hard skills необходимые финалистам
моделирование частей робототехнической системы
достижение стабильности работы и отказоустойчивости робототехнического устройства;
владение алгоритмами и библиотеками по работе с облаком точек на языке Python;
использование итеративного процесса разработки;
использование систем версифицирования исходного кода для командной разработки программного обеспечения.
Численность команды и роли
Состав команды: 2-3 человека
Алгоритмист: проектирование алгоритмов принятия решений, проектирование алгоритмов компьютерного зрения, отработка алгоритмов на модели.
Программист-робототехник: специфика контроллера и работы датчиков, камеры, обработка цифровой информации, теория автоматического управления, одометрия.
Программист-интегратор: знание инструментария отладки, перенос алгоритмов на реальное устройство, отладка, управление фронтом работ.
Роли в командах распределяются самими участниками, роли могут пересекаться, для более качественного распределения ролей лучше выписать сильные стороны каждого участника, посмотреть, что нравится каждому из них и после этого уже распределяться зоны ответственности и обязанности.
Материалы подготовки
Онлайн-курс на Cursera по Вероятностной робототехнике (англ. язык)
Курс от 1С по алгоритмизации и структурам данных (Модуль 1)
Курс «Математика для олимпиад по программированию»
Курс «Специализация Робототехника» (англ.)
ROS Courses Library (англ.)
Первые лекции из курса по Компьютерному зрению.
Топология сетей для передачи информации (часть лекции из курса «Основы локальных сетей»)
Статья «О протоколах передачи данных»
Документация по OpenCV
Статья об основанном на плотности алгоритме для обнаружения кластеров в Больших пространственных базах данных с шумом — Ester and H.-P. Kriegel, J Sander and X. Xu, A density-based algorithm for discovering clusters in large spatial databases with noise
Робототехнические системы с элементами искусственного интеллекта
Структура и состав интеллектуальной робототехнической системы.
Обратная связь R(t) может нести полную информацию о работе системы управления низшего уровня в виде логических сигналов о ее состоянии, непрерывную информацию о геометрических размерах, качестве обработки поверхности детали и информацию о состоянии внешней среды, например, о температуре окружающей среды или двигателей, о состоянии сопутствующих обработке других устройств.
В качестве электродвигателей приводов манипуляторов применяются безредукторные и высокомоментные электродвигатели. Это требует применения методики синтеза приводов с учетом переменности моментов инерции, а для многостепенной механической системы требуется также учитывать взаимовлияние приводов по степеням подвижности.
Подсистема управления высшего уровня выполняет следующие функции. Получая информацию от оптической системы о состоянии обрабатываемой поверхности и ее геометрических размерах, данная подсистема выбирает требуемую программу обработки из некоторого детерминированного множества программ либо при ее отсутствии на основе анализа принимает наиболее близкую по критерию точности воспроизведения требуемой поверхности.
Оптические средства контроля геометрических размеров припуска и качества обработки (шероховатости) поверхности детали позволяют оптимизировать режимы резания. В работе приведено описание оптической системы, построенной с применением специальной решетки и источника монохроматического света. В настоящем курсе лекций дается описание данной системы, рассматриваются вопросы построения системы распознавания зон с заданным качеством обработки и формирования на этой основе новой программы обработки поверхности.
Пример робота-станка
Пример робота-станка, построенного на механизмах параллельной структуры и оснащенного интеллектуальной системой обработки информации и управления, показан на рисунке 8.3. Исполнительный механизм робота-станка включает манипулятор перемещения изделия, представляющий пятизвенник, состоящий из звеньев 10, 11, 12, 13 и основания, манипулятор перемещения инструмента, который представляет собой два звена, управляемых двигателями 1 и 4 с вертикальной осью вращения. Манипулятор перемещения изделия осуществляет управляемое перемещение по четырем координатам с помощью четырех исполнительных приводов 2, 3, 8 и 14. Обработка выполняется путем взаимного перемещения инструмента 6 относительно изделия 9. Для стабилизации и удержания веса манипулятора перемещения изделия применено пневматическое устройство 16. Бабка для вращения изделия 15 и бабка для инструмента 5 содержат исполнительные приводы для вращения инструмента 7 и изделия 8. В целом механизм относительного перемещения робота-станка позволяет выполнять взаимное перемещение инструмента и изделия по шести координатам.
В механизмах параллельной структуры имеются кинематические пары, которые выполняют функции преобразования движения и не содержат исполнительных силовых элементов (пятизвенник в манипуляторе перемещения изделия). В сочленениях данных пар возможна установка дополнительных датчиков, позволяющих повысить точность контроля положения выходного звена. Кроме того, установка в этих сочленениях дополнительных приводов, управляемых, к примеру, по силе, разгружает основные приводы, выполняющие перемещения по заданным координатам, и позволяет по одной и той же координате управлять положением, скоростью и силой.
Пример кинематической схемы робота-станка приведен для лучшего понимания работы реальной интеллектуальной робототехнической системы, чтобы показать место установки датчиков и дополнительных приводов в механизме.
В рассматриваемом курсе лекций мы не рассматриваем вопросы работы мехатронных элементов в составе интеллектуальной робототехнической системы. Безусловно, аппаратная часть системы управления робота-станка содержит мехатронные элементы. Это непосредственно оптическая система, которая включает механические элементы преобразования оптического изображения и цифровую систему обработки изображения. Встраиваемые исполнительные приводы совместно с датчиками положения также представляют мехатронные системы восприятия и преобразования информации.
Робототехнические системы с элементами искусственного интеллекта
Область робототехники
Область робототехники охватывает достаточно широкий класс машин, начиная от простейших игрушек до полностью автоматизированных производств (Автоматически управляемая электростанция, беспилотные космические корабли, автоматические подводные аппараты, ЭВМ, играющая в шахматы — все эти системы можно считать роботами). Поэтому, что называть роботом, к сожалению, не определено окончательно. В представленных лекциях уделим основное внимание промышленным роботам, в которых присутствуют элементы интеллектуальной деятельности.
Создание «разумных» роботов связано, как правило, с приданием им человеческих качеств. Это способность распознавать образы, участвовать в игровых операциях, ставить задачи и принимать решения. Поэтому в дальнейших лекциях остановимся более подробно на детальном рассмотрении подсистем низшего уровня, выполняющих технологические операции обработки деталей, и связь данных подсистем с подсистемами высшего уровня.
Искусственный интеллект промышленных ИРС, рассмотренных в лекции 1, заключается в возможности распознавать детали и их поверхности с точки зрения качества и соответствия заданным геометрическим размерам по чертежу, управлять технологическим процессом и принимать решения по его изменению. В свою очередь принятие решения включает формирование промежуточных целей для выполнения поставленной задачи.
Но все вышесказанное не означает, что роль человека будет состоять только в том, чтобы наслаждаться работой робототехнических систем, пребывая в полной бездеятельности. Напротив его ответственность возрастает и потребуется колоcсальная нагрузка на человека, чтобы управлять сложными системами, создавать новые механизмы и обезопасить себя от любых техногенных катастроф.
Современная быстродействующая вычислительная техника позволила качественно изменить структуру технологического оборудования. Во-первых, благодаря высокому быстродействию вычислений появилась возможность осуществлять управление механизмами, в которых перемещения не совпадают с координатами обрабатываемой детали. Например, высоко скоростные прямолинейные перемещения можно выполнять с помощью вращательных пар. Во-вторых, быстродействующие средства контроля дали возможность построить системы оперативной настройки режимов обработки, получая информацию об обрабатываемой поверхности.
Для соблюдения высоких требований к точности изготовления деталей необходимо осуществлять постоянный контроль геометрических параметров станка, размеров звеньев, температурных изменений и других параметров. Применение механизмов параллельной структуры также качественно меняет подход к проектированию станочного робототехнического оборудования.
Совмещение функций особенно актуально для сложных высокоточных операций, когда требуется обработка детали от одной базы. В данном случае получаем универсальное оборудование, позволяющее выполнять несколько различных технологических операций для широкой номенклатуры изделий.
Робототехнические системы с элементами искусственного интеллекта
Область робототехники
Область робототехники охватывает достаточно широкий класс машин, начиная от простейших игрушек до полностью автоматизированных производств (Автоматически управляемая электростанция, беспилотные космические корабли, автоматические подводные аппараты, ЭВМ, играющая в шахматы — все эти системы можно считать роботами). Поэтому, что называть роботом, к сожалению, не определено окончательно. В представленных лекциях уделим основное внимание промышленным роботам, в которых присутствуют элементы интеллектуальной деятельности.
Создание «разумных» роботов связано, как правило, с приданием им человеческих качеств. Это способность распознавать образы, участвовать в игровых операциях, ставить задачи и принимать решения. Поэтому в дальнейших лекциях остановимся более подробно на детальном рассмотрении подсистем низшего уровня, выполняющих технологические операции обработки деталей, и связь данных подсистем с подсистемами высшего уровня.
Искусственный интеллект промышленных ИРС, рассмотренных в лекции 1, заключается в возможности распознавать детали и их поверхности с точки зрения качества и соответствия заданным геометрическим размерам по чертежу, управлять технологическим процессом и принимать решения по его изменению. В свою очередь принятие решения включает формирование промежуточных целей для выполнения поставленной задачи.
Но все вышесказанное не означает, что роль человека будет состоять только в том, чтобы наслаждаться работой робототехнических систем, пребывая в полной бездеятельности. Напротив его ответственность возрастает и потребуется колоcсальная нагрузка на человека, чтобы управлять сложными системами, создавать новые механизмы и обезопасить себя от любых техногенных катастроф.
Современная быстродействующая вычислительная техника позволила качественно изменить структуру технологического оборудования. Во-первых, благодаря высокому быстродействию вычислений появилась возможность осуществлять управление механизмами, в которых перемещения не совпадают с координатами обрабатываемой детали. Например, высоко скоростные прямолинейные перемещения можно выполнять с помощью вращательных пар. Во-вторых, быстродействующие средства контроля дали возможность построить системы оперативной настройки режимов обработки, получая информацию об обрабатываемой поверхности.
Для соблюдения высоких требований к точности изготовления деталей необходимо осуществлять постоянный контроль геометрических параметров станка, размеров звеньев, температурных изменений и других параметров. Применение механизмов параллельной структуры также качественно меняет подход к проектированию станочного робототехнического оборудования.
Совмещение функций особенно актуально для сложных высокоточных операций, когда требуется обработка детали от одной базы. В данном случае получаем универсальное оборудование, позволяющее выполнять несколько различных технологических операций для широкой номенклатуры изделий.
Структура и состав интеллектуальной робототехнической системы
Интеллектуальная робототехническая система включает объект управления совместно со средой, в которой она работает. Объектуправления представляет непосредственно механизмы перемещения инструмента и изделия.
Просмотр содержимого документа
«Структура и состав интеллектуальной робототехнической системы»
Тема: Структура и состав интеллектуальной робототехнической системы
Структура интеллектуальной робототехнической системы
Интеллектуальная робототехническая система включает объект управления совместно со средой, в которой она работает. Объектуправления представляет непосредственно механизмы перемещения инструмента и изделия. В состав манипуляторов входят исполнительные двигатели, которые осуществляют их перемещение по заданным законам RД и RИ. Информация о положении выходных звеньев манипуляторов определяется датчиками, расположенными в шарнирах звеньев манипуляторов, которые получают информации о выходных координатах механизмов перемещения, их скоростях, ускорениях и силах. Основная функция системы управления манипуляторами состоит в формировании законов перемещения исполнительными механизмами манипуляторов в реальном времени UИ(t) и UД(t). Данные системы обычно работают в следящем режиме, обеспечивающем выполнение каждой степенью подвижности манипуляторов заданной траектории перемещения с требуемыми точностью, скоростью и усилием. Выходными координатами манипуляторов являются RД и RИ. В результате взаимодействия инструмента с деталью создается усилие P(t), которое воздействует на исполнительные органы манипуляторов. Применительно к рассматриваемой системе в качестве объекта управления и внешней среды следует рассматривать манипуляторы перемещения изделия, инструмента и непосредственно сам технологический процесс.
Рис. Структура робототехнической системы
На рисунке не раскрывается
состав подсистемы управления
Обратная связь R(t) может нести полную информацию о работе системы управления низшего уровня в виде логических сигналов о ее состоянии, непрерывную информацию о геометрических размерах, качестве обработки поверхности детали и информацию о состоянии внешней среды, например, о температуре окружающей среды или двигателей, о состоянии сопутствующих обработке других устройств.
Состав интеллектуальной робототехнической системы
Рис. Система управления робота-станка.
В качестве электродвигателей приводов манипуляторов применяются безредукторные и высокомоментные электродвигатели. Это требует применения методики синтеза приводов с учетом переменности моментов инерции, а для многостепенной механической системы требуется также учитывать взаимовлияние приводов по степеням подвижности.
Подсистема управления высшего уровня выполняет следующие функции. Получая информацию от оптической системы о состоянии обрабатываемой поверхности и ее геометрических размерах, данная подсистема выбирает требуемую программу обработки из некоторого детерминированного множества программ либо при ее отсутствии на основе анализа принимает наиболее близкую по критерию точности воспроизведения требуемой поверхности.
Оптические средства контроля геометрических размеров припуска и качества обработки (шероховатости) поверхности детали позволяют оптимизировать режимы резания. В работе приведено описание оптической системы, построенной с применением специальной решетки и источника монохроматического света. В настоящем курсе лекций дается описание данной системы, рассматриваются вопросы построения системы распознавания зон с заданным качеством обработки и формирования на этой основе новой программы обработки поверхности.
Формирование программной траектории перемещения инструмента относительно обрабатываемой поверхности Д Аi(t), производится на основе информации, полученной от оптической системы контроля поверхности и экспертной оценки при выборе режимов обработки. (В лекции 7 был рассмотрен пример выбора режимов и программы обработки в среде CLIPS). Информация о геометрических размерах полученной после обработки поверхности контролируется оптической системой контроля. Эта система формирует также данные о качестве обрабатываемой поверхности. В зависимости от этой информации выбирается ограниченная область обработки поверхности.
Математическая модель объекта управления совместно с окружающей средой, формируемая в системе высшего уровня на основе информации, получаемой от датчиков, включает: чертеж детали с реальными геометрическими размерами, чертеж требуемой идеальной детали и набор параметров, определяющих режимы обработки. Указанная модель позволяет, проигрывая различные ситуации, представляющие набор процедур для выполнения обработки, выбирать цель и формировать программу обработки U(t).
Пример робота-станка, построенного на механизмах параллельной структуры и оснащенного интеллектуальной системой обработки информации и управления, показан на рисунке Исполнительный механизм робота-станка включает манипулятор перемещения изделия, представляющий пятизвенник, состоящий из звеньев 10, 11, 12, 13 и основания, манипулятор перемещения инструмента, который представляет собой два звена, управляемых двигателями 1 и 4 с вертикальной осью вращения. Манипулятор перемещения изделия осуществляет управляемое перемещение по четырем координатам с помощью четырех исполнительных приводов 2, 3, 8 и 14. Обработка выполняется путем взаимного перемещения инструмента 6 относительно изделия 9. Для стабилизации и удержания веса манипулятора перемещения изделия применено пневматическое устройство 16. Бабка для вращения изделия 15 и бабка для инструмента 5 содержат исполнительные приводы для вращения инструмента 7 и изделия 8. В целом механизм относительного перемещения робота-станка позволяет выполнять взаимное перемещение инструмента и изделия по шести координатам.
Рис. Робот-станок
В механизмах параллельной структуры имеются кинематические пары, которые выполняют функции преобразования движения и не содержат исполнительных силовых элементов (пятизвенник в манипуляторе перемещения изделия). В сочленениях данных пар возможна установка дополнительных датчиков, позволяющих повысить точность контроля положения выходного звена. Кроме того, установка в этих сочленениях дополнительных приводов, управляемых, к примеру, по силе, разгружает основные приводы, выполняющие перемещения по заданным координатам, и позволяет по одной и той же координате управлять положением, скоростью и силой.
Пример кинематической схемы робота-станка приведен для лучшего понимания работы реальной интеллектуальной робототехнической системы, чтобы показать место установки датчиков и дополнительных приводов в механизме.
В рассматриваемом курсе лекций мы не рассматриваем вопросы работы мехатронных элементов в составе интеллектуальной робототехнической системы. Безусловно, аппаратная часть системы управления робота-станка содержит мехатронные элементы. Это непосредственно оптическая система, которая включает механические элементы преобразования оптического изображения и цифровую систему обработки изображения. Встраиваемые исполнительные приводы совместно с датчиками положения также представляют мехатронные системы восприятия и преобразования информации.