Как ускорить работу роботов?

робот манипулятор, принцип работы робота3D привет, всем!

Сегодня поговорим о роботах. Чтоб заставить робота быстрее работать плетка вряд ли даст результат, а вот новая плата управления — вполне возможно.

Если вы когда либо наблюдали, как работает робот-манипулятор, то вы конечно заметили, что он определенную долю времени не выполняет действий, и может создастся впечатление что робот «думает» когда такое происходит. И это частично верно.

Первые роботы-манипуляторы действительно имели простую электронику которая довольно медленно отрабатывала алгоритмы по управлению машиной. Но прогресс шел и разрабатывались более «шустрые» микросхемы.

Алгоритм работы для робота — это один из важнейших элементов управления. Он состоит из последовательности элементарных движений каждого подвижного звена манипулятора.

Исследователи из университета Дюка разработали новый принцип управления роботами-манипуляторами, который может в 3 раза быть быстрее чем существующие аналоги, а по энергопотреблению будет требовать в 20 раз меньше энергии.

В классических системах управления обычно используется центральный процессор (ЦП) для арифметических вычислений и графический процессор (ГП) для 3D прорисовки и графики. Вместо этой схемы исследователи создали специальный процессор, который может выполнять проверку столкновений по всей 3D сетке сразу.

Те, кто обычно работают с роботами, знают, что их движения должны быть четко запрограммированы в соответствии с планом движения. Чтоб понять принцип, давайте взглянем на рисунки ниже, которые показывают вероятностную картину движения робота (ВКД).

ВКД — это график связей между всеми точками в двухмерном или трехмерном пространстве. При составлении плана движения все, что нам нужно — это задать начальную, конечную точки и координаты ограничений (препятствий) на графике, а затем выбрать наиболее эффективный путь их всех возможных.

В алгоритмах планирования движения на практике кроме того нужно учитывать также физические габариты манипулятора, который захватил предмет и перемещает его с одного места на другое. Пространство, через которое проходит «рука» робота называется рабочим (ометаемым) пространством.

Расчет последовательности движения с учетом рабочего объема и расположения препятствий является главной задачей и потребляет 99 % процессорного времени планировщика движения потому, что для этого требуется просчитать рабочее пространство каждого движения манипулятора для каждого геометрического препятствия.

Для того, чтоб рационализировать этот процесс исследователи из университета Дюка использовали комбинацию «предварительного расчета и массива параллелизма» или если выражаться простым языком, то использовали своеобразную форму округления для сокращения количества расчетов.

Параллелизм — это свойство параллельности прямых и плоскостей.

Когда робот настраивается в первый раз, необходимо создать один массив ВКД, который будет содержать примерно 100 тыс. точек, которые определяют возможные движения манипулятора избегая столкновений с постоянными препятствиями, такими как стол или подставка. Но т. к. 100 тыс. точек — очень большое число, чтоб с ним работать, имеет смысл сократить это число до 1000 и исследователи нашли путь, чтоб подрезать и укоротить время на просчет возможных столкновений. Для этого они использовали ППВМ.

робот манипулятор, принцип работы робота

FPGA – программируемая пользователем вентильная матрица (ППВМ) — это микросхема, которая может программироваться путем изменения логики работы ее принципиальной схемы. Такие микросхемы состоят из блоков, которые программируются с помощью электрических сигналов.

Ученые настроили ППВМ так, чтоб он содержал массив схем обнаружения столкновений одной их точек на ВКД графике. Каждая схема принимается как введенное местоположение в 3D формате, а затем кодируется в простые битные сигналы. Если в системе распознается столкновение, то она извлекает эту точку из ВДК графика. В результате остаются только такие траектории, которые не содержат столкновений и врезаний.

По новой технологии расчет траектории занимает к примеру 600 микросекунд, в то время как старая методика без аппроксимации занимала 0,8 секунды при расчете на 4х ядерном процессоре Intel Xeon с тактовой частотой 3,5 ГГц и 16 Гб ОЗУ.

————

Виталий Сыроед

Блог инженера конструктора

для тех, кто думает

Виталий Сыроед

Автор: Виталий Сыроед

------ Наша официальная группа Вконтакте https://vk.com/club150627016 Обо мне 32 года,женат, есть ребенок.Эксперт по лечению артрозов, артритов и аллергий без таблеток и дорогих добавок. Хобби — изготовление различных полезных приспособлений и предметов, чтение, занятия физ. упражнениями, бег. +380960030982

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *