Лабораторный стенд интеллектуального мониторинга геометрических параметров исследуемого объекта средствами систем машинного зрения

Лабораторный стенд интеллектуального мониторинга геометрических параметров исследуемого объекта средствами систем машинного зрения относится к области образования, а именно к учебной технике, и предназначен для проведения лекционных занятий, практических, лабораторных, учебно- и научно-исследовательских работ по различным дисциплинам, связанным с технологией машиностроения, электроприводами, автоматизацией, электроавтоматикой, информационно-измерительными системами, числовым программным управлением, гибкими производственными станочными и сборочными системами, робототехникой и мехатроникой, микропроцессорными системами, вычислительной техникой и современными информационными технологиями.
Ближайшим из аналогов - прототипом является роботизированная сборочная линия с компьютерным управлением (патент RU №75769, «Роботизированная сборочная линия с компьютерным управлением», авторы Смирнов Владимир Алексеевич, Петрова Лина Николаевна, Сулацкая Елена Юрьевна, Столяров Владимир Сергеевич, Мазеин Петр Германович, патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Южно-Уральский государственный университет») Прототип состоит из следующих узлов: роботизированная линия, связанная блоком управления с персональным компьютером единой системой управления; два накопителя для сборочных элементов; площадка для сборки деталей. Линия содержит установленную на одном из звеньев робота видеокамеру, закрепленную с возможностью перемещения относительно поверхности основания и взаимосвязанную с блоком управления робота единой системой управления. На площадке для сборки расположены маркеры. Линия содержит дополнительные накопители сборочных элементов соответствующего размера и назначения и склиз для перемещения собранного узла со сборочной площадки транспортера в зону приема. Каждый накопитель снабжен толкателем, а транспортер и толкатели снабжены конечными выключателями, соединенными с блоком управления.
Недостатком прототипа является использование одной видеокамеры, что не позволяет получить полную информацию о сборочных элементах со всех сторон, отсутствие функциональных возможностей, позволяющих изменять и управлять ориентацией сборочных элементов в пространстве, невозможность распознавания и выбора сборочных элементов по конфигурации или по другому признаку. Вышесказанное существенно ограничивает применимость роботизированной сборочной линии с компьютерным управлением для выявления деформационных процессов, возникающих из-за изменения геометрических параметров исследуемых объектов, снижает дидактические характеристики учебного стенда, так как не обеспечивает овладение обучающихся навыками разработки алгоритмов машинного зрения и программированием роботизированных устройств.
Задачей полезной модели является устранение указанных недостатков, а именно, расширение функциональных возможностей лабораторного стенда: получение информации об исследуемом объекте с разных сторон; управление ориентацией исследуемого объекта в пространстве; распознавание и классификация отклонения исследуемого объекта от нормы; разработка и программирование новых алгоритмов машинного обучения, решающих задачу определения деформационных процессов и изменения геометрических параметров исследуемого объекта и, следовательно, расширение дидактических возможностей для подготовки специалистов по информационным системам и технологиям, робототехнике.
Указанная задача достигается тем, что лабораторный стенд интеллектуального мониторинга геометрических параметров исследуемого объекта средствами систем машинного зрения содержит блок управления с персональным компьютером и единой системой управления, видеокамеру, взаимосвязанную с блоком управления, выключатель, соединенный с блоком управления согласно полезной модели основание выполнено полым, в форме прямоугольного треугольника, к катетам которого, перпендикулярно основанию, прикреплены ограничительные панели, причем внутрь основания помещены, прикрепленные к нижней панели основания, вышеупомянутый блок управления, содержащий одноплатный компьютер и единую систему управления, платформу управления энкодерами, размещенными на лицевой панели основания, элементы питания, которые обеспечивают питание блока управления и платформы управления энкодерами, причем в центре верхней панели основания выполнено отверстие, в которое устанавливается поворотный столик, жестко прикрепленный к нижней панели основания и введена вторая видеокамера взаимосвязанная с блоком управления, и обе видеокамеры закреплены с возможностью перемещения по верхней наружной панели основания, вышеупомянутые выключатель и регуляторы прикреплены к лицевой панели основания.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 дан общий вид лабораторного стенда интеллектуального мониторинга геометрических параметров исследуемого объекта средствами систем машинного зрения; на фиг.2 - структурная схема расположения компонентов основания лабораторного стенда, где
1 - полое основание,
2 - левая ограничительная панель,
3 - правая ограничительная панель,
4 - левая видеокамера,
5 - правая видеокамера,
6 - поворотный столик,
7 - исследуемый объект,
8, 9, 10 - энкодеры,
11 - выключатель,
12 - платформа для управления энкодерами,
13 - элементы питания,
14 - одноплатный компьютер.
Лабораторный стенд интеллектуального мониторинга геометрических параметров исследуемого объекта средствами систем машинного зрения работает следующим образом: стенд содержит полое основание 1, выполненное в форме прямоугольного треугольника, к катетам которого перпендикулярно верхней панели основания прикреплены ограничительные панели 2, 3. На верхней наружной панели основания закреплены видеокамеры 4, 5, информация с которых поступает на одноплатный компьютер 14. В центре верхней панели основания выполнено отверстие, в которое установлен поворотный столик 6, жестко прикрепленный к нижней панели основания. На поворотный столик устанавливается исследуемый объект 7, представляющий собой модель архитектурного сооружения. Дли того чтобы зафиксировать изменение геометрических свойств исследуемого объекта требуется изменить его положение в пространстве при помощи поворотного столика, на который устанавливается объект. Управление ориентацией в пространстве поворотного столика выполняется при помощи датчиков угла - энкодеров 8, 9, 10, прикрепленных к лицевой панели основания. Внутрь основания помещена платформа для управления энкодерами 12, выполняющая программную обработку сигналов, поступающих от энкодеров. Аналогичным образом, внутрь основания помещен одноплатный компьютер 14, обрабатывающий с видеокамер поступающий поток данных и выводящий информацию о состоянии объекта. Для запуска стенда и включения всех компонентов необходимо выполнить нажатие выключателя 11, который расположен на лицевой панели основания. Также, внутри основания закреплены элементы питания 13, обеспечивающие работу платформы управления энкодерами и одноплатного компьютера.
Технический результат от использования лабораторного стенда заключается в том, что полученная информация при помощи систем машинного зрения позволяет определить изменения геометрических параметров исследуемого объекта, в результате чего возможна разработка алгоритмов анализа и контроля геометрических параметров исследуемого объекта, готовых к апробации на реальных объектах.
Предлагаемым лабораторным стендом может быть осуществлено оснащение лекционных, лабораторных и практических работ по робототехнике и программированию.