RU2597864C1

RU2597864C1 - Method of processing three-dimensional objects

Info

Publication number: RU2597864C1
Application number: RU2015111663/13A
Authority: RU
Inventors: Александр Вадимович Камышников
Original assignee: Акционерное общество "Квантум Системс"
Priority date: 2015-04-01
Filing date: 2015-04-01
Publication date: 2016-09-20

Abstract

FIELD: robotics.

SUBSTANCE: invention relates to use of robotic devices for processing three-dimensional objects and can be used in agriculture, industry, construction, as well as in flaw detection. Method comprises using the robotic processing device, a manipulator of which holds a detachable working tool. Method is characterized by that it comprises steps of: a) serial placing the robotic processing device on previously calculated or randomly selected discrete work positions, in close proximity to a 3D object, b) determining actual coordinates and orientation of the robotic processing device at each work position occupied by the robotic processing device using positioning system, c) determining for each occupied work position, taking into account the size of the working tool and a mobile chassis and actual coordinates and orientation defined at step b), the possibility of achieving at least part of the processing area of a 3D object by the working tool from said occupied work position. In the absence of such area, the robotic processing device is moved into a new work position, steps a)-c) are repeated for the new work position, working tool motion path is being calculated for part of the processing area of a 3D object, obtained from the occupied work position, and part of the processing area of a 3D object is being processed. When determining possibility to achieve at least part of the processing area from said occupied work position by means of the working tool and calculating the working tool motion path, previously processed processing areas are being excluded.

EFFECT: method provides the accurate and full automated processing three-dimensional objects in real conditions at their location.

6 cl, 2 dwg

Description

Область, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к использованию роботизированных устройств для обработки объемных объектов и может найти применение в области сельского хозяйства при обрезке и фигурной стрижке фруктовых и декоративных деревьев и кустарников, цветов, живых изгородей, в промышленности - при окрашивании сложных трехмерных поверхностей. Изобретение может быть полезно при окраске различных строительных объектов, а также в дефектоскопии и обследовании трубопроводов, сосудов высокого давления, зданий и сооружений.The invention relates to the use of robotic devices for processing volumetric objects and can find application in the field of agriculture when pruning and cutting hair and ornamental trees and shrubs, flowers, hedges, in industry - when painting complex three-dimensional surfaces. The invention can be useful when painting various construction objects, as well as in flaw detection and inspection of pipelines, pressure vessels, buildings and structures.

Уровень техникиState of the art

До сих пор подавляющее большинство операций по обработке поверхностей объемных и сложных несерийных объектов осуществляется вручную или в лучшем случае с применением форм так называемой малой механизации. Объемы таких работ однако постоянного растут, одновременно повышается сложность обработки таких объектов. Обработка выпускаемых крупными партиями изделий производится с помощью стационарного автоматизированного оборудования.Until now, the vast majority of operations on surface treatment of volumetric and complex non-serial objects are carried out manually or, at best, using forms of so-called small-scale mechanization. The volume of such work, however, is constantly growing, while the complexity of processing such objects increases. Processing of products manufactured in large batches is carried out using stationary automated equipment.

Известные роботизированные средства для обработки объемных объектов имеют множество недостатков, которые затрудняют их применение в реальных условиях и не позволяют полностью и качественно обработать объект без дополнительного использования ручных операций.Known robotic tools for processing volumetric objects have many drawbacks that complicate their use in real conditions and do not allow fully and efficiently process an object without the additional use of manual operations.

В уровне техники имеется информация о специализированных роботизированных устройствах и реализуемых при их использовании способах обработки объемных объектов сельскохозяйственного назначения. Эти устройства и способы имеют дело только с определенными видами объектов - фруктовыми деревьями и цветущими кустарниками и используются с целью удаления лишних веток и формирования кроны.In the prior art there is information about specialized robotic devices and methods of processing bulk agricultural objects implemented when using them. These devices and methods deal only with certain types of objects - fruit trees and flowering shrubs and are used to remove excess branches and form a crown.

Так, в опубликованной заявке US 2012096823 раскрыто робототехническое устройство и реализуемый им способ обрезки плодовых деревьев. Устройство включает мобильное шасси с платформой, установленные на платформе многочисленные специализированные манипуляторы с инструментами для обрезки, модуль управления, систему позиционирования. Однако перемещение известного устройства происходит по определенному, не корректируемому маршруту, траектория перемещения рабочих инструментов заранее запрограммирована. Возможность внесения коррекций, связанных с рельефом местности, изменением области обработки и внезапными препятствиями не предусмотрена.So, in the published application US 2012096823 a robotic device and a method of pruning fruit trees that it implements are disclosed. The device includes a mobile chassis with a platform, numerous specialized manipulators with cutting tools installed on the platform, a control module, and a positioning system. However, the movement of the known device occurs along a specific, non-correctable route, the trajectory of movement of the working tools is pre-programmed. The possibility of making corrections related to the terrain, changing the processing area and sudden obstacles is not provided.

В патентном документе ЕР 0786201 раскрыт способ обработки крон деревьев с помощью роботизированного устройства, включающего мобильное шасси, перемещаемое в режиме полного автодвижения или с помощью трактора, многозвенный манипулятор с рабочим режущим инструментом на конце, дистанционные средства управления и позиционирования, систему управления и позиционирования. Этот способ применим только для выполнения обрезки деревьев в соответствии с заложенной программой по заданной траектории, не учитывает изменяющиеся условия произрастания растений, имеет небольшую зону действия, не позволяет производить обработку всей поверхности кроны, используется при обработке объектов ограниченной высоты. Использование для иных целей не предусмотрено.EP 0786201 discloses a method for processing tree crowns using a robotic device including a mobile chassis that can be moved in full auto mode or with a tractor, a multi-link manipulator with a working cutting tool at the end, remote control and positioning tools, and a control and positioning system. This method is applicable only for trimming trees in accordance with the program in a predetermined path, does not take into account the changing conditions of plant growth, has a small coverage area, does not allow processing the entire crown surface, is used when processing objects of limited height. Use for other purposes is not provided.

Известные роботизированные средства и способы окраски используются в крупносерийном производстве и являются стационарными. В уровне техники отсутствуют сведения о перемещаемых роботизированных устройствах и способах управления процессом окраски.Known robotic means and methods of coloring are used in large-scale production and are stationary. In the prior art there is no information about roaming robotic devices and methods for controlling the painting process.

В авторском свидетельстве SU 1065039 раскрыт робот для окраски изделий, содержащий установленную с возможностью перемещения по направляющей каретку с распылителем, и реализуемый им способ. При этом возможно окрашивание движущихся по конвейеру небольших серийно выпускаемых изделий, использование изобретения для штучных объектов, имеющих различные размеры и форму, не предусмотрено.In the copyright certificate SU 1065039 a robot for coloring products is disclosed, comprising a carriage mounted with a possibility of movement along a guide carriage with a spray and a method implemented by it. In this case, it is possible to color small serial products moving along the conveyor, using the invention for piece objects having different sizes and shapes is not provided.

Из патента RU 2316399 известен способ нанесения краски при помощи устройства для нанесения цветного рисунка на поверхности зданий в соответствии с предварительно полученным отображением цифровой модели изображения, наложенным на цифровой объект, представляющий собой реальную поверхность объекта. Способ включает следующие этапы: приведение устройства нанесения в контакт с указанной поверхностью и перемещение его по поверхности, непрерывное измерение координат устройства нанесения путем использования бесконтактной системы измерения положения или дополнительных датчиков перемещения, нанесение краски в соответствии с упомянутым отображением в зависимости от измеренных координат, прекращение нанесения краски автоматически, если координаты по отношению к заданному порогу допустимого отклонения координаты не могут быть определены в достаточной мере точно или если краска уже была целиком нанесена на область координат наносимых краской элементов. В этом способе также не предусмотрено внесение коррекций в связи с изменением ориентации роботизированного устройства в реальных условиях местности, на которой производится обработка.From patent RU 2316399 a method for applying paint using a device for applying a color drawing on a building surface in accordance with a previously obtained display of a digital image model superimposed on a digital object representing the real surface of the object is known. The method includes the following steps: bringing the application device into contact with the specified surface and moving it over the surface, continuously measuring the coordinates of the application device using a non-contact position measuring system or additional displacement sensors, applying paint in accordance with the aforementioned display depending on the measured coordinates, stopping the application colors automatically, if the coordinates with respect to a given threshold of the permissible deviation of the coordinate cannot be determined Lena sufficiently accurately or if the paint has already been completely applied to the coordinate area of the paint applied elements. This method also does not provide for corrections due to a change in the orientation of the robotic device in the actual conditions of the terrain in which the processing is performed.

Таким образом, в настоящее время имеется потребность в разработке способа, который позволит проводить полную и качественную обработку сложных объемных объектов в условиях реальной местности - неровных поверхностей, изменения окружающей обстановки, изменения конфигурации самого обрабатываемого объекта.Thus, at present, there is a need to develop a method that will allow for complete and high-quality processing of complex volumetric objects in real terrain - uneven surfaces, changes in the environment, changes in the configuration of the processed object.

В качестве ближайшего для заявленного изобретения аналога принят способ, реализуемый устройством по патентному документу ЕР 0786201, включающий использование роботизированного устройства для обработки объемных объектов - крон деревьев, манипулятор которого удерживает съемный рабочий инструмент.As the closest analogue for the claimed invention, a method is adopted that is implemented by the device according to patent document EP 0786201, which includes the use of a robotic device for processing volumetric objects - tree crowns, the manipulator of which holds a removable working tool.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в создании способа для выполнения разнообразных операций по обработке сложных объемных объектов, учитывающего реальные условия произрастания или расположения такого объекта, в полностью автоматическом режиме с высокой производительностью, точностью и при минимальным участии оператора.The problem to which the invention is directed is to create a method for performing various operations for processing complex volumetric objects, taking into account the real conditions of growth or location of such an object, in a fully automatic mode with high performance, accuracy and with minimal operator involvement.

Технический результат, который достигается изобретением, состоит в обеспечении точной и полной автоматизированной обработки объемных объектов сложной формы в реальных условиях на месте их расположения.The technical result that is achieved by the invention is to provide accurate and complete automated processing of volumetric objects of complex shape in real conditions at their location.

Дополнительный технический результат состоит в расширении области применения.An additional technical result is to expand the scope.

Технический результат достигается за счет того, что способ обработки объемных объектов, включающий использование роботизированного устройства для обработки, манипулятор которого удерживает съемный рабочий инструмент, включает этапы, на которых:The technical result is achieved due to the fact that the method of processing volumetric objects, including the use of a robotic processing device, the manipulator of which holds a removable working tool, includes the steps in which:

а) последовательно перемещают роботизированное устройство для обработки на заранее рассчитанные или произвольно выбранные дискретные рабочие места в непосредственной близости от объемного объекта,a) the robotic device for processing is successively moved to pre-calculated or arbitrarily selected discrete workstations in the immediate vicinity of the volumetric object,

б) на каждом занятом роботизированным устройством для обработки рабочем месте с помощью системы позиционирования определяют реальные координаты и ориентацию роботизированного устройства для обработки,b) at each workstation occupied by the robotic device for processing, using the positioning system, the real coordinates and orientation of the robotic device for processing are determined,

в) для каждого занятого рабочего места с учетом размеров рабочего инструмента и мобильного шасси и определенных на этапе б) реальных координат и ориентации определяют возможность достижения рабочим инструментом из данного занятого рабочего места по крайней мере части области обработки объемного объекта,c) for each occupied workplace, taking into account the dimensions of the working tool and the mobile chassis and determined at step b) the real coordinates and orientation, determine the possibility by which the working tool reaches at least part of the processing area of the volumetric object from this busy workplace,

при отсутствии такой области перемещают роботизированное устройство для обработки в новое рабочее место,in the absence of such an area, the robotic processing device is moved to a new workplace,

этапы а)-в) повторяют для нового рабочего места,steps a) -c) are repeated for a new workplace,

рассчитывают траекторию движения рабочего инструмента для части области обработки объемного объекта, достижимой из занятого рабочего места, иcalculate the trajectory of the working tool for part of the processing area of a three-dimensional object, achievable from the occupied workplace, and

осуществляют обработку части области обработки объемного объекта,carry out processing of part of the processing area of a volumetric object,

При этом при определении возможности достижения рабочим инструментом по крайней мере части области обработки из данного занятого рабочего места и расчете траектории движения рабочего инструмента исключают ранее обработанные части области обработки.In this case, when determining whether the working tool can achieve at least part of the processing area from a given occupied workplace and calculating the path of the working tool, previously processed parts of the processing area are excluded.

Технический результат усиливается за счет того, что используют роботизированное устройство для обработки, включающее мобильное шасси, установленный на нем манипулятор с адаптером рабочих инструментов, систему позиционирования и систему управления. Система позиционирования включает по крайней мере одну из следующих систем: систему ближнего радиолокационного действия, лазерную систему измерения расстояния, инерциальную систему, систему технического зрения и систему фотограмметрии.The technical result is enhanced due to the fact that they use a robotic processing device, including a mobile chassis, a manipulator with an adapter for working tools installed on it, a positioning system and a control system. The positioning system includes at least one of the following systems: a short-range radar system, a laser distance measuring system, an inertial system, a vision system, and a photogrammetry system.

Расширение области применения способа достигается за счет того, что в качестве объемных объектов для обработки используют зеленые насаждения, а в качестве рабочих инструментов - по крайней мере один из инструментов для формообразования: совместимые с адаптером рабочих инструментов мобильного роботизированного устройства садовые ножницы, секатор, фрезу для садовых насаждений, кусторез или пилу. В качестве рабочего инструмента используют инструмент для нанесения покрытия. Используют роботизированное устройство для обработки, включающее инструмент для дефектоскопии и/или обследования объекта обработки.The expansion of the scope of the method is achieved due to the fact that green areas are used as volumetric objects for processing, and at least one of the tools for shaping is used as working tools: garden shears, pruning shears, milling cutters compatible with the working tool adapter of a mobile robotic device garden plantations, brush cutter or saw. As a working tool, a coating tool is used. A robotic processing device is used, including a flaw detection tool and / or examination of the processing object.

При описании способа обработки объемных объектов с использованием роботизированного устройства используются следующие термины и определения.When describing a method for processing three-dimensional objects using a robotic device, the following terms and definitions are used.

При этом в контексте данного изобретения под объемными объектами понимают трехмерные пространственные объекты, а также их частный случай - объекты, имеющие протяженные размеры по двум осям, т.е. практически плоские.Moreover, in the context of the present invention, volumetric objects are understood to mean three-dimensional spatial objects, as well as their particular case - objects having extended dimensions along two axes, i.e. almost flat.

Объект обработки - объект, подлежащий формообразованию (например, растения).Processing object - an object to be shaped (for example, plants).

Рабочее место - место расположения мобильного робота, где доступно выполнение операций инструментом.A workplace is the location of a mobile robot where tool operations are available.

Рабочий участок - участок местности, содержащий все рабочие места, объекты обработки и пространство между ними.Work site - a site area containing all jobs, processing facilities and the space between them.

Позиционирование - перемещение объекта с заданной ориентацией в точку с заданными координатами.Positioning - moving an object with a given orientation to a point with specified coordinates.

Роботизированное устройство - роботизированный комплекс, обеспечивающий операции перемещения по рабочему участку между рабочими местами и обработки объемного объекта как в полностью автоматическом режиме, так и с участием оператора.A robotic device is a robotic complex that provides operations of moving around a work area between workstations and processing a volumetric object both in fully automatic mode and with the participation of the operator.

Мобильное шасси - устройство для размещения на нем подсистем роботизированного устройства и позиционирования его на рабочем участке.A mobile chassis is a device for placing subsystems of a robotic device on it and positioning it on a work site.

Рабочий инструмент - оборудование, предназначенное для выполнения воздействия на объект обработки либо его исследования.Work tool - equipment designed to perform an impact on the processing object or its research.

Манипулятор - устройство, имеющее не менее шести степеней свободы, предназначенное для точного позиционирования инструмента.Manipulator - a device that has at least six degrees of freedom, designed to accurately position the tool.

Область обработки - зона достижимости роботизированного устройства на рабочем месте и при движении к рабочему месту.The processing area is the reach zone of the robotic device at the workplace and when moving to the workplace.

Определение положения и ориентации - получение координат и векторов ориентации.Determination of position and orientation - obtaining coordinates and orientation vectors.

Описание фигур чертежейDescription of the figures of the drawings

Далее сущность изобретения и возможность достижения технического результата будут более подробно раскрыты на примере осуществления способа обработки объемных объектов для конкретного применения - формообразования зеленых насаждений - и со ссылками на позиции чертежей, где:Further, the essence of the invention and the possibility of achieving a technical result will be described in more detail using an example of a method for processing three-dimensional objects for a specific application - shaping of green spaces - and with reference to the position of the drawings, where:

на фиг. 1 представлена блок-схема осуществления способа обработки объемных объектов,in FIG. 1 is a flowchart of a method for processing volumetric objects,

на фиг. 2 представлен аксонометрический вид роботизированного устройства для осуществления способа обработки объемных объектов.in FIG. 2 is a perspective view of a robotic device for implementing a method for processing three-dimensional objects.

На чертежах приняты следующие обозначения:In the drawings, the following notation:

1 - мобильное шасси,1 - mobile chassis,

2 - манипулятор,2 - manipulator,

3 - позиционируемый адаптер манипулятора,3 - positioned adapter of the manipulator,

4 - адаптер рабочих инструментов,4 - adapter for working tools,

5 - рабочий инструмент, установленный в адаптере рабочих инструментов,5 - a working tool installed in the adapter of working tools,

6 - модуль хранения инструментов,6 - module storage tools

7 - сменные инструменты и датчики, размещенные в модуле хранения инструментов.7 - interchangeable tools and sensors located in the tool storage module.

Пример осуществления изобретенияAn example embodiment of the invention

В качестве конкретного примера на фиг. 2 изображено устройство, используемое при осуществлении способа обработки объемных объектов. Это - роботизированное устройство для фигурного формообразования зеленых насаждений.. Оно включает мобильное шасси 1 с установленными на нем манипулятором 2 с адаптером 4 рабочих инструментов, модулем позиционирования и модулем управления (не показаны), позиционируемым адаптером 3 манипулятора и модулем 6 хранения рабочих инструментов. Мобильное шасси 1 представляет собой самоходное транспортное средство с платформой, возможно исполнение мобильного шасси в гусеничном и колесном вариантах.As a specific example in FIG. 2 shows a device used in the implementation of a method for processing three-dimensional objects. This is a robotic device for shaping green spaces. It includes a mobile chassis 1 with a mounted manipulator 2 with an adapter 4 for working tools, a positioning module and a control module (not shown), a positioned adapter 3 for the manipulator and a module 6 for storing working tools. Mobile chassis 1 is a self-propelled vehicle with a platform, it is possible to design a mobile chassis in tracked and wheeled versions.

Позиционируемый адаптер 3 манипулятора обеспечивает электромеханическое соединение манипулятора 2 с мобильным шасси 1, а также передачу управляющих воздействий, необходимых для функционирования манипулятор 2. Главная функция позиционируемого адаптера 3 - увеличение рабочей зоны манипулятора. Адаптер 3 манипулятора имеет собственную систему позиционирования, служащую для расширения рабочей области обработки на рабочем месте. Позиционируемый адаптер 3 манипулятора снабжен механизмом перемещения основания манипулятора в горизонтальной - вдоль мобильного шасси и в вертикальной плоскостях по командам системы управления - и выполнен с возможностью электромеханического соединения основания манипулятора 2 с мобильным шасси 1 и передачи управляющих воздействий от системы управления для функционирования манипулятора 2.The positioned adapter 3 of the manipulator provides the electromechanical connection of the manipulator 2 with the mobile chassis 1, as well as the transfer of control actions necessary for the operation of the manipulator 2. The main function of the positioned adapter 3 is to increase the working area of the manipulator. The adapter 3 of the manipulator has its own positioning system, which serves to expand the processing workspace at the workplace. The positioned adapter 3 of the manipulator is equipped with a mechanism for moving the base of the manipulator horizontally - along the mobile chassis and in vertical planes according to the commands of the control system - and is configured to electromechanically connect the base of the manipulator 2 to the mobile chassis 1 and transmit control actions from the control system for the operation of the manipulator 2.

Механизм перемещения основания манипулятора может быть выполнен в форме дополнительной платформы, на которой жестко закреплено основание манипулятора. Дополнительная платформа по направляющим перемещается в горизонтальной плоскости, а перемещение по вертикали обеспечивается за счет развертывания телескопической направляющей.The mechanism for moving the base of the manipulator can be made in the form of an additional platform on which the base of the manipulator is rigidly fixed. An additional platform along the guides moves in the horizontal plane, and vertical movement is provided due to the deployment of the telescopic guide.

Привода перемещения позиционируемого адаптера 3 по осям - независимые, могут быть в электрическом и гидравлическом исполнениях. В электрическом исполнении для каждого управления перемещением используют независимые электродвигатели. Управление электродвигателями осуществляется блоками управления приводом по соответствующим осям. Позиционирование адаптера происходит с заданной точностью. Управление движениями адаптера осуществляется модулем управления роботизированного устройства.The drives for moving the positioned adapter 3 along the axes are independent, can be in electric and hydraulic versions. In electrical design, independent electric motors are used for each motion control. Electric motors are controlled by drive control units along the respective axes. The positioning of the adapter occurs with a given accuracy. The movements of the adapter are controlled by the control module of the robotic device.

Модуль хранения 6 рабочих инструментов установлен на мобильном шасси и содержит сменные рабочие инструменты 7, снабженные средствами для установки, совместимыми с адаптером 4 рабочих инструментов. Средства для установки могут быть выполнены в виде ответной части адаптера 4 рабочих инструментов, соединяемых с ним люеровским соединением, например. Возможны иные типы соединений. Адаптер 4 рабочих инструментов и совместимые с ним ответные части средств для установки рабочих инструментов 7 обеспечивают электромеханическое соединение рабочего инструмента с манипулятором 2 и измерительного инструмента с мобильным шасси 1 и/или с манипулятором 2, а также передачу управляющих воздействий, необходимых для функционирования инструментов. Электрическое соединение этих средств обеспечивается через миниатюрные разъемы, установленные на совмещаемых частях.The storage module 6 of the working tools is installed on the mobile chassis and contains interchangeable working tools 7 equipped with installation tools compatible with the adapter 4 of the working tools. Means for installation can be made in the form of a counterpart of the adapter 4 of working tools connected to it by a Luer connection, for example. Other types of compounds are possible. The adapter 4 of the working tools and compatible counterparts of the means for installing the working tools 7 provide an electromechanical connection of the working tool with the manipulator 2 and the measuring tool with the mobile chassis 1 and / or with the manipulator 2, as well as the transfer of control actions necessary for the functioning of the tools. The electrical connection of these means is provided through miniature connectors mounted on compatible parts.

Модуль 6 хранения инструментов обеспечивает хранение инструментов, необходимых для проведения тех или иных операций по формообразованию объектов или измерений. Модуль хранения 6 выполнен в виде закрепленного на мобильном шасси или на позиционируемом адаптере 3 блока. В модуле 6 хранения инструментов в посадочных гнездах размещены различные сменные рабочие инструменты. Набор инструментов не ограничен, определяется только поставленными задачами. Кроме того, здесь же размещены лазерный и ультразвуковой датчики для сканирования объекта обработки, соединяемые с модулем управления для передачи изображения объекта формообразования, если эти датчики выполнены сменными, а не размещены стационарно на адаптере 4 рабочих инструментов.Module 6 storage of tools provides storage of tools necessary for carrying out certain operations on the shaping of objects or measurements. Storage module 6 is made in the form of a unit mounted on a mobile chassis or on a positionable adapter 3. In the module 6 of the storage of tools in the landing sockets are placed various interchangeable working tools. The set of tools is not limited, it is determined only by the tasks set. In addition, laser and ultrasonic sensors are placed here for scanning the processing object, which are connected to the control module for transmitting the image of the shaping object if these sensors are replaceable and not stationary on the adapter 4 of the working tools.

Благодаря наличию на мобильном шасси 1 модуля 6 хранения инструментов, роботизированное устройство может оснащаться необходимым типом инструмента. В данном случае - режущим инструментом для обрезки деревьев, в зависимости от типа зеленых насаждений и характера работы, 2d или 3d лазерным датчиком, ультразвуковым датчиком в зависимости от поставленной задачи. Работа устройства возможна как в автоматическом режиме, так и при непосредственном участии оператора.Due to the presence on the mobile chassis 1 module 6 storage tools, the robotic device can be equipped with the necessary type of tool. In this case, with a cutting tool for pruning trees, depending on the type of green space and nature of work, a 2d or 3d laser sensor, an ultrasonic sensor, depending on the task. The operation of the device is possible both in automatic mode and with the direct participation of the operator.

Модуль управления включает блок памяти с набором программ обработки.The control module includes a memory unit with a set of processing programs.

Модуль позиционирования включает систему ближнего радиолокационного действия, лазерную систему измерения расстояния, инерциальную систему, систему технического зрения и систему фотограмметрии.The positioning module includes a short-range radar system, a laser distance measuring system, an inertial system, a vision system, and a photogrammetry system.

Способ реализуется согласно алгоритму, представленному на фиг. 1, следующим образом.The method is implemented according to the algorithm shown in FIG. 1 as follows.

Во-первых, роботизированное устройство в автоматическом режиме или под управлением оператора перемещают на рабочем участке в заранее рассчитанное или произвольно выбранное рабочее место в непосредственной близости от объемного объекта обработки - дерева, которому необходимо придать определенную форму. Эта форма запомнена в блоке памяти системы управления.Firstly, a robotic device in automatic mode or under the control of an operator is moved on a work site to a pre-calculated or arbitrarily selected workplace in the immediate vicinity of a three-dimensional processing object - a tree, which needs to be given a certain shape. This form is stored in the memory block of the control system.

В связи с тем, что роботизированное устройство перемещается в условиях реальной местности, которая имеет уклоны и препятствия, возможно отклонение его от рассчитанного рабочего места, и, следовательно, изменение условий обработки. Для компенсации таких отклонений на занятом рабочем месте с помощью системы позиционирования определяют реальные координаты и ориентацию, например по осям трехмерной системы координат.Due to the fact that the robotic device moves in real terrain, which has slopes and obstacles, it may deviate from the calculated workstation, and, consequently, change the processing conditions. To compensate for such deviations at a busy workplace using a positioning system, real coordinates and orientation are determined, for example, along the axes of a three-dimensional coordinate system.

Система позиционирования включает средства позиционирования, которые выбраны из системы ближнего радиолокационного действия, лазерной системы измерения расстояния, инерциальной системы, системы технического зрения и системы фотограмметрии. Эти средства позволяют определить местоположение и ориентацию устройства в пространстве. Они подробно раскрыты, например, в патентных документах SU 1412459, RU 2506157, RU 2457946, RU 2316399.The positioning system includes positioning means that are selected from a short-range radar system, a laser distance measuring system, an inertial system, a vision system, and a photogrammetry system. These tools allow you to determine the location and orientation of the device in space. They are described in detail, for example, in patent documents SU 1412459, RU 2506157, RU 2457946, RU 2316399.

Данные о реальных координатах и ориентации роботизированного устройства поступают в систему управления. Затем по заложенной в программном блоке системы управления программе и на основе данных о требуемой форме объекта обработки, с учетом размеров рабочего инструмента, размеров мобильного шасси, определенных реальных координат и ориентации роботизированного устройства определяют возможность достижения рабочим инструментом из данного занятого рабочего места хотя бы части области обработки - в данном случае части кроны дерева.Data on the real coordinates and orientation of the robotic device are sent to the control system. Then, based on the program control system laid down in the program unit and based on data on the required shape of the processing object, taking into account the dimensions of the working tool, the dimensions of the mobile chassis, certain real coordinates and the orientation of the robotic device, it is determined whether the working tool can reach at least part of the region processing - in this case, parts of the crown of the tree.

В случае положительного результата роботизированное устройство остается на занятом рабочем месте. Производится расчет траектории движения рабочего инструмента в части области обработки, достижимой с данного рабочего места (формируется список точек обработки). Перед этим лазерный датчик, расположенный в адаптере рабочего инструмента, сканирует объект, определяя реальную форму растения, а траектория рассчитывается с учетом состояния реального объекта. Далее от оператора или из системы управления поступает команда на привод манипулятора, который осуществляет перемещение рабочего инструмента по расчетной и теперь запомненной в блоке памяти системы управления траектории и производит обрезку части кроны дерева. Одновременно производится формирование списка точек обработки (для последующего вычитания этого списка, характеризующего уже обработанную часть области обработки объекта из общей области обработки).In case of a positive result, the robotic device remains at the occupied workplace. The trajectory of the movement of the working tool is calculated in the part of the processing area, achievable from this workplace (a list of processing points is formed). Before that, a laser sensor located in the adapter of the working tool scans the object, determining the real shape of the plant, and the trajectory is calculated taking into account the state of the real object. Then, from the operator or from the control system, a command is sent to the manipulator drive, which carries out the movement of the working tool along the calculated and now trajectory control system stored in the memory block and cuts off part of the tree crown. At the same time, a list of processing points is formed (for the subsequent subtraction of this list, which characterizes the already processed part of the object’s processing area from the general processing area).

Роботизированное устройство дискретно автоматически или в ручном режиме оператором перемещается в следующее расчетное или выбранное рабочее место. Процесс повторяется.The robotic device is discretely automatically or manually moved by the operator to the next calculated or selected workstation. The process is repeated.

В случае, если расчеты показали невозможность достижения рабочим инструментом с данного рабочего места хотя бы части объекта, подается команда на перемещение роботизированного устройства в новое рабочее место, которое в общем случае может отличаться от следующего расчетного или выбранного дискретного рабочего места. Для этого нового рабочего места посредством системы позиционирования определяют координаты и ориентацию роботизированного устройства, снова рассчитывают возможность достижения уже из этой новой позиции кроны дерева и снова рассчитывают траекторию движения рабочего инструмента.If the calculations have shown that it is impossible for a working tool to reach at least part of an object from a given workplace, a command is sent to move the robotic device to a new workstation, which in the general case may differ from the next calculated or selected discrete workstation. For this new workplace, using the positioning system, the coordinates and orientation of the robotic device are determined, the possibility of reaching the crown of the tree from this new position is again calculated, and the trajectory of the working tool is calculated again.

При обсчете второго и последующих рабочих мест (возможности достижения области кроны и траектории перемещения рабочего инструмента) из полной области обработки исключают ранее обработанные части. Соответствующая информация о них уже записана в блок памяти системы управления на предыдущих этапах. Перемещение роботизированного устройства в новые рабочие места и обрезка дерева осуществляется до полного завершения обработки, о чем свидетельствует полное соответствие полученной формы запомненному в блоке памяти цифровому образу.When calculating the second and subsequent jobs (the possibility of reaching the crown area and the trajectory of the working tool), previously processed parts are excluded from the complete processing area. The relevant information about them has already been recorded in the memory block of the control system in the previous steps. The robotic device is moved to new workplaces and the tree is trimmed until the processing is completed, as evidenced by the complete correspondence of the form obtained to the digital image stored in the memory unit.

В качестве инструментов для обработки кроны могут использоваться садовые ножницы, секатор, различные пилы, фрезы для садовых насаждений. Эти инструменты заменяются автоматически манипулятором по команде системы управления или вручную оператором.As tools for processing crown can be used garden shears, pruning shears, various saws, cutters for garden plantings. These tools are replaced automatically by the manipulator at the command of the control system or manually by the operator.

Способ также применим для нанесения на объемные объекты различных красящих покрытий. Для этого используются специальные инструменты - кисти, распылители красок.The method is also applicable for applying various coloring coatings to bulk objects. For this, special tools are used - brushes, paint sprayers.

Возможно использовать такой способ и для обследования сложных штучных или габаритных объектов, например, в процессе проведения дефектоскопии летательных аппаратов, трубопроводов, сосудов высокого давления, контроля теплозащитных характеристик зданий и сооружений. Для этого используются ультразвуковые, тепловые датчики, средства голографической интерферометрии, вихревые фазовые преобразователи и т.д. Обработка таких объектов производится по сценарию, аналогичному описанному выше для процессов формообразования растений. Средства неразрушающего контроля также удерживаются и перемещаются манипулятором роботизированного устройства.It is possible to use this method for examining complex piece or dimensional objects, for example, during flaw detection of aircraft, pipelines, pressure vessels, and monitoring the heat-shielding characteristics of buildings and structures. For this, ultrasonic, thermal sensors, holographic interferometry, vortex phase converters, etc. are used. The processing of such objects is carried out according to a scenario similar to that described above for the processes of plant formation. Non-destructive testing means are also held and moved by the manipulator of the robotic device.

Промышленная применимостьIndustrial applicability

Способ может быть осуществлен с помощью известных специалистам механизмов, электронных блоков, измерительных систем и датчиков, с использованием известных инструментов. Части роботизированного устройства, которое реализует заявленный способ, могут быть изготовлены из широко применяемых в промышленности материалов и на известном технологическом оборудовании. Поэтому заявленный способ обработки объемных объектов промышленно применим.The method can be carried out using mechanisms known to those skilled in the art, electronic units, measuring systems and sensors, using known tools. Parts of a robotic device that implements the claimed method can be made of materials widely used in industry and on known technological equipment. Therefore, the claimed method of processing volumetric objects is industrially applicable.

Способ не ограничивается приведенным в описании и показанным на чертежах конкретным примером, но может быть реализован во всех возможных видах вариантов без отступления от сущности и объема пунктов формулы.The method is not limited to the specific example given in the description and shown in the drawings, but can be implemented in all possible types of variants without departing from the essence and scope of the claims.

Claims

1. A method of processing volumetric objects, including the use of a robotic device for processing, the manipulator of which holds a removable working tool, characterized in that it includes stages in which:
a) the robotic device for processing is successively moved to pre-calculated or arbitrarily selected discrete workstations in the immediate vicinity of the volumetric object,
b) at each workstation occupied by the robotic device for processing, using the positioning system, the real coordinates and orientation of the robotic device for processing are determined,
c) for each occupied workplace, taking into account the size of the working tool and mobile chassis and determined at step b) the real coordinates and orientations determine the possibility of the working tool reaching at least part of the processing area of the volumetric object from this busy workplace,
in the absence of such an area, the robotic processing device is moved to a new workplace,
steps a) -c) are repeated for a new workplace,
calculate the trajectory of the working tool for part of the processing area of a three-dimensional object, achievable from the occupied workplace, and
carry out processing of part of the processing area of a volumetric object,
in this case, when determining whether the working tool can achieve at least part of the processing area from a given occupied workplace and calculating the path of the working tool, previously processed parts of the processing area are excluded.

2. The method according to p. 1, characterized in that green areas are used as volumetric objects for processing, and at least one of the tools for shaping is used as working tools: garden shears, secateurs compatible with the working tool adapter of the mobile robotic device, Garden milling cutter, brush cutter or saw.

3. The method according to 1, characterized in that as a working tool use a tool for coating.

4. The method according to 1, characterized in that they use a robotic processing device, including a mobile chassis, a manipulator with an adapter for working tools mounted on it, a positioning system and a control system.

5. The method according to p. 4, characterized in that the positioning system includes at least one of the following systems: a short-range radar system, a laser distance measuring system, an inertial system, a vision system and a photogrammetry system.

6. The method according to p. 4, characterized in that they use a robotic processing device, including a tool for flaw detection and / or examination of the processing object.