Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВСТУП

Людство завжди мріяло про створення автоматичних керованих машин, які будуть виконувати різноманітну роботу. З часом почали з'являтися перші технічні пристрої, які могли виконувати важку та брудну роботу замість людини. Згодом з'явилися і перші справжні роботи, про яких колись писали фантасти.

Зараз робототехніка розвивається великими темпами, тому можна спрогнозувати майже повну автоматизацію виробництва у недалекому майбутньому. Японська фірма Fanuc минулого року випустила 250 тисяч роботів, а Швейцарська ABB Robotics - 190 тисяч. Цього року тайванська компанія Hon Hai Precision Industry уже заявила про початок масового виробництва високотехнологічних роботів, їх буде набагато більше, ніж у Японії та Швейцарії разом - 1 мільйон.

Актуальність теми

У багатьох європейських країнах активно використовують роботів, навіть заміняючи ними працівників. В Україні виробництво та використання робототехніки поки що на низькому рівні, проте якщо наші технології будуть розвиватися, без роботів буде важко обійтися. Особливо на тих посадах, де потрібна чіткість та швидкість. Саме тому створення та впровадження в життя маніпулятора - це дуже важливий етап на шляху до повної механізації таких установ як бібліотеки, архіви, поліклініки, лікарні та інші публічні заклади, де розміщуються різноманітні каталоги та картотеки.

Мета роботи:

Спроектувати, розробити та реалізувати проект маніпулятора.

Для проектування використовувалися програмні продукти AVR Studio, Proteus 7.4. Для реалізації використовувалися мови програмування C, Assembler, PHP.

Дипломна робота складається із вступу, трьох розділів та висновків.

У першому розділі наведені загальні відомості про робототехніку в світі та в Україні;

У другому розділі наведені відомості про програмні та апаратні засоби, які були використані для створення прототипа;

У третьому розділі наведено опис процесу розробки маніпулятора і системи керування. У висновках підсумовано основні результати дослідження.

РОЗДІЛ 1. АНАЛІЗ РОБОТИЗОВАНИХ МАНІПУЛЯТОРІВ ТА СИСТЕМ КЕРУВАННЯ

1.1 Дещо про робототехніку

Робототехніка (від робот і техніка; англ. Robotics) - прикладна наука, що займається розробкою автоматизованих технічних систем (роботів). Термін введений письменником-фантастом Айзеком Азімовим в 1942 році (слово робот з'явилося раніше, в п'єсі Карела Чапека «RUR», 1920).

Робототехніка спирається на такі дисципліни як електроніка, механіка, програмне забезпечення. Виділяють будівельну, промислову, побутову, авіаційну і екстремальну (військову, космічну, підводну) робототехніку.

1.1.1 Компоненти роботів

Приводи - це «м'язи» роботів, вони перетворюють потенційну енергію в рух. В даний час найпопулярнішими приводами є електродвигуни, але існують і багато інших, деякі з них працюють від електрики, в той час як інші використовують хімічні речовини або стиснене повітря.

Двигуни: На даний момент більшість роботів використовують електродвигуни, які бувають декількох видів. Двигуни постійного струму, знайомі багатьом людям, швидко обертаються, коли через них проходить електричний струм. Якщо струм пустити в іншому напрямку, двигуни будуть обертатися в зворотну сторону.

Крокові електродвигуни. Як можна припустити з назви, крокові електродвигуни не обертаються вільно, подібно двигунів постійного струму. Вони повертаються покроково на певний градус під управлінням контролера. Це дозволяє простіше ними керувати, так як контролеру точно відомо, на скільки було зроблено поворот, без застосування датчиків. З цієї причини вони використовуються на багатьох роботах і верстатах з ЧПУ.

П'єзодвигуни: Сучасною альтернативою двигунам постійного струму є п'єзодвигуни, також відомі як ультразвукові двигуни. Принцип їх роботи абсолютно відрізняється: крихітні п'єзоелектричні ніжки, вібруючі зі швидкістю більше 1000 разів на секунду, змушують мотор рухатися по колу або прямій. Перевагами подібних двигунів є високий нанометричний дозвіл, швидкість і потужність, несумірна з їх розмірами. П'єзодвигуни вже доступні на комерційній основі, а також застосовуються на деяких роботах.

Повітряні м'язи. Повітряні м'язи - простий, але потужний пристрій для забезпечення сили тяги. При накачуванні стисненим повітрям, м'язи здатні скорочуватися до 40% від своєї довжини. Причиною такої поведінки є плетіння, видиме з зовнішнього боку, яке змушує м'язи бути або довгими і тонкими, або короткими і товстими. Так як спосіб їх роботи схожий з біологічними м'язами, їх можна використовувати для виробництва роботів з м'язами і скелетом, аналогічними тваринам.

Електроактивні полімери. електроактивні полімери (ЕАП) - це сорт пластмас, який змінює форму у відповідь на електричну стимуляцію. Вони можуть бути сконструйовані таким чином, що можуть гнутися, розтягуватися або скорочуватися. Однак, в даний час немає ЕАП, придатних для виробництва комерційних роботів, так як всі вони неефективні або неміцні.

Еластичні нанотрубки. Це багатообіцяюча експериментальна технологія, яка перебуває на ранній стадії розробки. Відсутність дефектів в нанотрубках дозволяє цьому волокну еластично деформуватися на кілька відсотків. Людський біцепс може бути замінений проводом з такого матеріалу діаметром 8 мм. Такі компактні «м'язи» можуть допомогти роботам в майбутньому обганяти і перестрибувати людей.

Розрізняють одномодальні і багатомодальні інтерфейси взаємодії. При реалізації взаємодії сучасних роботів з людиною велике значення мають технології розпізнавання образів і мови.

1.1.2 Системи управління

За типом управління роботехнічні системи поділяються на:

Біотехнічні:

· командні (кнопкове і важелеве управління окремими ланками робота);

· копіюючі (повтор рухи людини, можлива реалізація зворотного зв'язку, що передає додаткове зусилля, екзоскелети);

· напівавтоматичні (управління одним командним органом, наприклад, рукояткою всією кінематичною схемою робота);

Автоматичні:

· програмні (функціонують за заздалегідь заданою програмою, в основному призначені для вирішення одноманітних завдань в незмінних умовах оточення);

· адаптивні (вирішують типові завдання, але адаптуються під умови функціонування);

· інтелектуальні (найбільш розвинені автоматичні системи);

Інтерактивні:

· автоматизовані (можливо чергування автоматичних і біотехнічних режимів);

· супервізорні (автоматичні системи, в яких людина виконує тільки цілевказуючі функції);

· діалогові (робот бере участь у діалозі з людиною з вибору стратегії поведінки, при цьому як правило робот оснащується експертною системою, здатною прогнозувати результати маніпуляцій і дає поради щодо вибору мети).

У розвитку методів управління роботами величезне значення має розвиток технічної кібернетики та теорії автоматичного управління.

1.1.3 Динаміка і кінематика. Освіта

Роботи широко застосовуються в теорії автоматичного управління та мехатроніки. Робототехнічні комплекси також популярні в галузі освіти як сучасні високотехнологічні дослідні інструменти. Їх використання в різні навчальних закладах середньої та вищої професійної освіти дозволяє реалізовувати концепцію "навчання на проектах", покладену в основу такої великої спільної освітньої програми США і Європейського союзу, як ILERT. Застосування можливостей робототехнічних комплексів в інженерній освіті дає можливість одночасного відпрацювання професійних навичок відразу по декількох суміжних дисциплінах: механіка, теорія управління, схемотехніка, програмування, теорія інформації. Затребуваність комплексних знань сприяє розвитку зв'язків між дослідними колективами. Крім того студенти вже в процесі профільної підготовки стикаються з необхідністю вирішувати реальні практичні завдання. Існують робототехнічні комплекси для навчальних лабораторій: Mechatronics Control Kit, Festo Didactic, LEGO Mindstorms.

1.2 Роботи

Робот (від чеськ. Robota) - автоматичний пристрій з антропоморфною дією, яка частково або повністю замінює людини при виконанні робіт у небезпечних для життя умовах або при відносній неприступності об'єкта. Робот може управлятися оператором або працювати по заздалегідь складеній програмі. Використання роботів дозволяє полегшити або зовсім замінити людську працю на виробництві, в будівництві, при роботі з важкими вантажами, шкідливими матеріалами, а також в інших важких або небезпечних для людини умовах.

Промисловий робот - автономний пристрій, що складається з механічного маніпулятора і перепрограммируемой системи управління, що застосовується для переміщення об'єктів у просторі в різних виробничих процесах.

Промислові роботи є важливими компонентами автоматизованих гнучких виробничих систем (ГВС), які дозволяють збільшити продуктивність праці.

1.2.1 Побутові роботи

Одним з перших прикладів вдалої масової промислової реалізації побутових роботів стала механічна собачка AIBO корпорації Sony.

У вересні 2005 у вільний продаж вперше поступили перші людиноподібні роботи «Вакамару» виробництва фірми Mitsubishi. Робот вартістю $ 15 тис. здатний дізнаватися особи, розуміти деякі фрази, давати довідки, виконувати деякі секретарські функції, стежити за приміщенням.

Все більшу популярність набирають роботи-прибиральники, за своєю суттю - автоматичні пилососи, здатні самостійно прибрати в квартирі і повернутися на місце для підзарядки без участі людини.

Винахідник Піт Редмонд (Pete Redmond) створив робота RuBot II, який може зібрати кубик Рубіка за 35 секунд.

Існує також напрямок моделізму, що має на увазі створення роботів. Зараз моделісти роблять як радіокерованих роботів, так і автономних. Проводяться змагання за кількома основними напрямками. Серед змагань автономних роботів варто згадати біг на швидкість по білої лінії, боротьбу сумо, робо-футбол.

Виробники роботів

Відомі комерційні моделі роботів

· Aibo

· ASIMO

· I-SOBOT

· REEM-B

· SCORBOT-ER 4u

· STAIR

· Twendy-One

· Wakamaru

1.2.2 Промислові Роботи

Історія

Поява верстатів з числовим програмним керуванням (ЧПК) призвело до створення програмованих маніпуляторів для різноманітних операцій із завантаження та розвантаження верстатів. У 1954 році американський інженер Д. Девол запатентував спосіб управління вантажно-розвантажувальних маніпулятором за допомогою змінних перфокарт. Разом з Д. Енгельберга в 1956 р. він організував першу в світі компанію по випуску промислових роботів. Її назва «Unimation» (Юнімейшн) є скороченням терміну «Universal Automation» (універсальна автоматика).

У 1962 році в США були створені перші промислові роботи «Юнімейт» і «Версатран». Їх схожість з людиною обмежувалося наявністю маніпулятора, який віддалено нагадує людську руку. Деякі з них працюють до цих пір, перевищивши 100 тисяч годин робочого ресурсу.

«Юнімейт» мав 5 ступенів рухливості з гідроприводом і двухпальцевое захватне пристрій з пневмоприводом. Переміщення об'єктів масою до 12 кг здійснювалося з точністю 1,25 мм. В якості системи управління використовувався программоносітель у вигляді кулачкового барабана з кроковим двигуном, розрахований на 200 команд управління, і кодові датчики положення. У режимі навчання оператор ставив послідовність точок, через які повинні пройти ланки маніпулятора протягом робочого циклу. Робот запам'ятовував координати точок і міг автоматично переміщатися від однієї точки до іншої в заданій послідовності, багато разів повторюючи робочий цикл. На операції розвантаження машини для лиття під тиском «Юнімейт» працював з продуктивністю 135 деталей за годину при шлюбі 2%, тоді як продуктивність ручної розвантаження становила 108 деталей за годину при шлюбі до 20%.

Робот «Версатран», який мав три ступені рухливості та керування від магнітної стрічки, міг у обпалювальне печі завантажувати і розвантажувати до 1200 розпечених цегли на годину. У той час співвідношення витрат на електроніку і механіку у вартості робота становило 75% і 25%, тому багато завдань управління вирішувалися за рахунок механіки. Зараз це співвідношення змінилося на протилежне, причому вартість електроніки продовжує знижуватися. Пропонуються незвичайні кінематичні схеми маніпуляторів. швидко розвиваються технологічні роботи, які виконують такі операції як високошвидкісні різання, забарвлення, зварювання. Поява в 70-х рр.. мікропроцесорних систем управління і заміна спеціалізованих пристроїв управління на програмовані контролери дозволили знизити вартість роботів в три рази, зробивши рентабельним їх масове впровадження у промисловості. Цьому сприяли об'єктивні передумови розвитку промислового виробництва.

Функціональна схема промислового робота

У складі робота є механічна частина і система управління цією механічною частиною, яка у свою чергу отримує сигнали від сенсорної частини. Механічна частина робота ділиться на маніпуляційну систему і систему пересування.

1.2.3 Маніпулятори

Маніпулятор - це механізм для управління просторовим положенням знарядь і об'єктів праці.

Маніпулятори включають рухомі ланки двох типів:

· Ланки, що забезпечують поступальну ходу

· Ланки, що забезпечують кутові переміщення

Поєднання і взаємне розташування ланок визначає ступінь рухливості, а також область дії маніпуляційної системи робота.

Для забезпечення руху в ланках можуть використовуватися електричний, гідравлічний або пневматичний привід.

Частиною маніпуляторів (хоч і необов'язковою) є захватні пристрої. Найбільш універсальні захватні пристрої аналогічні руці людини - захоплення здійснюється за допомогою механічних «пальців». Для захоплення плоских предметів використовуються захватні пристрої з пневматичним присоском. Для захоплення ж безлічі однотипних деталей (що зазвичай і відбувається при застосуванні роботів в промисловості) застосовують спеціалізовані конструкції.

Замість захватних пристроїв маніпулятор може бути оснащений робочим інструментом. Це може бути пульверизатор, зварювальна головка, викрутка і т. д.

1.2.4 Система пересування

Усередині приміщень, на промислових об'єктах використовуються пересування уздовж монорельсів, по підлоговій колії і т. д.

Для переміщення по похилих, вертикальних площинах використовуються системи аналогічні «крокуючим» конструкціям, але з пневматичними присосками.

1.2.5 Управління

Управління буває декількох типів:

1. Програмне управління - найпростіший тип системи керування, використовується для управління маніпуляторами на промислових об'єктах. У таких роботах відсутня сенсорна частина, всі дії жорстко фіксовані і регулярно повторюються. Для програмування таких роботів можуть застосовуватися середовища програмування типу VxWorks / Eclipse або мови програмування наприклад Forth, Оберон, Компонентний Паскаль, Сі. В якості апаратного забезпечення зазвичай використовуються промислові комп'ютери в мобільному виконанні PC/104 рідше MicroPC. Може відбуватися за допомогою ПК або програмованого логічного контролера.

2. Адаптивне управління - роботи з адаптивною системою керування оснащені сенсорною частиною. Сигнали, що передаються датчиками, аналізуються і залежно від результатів ухвалюється рішення про подальші дії, перехід до наступної стадії дій і т. д.

3. Засноване на методах штучного інтелекту.

4. Управління людиною (наприклад, дистанційне керування).

Принципи управління

Сучасні роботи функціонують на основі принципів зворотного зв'язку, підлеглого управління і ієрархічності системи управління роботом.
Ієрархія системи управління роботом має на увазі ділення системи управління на горизонтальні шари, що управляють загальною поведінкою робота, розрахунком необхідної траєкторії руху маніпулятора, поведінкою окремих його приводів, і шари, що безпосередньо здійснюють управління двигунами приводів.

Підлегле управління

Підлегле управління служить для побудови системи управління приводом. Якщо необхідно побудувати систему управління приводом по положенню (наприклад, по куту повороту ланки маніпулятора), то система управління замикається зворотним зв'язком по положенню, а усередині системи управління по положенню функціонує система управління за швидкістю з своїм зворотним зв'язком за швидкістю, усередині якої існує контур управління по струму з своїм зворотним зв'язком.

Сучасний робот оснащений не тільки зворотними зв'язками по положенню, швидкості і прискоренням ланок. При захопленні деталей робот повинен знати, чи вдало він захопив деталь. Якщо деталь крихка або її поверхня має високий ступінь чистоти, будуються складні системи із зворотним зв'язком по зусиллю, що дозволяють роботові схоплювати деталь, не ушкоджуючи її поверхню і не руйнуючи її.

Управління роботом може здійснюватися як людиною-оператором, так і системою управління промисловим підприємством (ERP-системою), що погоджують дії робота з готовністю заготовок і верстатів з числовим програмним управлінням до виконання технологічних операцій.

1.2.6 Дії промислового робота

Серед найпоширеніших дій, скоєних промисловими роботами можна назвати наступні:

· · Переміщення деталей і заготовок від верстата до верстата або від верстата до систем змінних палет;

· Зварка швів і точкова зварка;

· Фарбування;

· Виконання операцій різання з рухом інструменту по складній траєкторії.

Промисловий робот є пристроєм, що проводить якісь маніпулятивні функції, схожі з функціями руки людини.

Переваги використання:

· Досить швидка окупність

· Виключення впливу людського фактору на конвеєрних виробництвах, а також при проведенні монотонних робіт, що вимагають високої точності;

· Підвищення точності виконання технологічних операцій і, як наслідок, поліпшення якості;

· Можливість використання технологічного обладнання в три зміни, 365 днів на рік;

· Раціональність використання виробничих приміщень;

· Виключення впливу шкідливих чинників на персонал на виробництвах з підвищеною небезпекою;

1.3 РОБОТ CKBOT

Якщо цього робота вдарити ногою, він розсиплеться на три частини. Далі ці частини оживуть і, повзаючи як гусениці, почнуть зближуватися. Через дуже пристойний час трьом шматках бота нарешті вдається зістикуватися, після чого той встає на ноги, готовий до подальшої роботи .

На виставці Wired NextFest 2008, що пройшла в кінці вересня - початку жовтня в Чикаго, був показаний забавний робот ckBot, якого можна було б прийняти за художній проект з технічним ухилом. Але він-частина серйозної роботи, чиї плоди одного дня можуть стати в нагоді відразу в декількох прикладних областях.

Цікаво, що всі три частини робота ідентичні (кожна побудована з п'яти блоків, що володіють моторизованим зчленуванням, що допускає поворот деталей на 180 градусів). Це не заважає їм у потрібний момент визначитися, які з них стануть ногами, а яка - тулубом.

Американські інженери назвали це вміння "Самозбірка після вибуху" (Self-reassembly After Explosion), втім, уточнюючи, що "вибух" - це просто якесь сильне вплив, не важливо, який природи.

Побудував цю машину Марк Йім (Mark Yim), ад'юнкт-професор інженерії в університеті Пенсільванії (University of Pennsylvania) і його колеги з лабораторії модульних роботів (Modular Robotics Lab).

Як ви вже, напевно, здогадалися, кожен модуль ckBot володіє своїми "мізками", батарейкою, електромоторчіком і системами зв'язку.

Додамо лише, що між собою частини робота стикуються за допомогою магнітів, а шукають вони один одного завдяки вбудованим цифровим камерам і миготливим світлодіодним маяках. Крім того, у кожної частини є акселерометр для "почуття рівноваги" як при самостійному русі, так і в складі повного робота.

Легко уявити, що оснащений різними датчиками самозбирається робот стане в нагоді як військовим (для розвідки, наприклад), так і вченим (вивчення планет), або ремонтникам (проникнення в важкодоступні частини великих установок).

Що може при цьому робота "розкидати" - не цілком зрозуміло. Та й неважливо. Головне - розсипавшись, бот може повернути собі первісний вигляд. Щоправда, в нинішньому варіанті дроїда зарано випускати на справжнє поле бою, нехай спершу наб'є шишок (дивіться відео до кінця).

Логічно запитати: "Навіщо такі складнощі?" Справа в тому, що, за загальним задумом проекту, ckBot і йому подібні машини повинні збиратися з куди більшої кількості модулів. При цьому фігура, яку вони утворюють, залежить тільки від обраної програми, а таких всередині модулів може бути запасено чимало. Хочете - отримаєте "змію", бажаєте - "кішку" або "собаку".

Пам'ятайте змійку Рубіка (Rubik's Snake)? Той же принцип, тільки все крутиться само. Так що новий бот міг би стати класною іграшкою. Але Марк бачить для нього інше поле діяльності.

Безперервно трансформований робот ("самореконфігуріруемий" за визначенням творців) стане в нагоді там, де потрібно проявляти гнучкість в залежності від ситуації. Скажімо, у вузьку щілину може проповзти "змія", якусь механічну роботу краще доручити андроїду, а на велику відстань шлях котиться "колесо".

Так, ланцюжок блоків ckBot може замкнутися і, змінюючи форму вийшло обода, котитися зі швидкістю до 1,6 метра в секунду. Це найшвидший спосіб пересування для ckBot, встановили американські дослідники.

СkBot нагадав нам про цілу низку його ідеологічних попередників. Згадаймо, наприклад, робота з університету Корнелла (Cornell University).

Цей апарат міг не просто збиратися з абсолютно ідентичних шматочків, але і будувати свої копії. Правда, бот той стояв на місці, а чергові детальки для збірки його побратима йому треба було класти в строго певне місце. Виходить, що група під керівництвом Йіма зуміла "звільнити" такого самосборщіка, надавши йому і його блокам не тільки здатність до переміщення, а й уміння знаходити один одного. Залишилося тільки навчитися робити такі блоки все більш "розумними" і потужними, і вперед - відпускайте фантазію на волю.

1.4 Роботи Аquajelly і Аirjelly

Природа не втомлюється дивувати нас красою своїх «технологічних» рішень - а ми не втомлюємося дивуватися. Не дивно, що вона раз у раз надихає дизайнерів та інженерів на те, щоб, по можливості, не винаходити все з нуля, а скористатися її дарами. Так вчинили і розробники «роботів-медуз», що підкорюють воду і повітря з фантастичною красою і грацією.

Таким шляхом пішли і розробники компанії Festo, творці найцікавіших роботів - AquaJelly і AirJelly, що звернули свою увагу на найдавніших представників фауни, медуз. Зрозуміло, до цього включені найсучасніші технології, доступні людству.

AquaJelly, по суті, являє собою штучну медузу, яку приводить у рух електромотор і адаптивна механічна система. Вона складається з напівпрозорої півсфери і восьми щупалець, а центр її займає водонепроникна ємність, в якій укритий і двигун, і пара Li-Ion батарей, і сервоприводи.

За структурою своєї кожне щупальце повторює анатомію риб'ячих плавників: воно «колишеться» під впливом перистальтичних сил в заповнюють її «судинах», і здійснює хвилеподібні рухи. Рух ж самої AquaJelly в тривимірному просторі забезпечує контрольоване переміщення центру її тяжкості. «Медуза» самостійно стежити за станом своїх акумуляторів і підтримує зв'язок із зарядним пристроєм, при необхідності підзаряджаючи.

Зв'язок підтримується і з іншими AquaJelly в межах доступності. Перебуваючи на поверхні води, робот використовує для комунікації економну радіозв'язок - але основний спосіб зв'язку під водою - це світло. Одинадцять інфрачервоних випромінювачів дозволяють «медузам» взаємодіяти на відстанях до 0,8 м. Це, звичайно, не дуже далеко, але все ж не дозволяє медузам стикатися один з одним.

У «доважок» на сенсори, що відстежує стан навколишнього водного середовища, AquaJelly несе набір датчиків, що стежать за її внутрішнім станом, а чутливий манометр дозволяє роботу «усвідомлювати» глибину свого занурення з точністю до декількох міліметрів.

Але ще більш цікава інша розробка інженерів з Festo - «повітряна медуза» AirJelly. Якщо AquaJelly відчуває себе у воді, як риба, то AirJelly підкорює повітряне середовище, використовуючи схожі схеми. Звичайно, для цілей польоту цей робот використовує свій особливий «бульбашка», який заповнюється легким гелієм. В іншому він влаштований приблизно так само - хоча, на наш погляд, вражає ще більше свого водного побратима.

1.5 Робот Тetwalker

TETwalker - це піраміда з шести стержнів, з'єднаних вузлами.
У кожному вузлі знаходиться електроніка і електродвигуни, здатні в широких межах змінювати довжину стрижнів.

Тому правильним тетраедром даний робот є тільки перебуваючи у спокої. Зате коли робот хоче помандрувати, він змінює свою форму, так, що центр ваги виноситься за межу опори.

Тут же слід перекидання на бік. Але оскільки всі сторони машини абсолютно рівнозначні - ніякого "падіння" немає - так робот і рухається.

Кожен вузол у вершині піраміди може нести камери і сенсори, так що перед нами працюючий прототип робота для дослідження інших планет.
Його автори вважають, що подібний спосіб пересування вигідний, так як цей робот принципово не може перекинутися на схилі.

Навіть якщо він скотиться в кратер, то спокійно продовжить роботу. А якщо стінки не надто круті - зможе і піднятися нагору. Чи треба говорити, що звичайний марсохід (з колесами), якщо перевернеться на камені, то тут же і закінчує своє "виступ".

Проте, вважають творці TETwalker, куди цікавіше буде, коли нанотехнології та мікромеханіка дозволять зменшити розміри такого тетраедра в десятки, а може і в сотні разів.

Всі технологічні передумови до такого радикального скорочення вже є або намічаються в найближчій перспективі.

І якщо кожен вузол такого робота доповнити стикувальним механізмом міріади подібних машин зможуть формувати ту саму "живу амебу", який міняє форму в залежності від умов, а також загоює пробоїни.

Вона ж зможе автоматично збиратися в радіотелескоп або круглий планетоход типу "перекотиполе".

Мініатюрні і порівняно прості процесори таких модулів зможуть об'єднуватися в єдиний комп'ютер, можливо, схожий на нейронну мережу. "Ми не жили б довго, якщо б наші тіла працювали, як сучасні космічні кораблі, - розповів глава проекту доктор Стівен Кертіс (Steven Curtis). - Коли у нас виникає травма, нові клітини замінюють пошкоджені. Подібним чином неушкоджені одиниці рою об'єднаються, продовжуючи виконання місії, незважаючи на значне пошкодження ".

Так, автори проекту пропонують називати такі кораблі-роботи роями, хоча, враховуючи, що його елементи будуть сполучені між собою, більше підійшло б визначення багатоклітинний організм.

Як би там не було, нинішній трикутний робот - наочний приклад, як може працювати одна клітина такого робота-рою.

Він не тільки ходив (якщо можна застосувати до нього таке слово) за статтю лабораторії в центрі Годдарда, але вже встиг побувати на випробуваннях в Антарктиді.

У січні 2005 року машина виявилася на науковій станції Макмердо (McMurdo), де умови багато в чому нагадують Марс.

Тест показав, що деякі зміни поліпшать роботу робота. Наприклад, розміщення двигунів в середині розпірок, а не у вузлах, спростить конструкцію вузлів і збільшить їхню надійність.

Коли цей проект буде трансформуватися до мікро-і наномасштабі, то телескопічні стержні можна буде замінити на згортають металеві стрічки або вуглецеві нанотрубки, що дозволить "клітинам" майбутньої єдиної машини стискатися майже до зіткнення вузлів, а значить, можна буде відправити на орбіту в одному запуску більша їх кількість.

Також в рамках даного проекту фахівці розвивають нове програмне забезпечення, що дозволяє трикутниках збиратися в "розумні" (до деякої міри) машини.

1.6 Маніпулятор

Маніпулятор - сукупність просторового важільного механізму і системи приводів, що здійснює під управлінням програмованого автоматичного пристрою або людини-оператора дії (маніпуляції), аналогічні діям руки людини.

1.6.1 Основні поняття і визначення. Структура маніпуляторів

Формула будови - математична запис структурної схеми маніпулятора, що містить інформацію про кількість його подвижностей, вигляді кінематичних пар і їх орієнтації щодо осей базової системи координат (системи, пов'язаної з нерухомим ланкою).

Рухи, які забезпечуються маніпулятором, діляться на:

· глобальні (для роботів з рухомою основою) - руху стійки маніпулятора, які суттєво перевищують розміри механізму;

· регіональні (транспортні) - руху, що забезпечуються першими трьома ланками маніпулятора або його "рукою", величина яких порівнянна з розмірами механізму;

· локальні (орієнтують) - руху, що забезпечуються ланками маніпулятора, які утворюють його "кисть", величина яких значно менше розмірів механізму.

Відповідно до цієї класифікації рухів, в маніпуляторі можна виділити дві ділянки кінематичного ланцюга з різними функціями: механізм руки і механізм кисті. Під "рукою" розуміють ту частину маніпулятора, яка забезпечує переміщення центру захоплення - точки М (регіональні руху захоплення); під "кистю" - ті ланки і пари, які забезпечують орієнтацію захоплення (локальні руху захвату).

Робочий простір маніпулятора - частина простору, обмежена поверхнями огинають до безлічі можливих положень його ланок.

Зона обслуговування маніпулятора - частина простору відповідна безлічі можливих положень центру схвата маніпулятора. Зона обслуговування є важливою характеристикою маніпулятора. Вона визначається структурою і системою координат руки маніпулятора, а також конструктивними обмеженнями накладеними відносні переміщення ланок у КП.

Задачі механіки маніпуляторів.

До основних завдань механіки маніпуляторів можна віднести:

· розробку методів синтезу та аналізу виконавчих механізмів (включаючи механізми приводів);

· програмування руху маніпулятора;

· розрахунок керуючих зусиль і реакцій в КП;

· урівноваження механізмів маніпуляторів;

· інші завдання.

Ці завдання вирішуються на базі загальних методів дослідження структури, геометрії, кінематики та динаміки систем з просторовими многоподвіжнимі механізмами. Кожна з розглянутих завдань може бути сформульована як пряма (задача аналізу) або як зворотна (задача синтезу). При визначенні функцій положення механізму, у прямій задачі знаходять закон зміни абсолютних координат вихідної ланки за заданими законами зміни відносних або абсолютних координат ланок. У зворотному - по заданому закону руху схвата знаходять закони зміни координат ланок, зазвичай, лінійних або кутових переміщень у приводах. Рішення оберненої задачі або задачі синтезу більш складно, так як часто вона має безліч допустимих рішень, з яких необхідно вибрати оптимальне. У зворотній задачі кінематики за необхідним законом зміни швидкостей і прискорень вихідної ланки визначаються відповідні закони зміни швидкостей і прискорень в приводах маніпулятора. Зворотній завдання динаміки полягає у визначенні закону зміни керуючих сил і моментів у приводах, що забезпечують заданий закон руху вихідної ланки.

1.6.2 Класифікація маніпуляторів

Класифікуються маніпулятори за такими признаками:

По характеру виконуючих робіт:

а) універсальні;

б) спеціальні.

2. По способу керування:

а) з ручним (копіруючі);

б) з автоматичним управлінням (по програмі ЕОМ).

Універсальні М. застосовуються для виконання підйомно-транспортних робіт в машинобудуванні, а також для механізації операцій по обслуговуванні технологічного обладнання (установки і знімання деталей на металорізальних верстатах, зварочні і свердлильні операції).

Спеціальні М. застосовуються:

- в ковальсько-пресових цехах;

- в ливарному виробництві.

1.6.3 Автооператори

АО - це маніпулятор, який застосовується в машинах-автоматах, які працюють по жорсткій програмі і оперують штучними об'єктами по загальному циклу машини.

Програмоносіями для АО служать кулачки, перфострічки, магнітні стрічки.

Області застосування АО :

· Автооператор заливщик для машин литва під тиском .

· Автооператор для змазки прес-форм машин литва під тиском .

· Автооператор для обслуговування листоштамповочних пресів .

· Автооператор для установки і знімання деталей при обслуговуванні металорізальних верстатів.

1.7 Захватні пристрої

1.7.1 Класифікація захватних пристроїв

Захватні пристрої (ЗП) маніпуляторів служать для захвату і утримання в певному (конкретному) положенні об'єктів маніпулювання. Ці об'єкти можуть мати різні розміри, форму, масу і характеризуватися різними фізичними властивостями.

Прикладами ЗП являються: монтажні інструменти (тиски, ключі і ін.)

До ЗП ставляться певні вимоги: загального характеру і спеціальні, зв'язані з конкретними умовами праці.

До числа обов'язкових вимог відносяться : надійність захвату і утримання об'єкту, стабільність базування, недопустимість пошкоджень або руйнування об'єктів, міцність деталей ЗП.

Спеціальні вимоги : можливість захвату і базування деталей в широкому діапазоні (маси, розмірів і форми), легкість і бистрота заміни елементів ЗП, необхідність автоматичної зміни зусиль утримання об'єкта в залежності від його маси.

В теперішній час ведуться розробки конструкцій ЗП, які можуть захвачувати і базувати неорієнтовано розміщені об'єкти.

Класифікація ЗП ведеться по ряду признаків:

По способу захвату і утримання об'єкта маніпулювання - механічні, пневматичні (вакуумні), електромагнітні і комбіновані.

По виду управління (керування) - некеровані, командні, жостко-програмні, адаптивні (чуттєві).

По характеру базування: спроможні (здатні) до перебазування - можуть захвачувати і утримувати об'єкти з широким діапазоном геометричних і фізичних параметрів; центруючі - пристосовані до захвату і утримання об'єктів за обмежену номенклатуру поверхонь, які відрізняються формою і розмірами; базуючі - спеціалізовані, приспособлені до захвату і утримання групи об'єктів, які мають однорідні конструктивно-технологічні параметри; фіксуючі - спеціальні - забезпечують захват і утримання одного виду об'єктів маніпулювання.

По числу робочих позицій: однопозиційні, багатопозиційні.

По характеру кріплення: незмінні, змінні, швидкозмінні, автоматизовані. По робочому діапазону - широкодіапазонні - можуть удержувати об'єкти в широкому діапазоні розмірів поверхонь захвату ; вузькодіапазонні - можуть удержувати об'єкти в обмеженому діапазоні розмірів поверхонь захвату.

1.7.2 Будова захватних пристроїв і принцип дії

Механічні ЗП некеровані. Виконуються у вигляді пінцетів, розрізних пружніх валиків і втулок (цанг) або тисків з одною або двома рухомими губками, які знаходяться під дією пружин.

Рис.1.1 Механічні ЗП

Розжим робочих елементів таких ЗП проходить при контакті з заготовкою, внаслідок чого можуть бути пошкоджені поверхні деталей або зажимних елементів (недолік). Ці ЗП застосовують в умовах масового виробництва при маніпулюванні з об'єктами невеликих мас і габаритів.

Непривідні ЗП із стопорними механізмами забезпечують чергування циклів зажиму і розжиму деталей, не потребують спеціальних команд від системи керування і додаткової енергії. Деталі утримуються силою пружин внаслідок ефекту самозатягування. Як правило, робота таких ЗП можлива тільки при їх вертикальному положенні.

Командні ЗП. Широко розповсюджені конструкції тискового типу (обценьки). Рух губок забезпечується пневмо-, гідро-, або електроприводом.

Рис.1.2 ЗП з важільними передаточним механізмом і пневмо-гідро приводом



Рис.1.3 Центруючі ЗП з рейковим передаточним механізмом

Рис.1.4 ЗП з розширяючими еластичними камерами

Застосування таких пристроїв обумовлено кригкістю матерії і складною конфігурацією поверхонь багатьох деталей.

Рис. 1.5 Вакуумні, з згинаючими еластичними камерами і електромагнітні ЗП

користувацький архітектура маніпулятор інтерфейс



Рис.1.6 Адаптивні захватні пристрої: а-трьохпалі з активним тросовим механізмом привода ланок; б-адаптивний; в-з тактильним щупом

1.8 Класифікація приводів

1. В залежності від виду енергії, яка використовується для руху робочого механізму привода: пневматичні, гідравлічні, електромеханічні і комбіновані.

2. По способу відліку координат:

- з відносним відліком координат -- по приростам (кроковий двигун);

- з абсолютним відліком координат (електропривод з зворотнім зв'язком) .

В склад приводу входять підсилювачі потужності, електродвигуни, передаточні механізми, датчики зворотного зв'язку.

Застосовуються електродвигуни загального призначення (асинхронні, постійного струму), а також спеціальні -- крокові. Кроковий двигун має дві модифікації: поворотний, лінійний.

Електричні приводи класифікуються:

По роду передаточного пристрою: редукторні; безредукторні.

По степені управління: регулюючий; програмно-керуючий; слідкуючий; адаптивний.

По рівню автоматизації: автоматизований (оператор); автоматичний (без оператора).

Схема автоматизованого електромеханічного приводу:

системакроковий редуктор виконавчий керування двигун механізм

1.8.1 Гідропривід

Широке запровадження гідропривода в робототехніці визвано такими його перевагами:

· Швидкодія.

· Можливість безступінчастого регулювання швидкості вихідної ланки в автоматичному режимі.

· Великий коефіцієнт підсилення по потужності (великі сили може передавати гідропривід).

· Простота конструкції, висока надійність.

Недоліки:

· Можливість витоку робочої рідини через ущільнення приводу.

· Необхідність застосування пристроїв для охолодження (підігріву) робочої рідини.

В гідропривіді застосовуються такі основні типи гідродвигунів:

· Лінійні гідроциліндри;

· Поворотні гідродвигуни (гідромотори).

1.8.2 Пневмопривод

Одержав широке застосування в конструкціях ПР вантажопідйомністю до 20 кг. Це зумовлено такими перевагами:

· Простота і надійність конструкції.

· Висока швидкість вихідної ланки.

· Можливість використання енергії стиснутого повітря із заводської системи (повітряної магістралі).

· Можливість використання в агресивних і пожежонебезпечних середовищах.

· Високий ККД.

· Невисока вартість конструкції і малі витрати на обслуговування .

Недоліки:

· Необхідність застосування спеціальних конструкцій позиційних пристроїв.

· Низька питома потужність (висока ступінь стиску повітря).

· Шум при роботі.

В склад пневмоприводу входять:

· Циліндри пневматичні типу ЦРГП.

· Поворотні пневмодвигуни типу ПДП.

· Цифрові багатопозиційні лінійні пневмоприводи.

· Цифрові багатосекційні ротаційні пневмоприводи.

1.8.3 Комбіновані приводи

· Електрогідравлічний привод:

· Привід позиційного типу;

· Кроковий привод.

1.9 Системи керування ПР та інформаційні системи

1.9.1 Класифікація СК ПР

Системи керування класифікують за такими признаками:

1. По способу позиціювання:

· позиційні (малоточкові, багатоточкові);

· контурні;

· комбіновані

2. По виду енергоносія:

· механічні;

· гідропневматичні;

· електричні.

3. По способу представлення (подання) інформації:

· електромеханічні;

· числові;

· гібридні

· циклові;

· аналогові;

4. По типу програмоносія:

· з перфострічкою;

· з магнітним барабаном;

· з оптичним диском;

· з магнітною стрічкою;

· з магнітним диском (дискета);

5. По об'єму інформації в управляючій програмі:

· жорстко програмні;

· адаптивні.

6. По способу програмування:

· методом розрахунку (складання програм);

· методом навчання;

· самонавчаємі.

У позиційних СУ задаються початкові і кінцеві положення робочих органів. В малоточкових - число точок позиціювання - до 10. Багатоточкових до 100.

1.9.2 Види систем керування

· автономна;

· комплексна;

· багаторівнева.

Найбільше застосування для керування ПР знайшли автономні системи СУ спеціального призначення. Випускаються серійно - уніфіковані системи управління ПР - УЦМ устройство уніфіковане циклове модульне, УПМ - устройство уніфіковане позиційне модульне, УКМ устройство уніфіковане контурне модульне.

Малоточечні циклові системи позиційного управління - УЦМ.

Числові системи позиційного управління - УПМ.

Системи контурного управління серії УКМ.

Система управління (тип 1) призначені для ПР, які обслуговують ковальсько-пресового обладнання, ливарне виробництво, лінії гальванічні та металорізальні верстати в умовах великосерійного виробництва.

Рис. 1.7 Структурна схема УЦМ

Система позиційного управління (тип 2) призначені для управління (керування) ПР із значним (великим більше 10) числом точок позиціювання. Застосування - обслуговування підйомно-транспортних операцій, нескладних складальних робіт і операцій контактної точкової зварки.



Рис. 1.8 Структурна схема УПМ

Системи контурного управління (тип 3) призначені для керування ПР, які вимагають складного просторового переміщення виконавчого механізму по заданій траєкторії. Застосування - дугова зварка, складні складальні операції.

Комплексні СУ призначені для управління комплексами обладнання - робот. Використовуються в системах металорізальних верстатів (ЧПУ) - числове програмне управління.

Багаторівневі системи числового управавління роботами застосовуються при обслуговуванні верстатів автоматизованих участків цехів. (Економічно не завжди доцільно).

Проаналізувавши інформацію про наявні на нинішній час маніпулятори, я прийшов до висновку, що хоча робототехніка у світі стрімко розвивається, недорогих у виробництві „домашніх” маніпуляторів бракує. Тому я вирішив створити систему, яка стане доступною кожному і дасть можливість виконувати нескладні завдання з будь-якого місця на Землі (аби тільки було підключення до мережі Інтернет). Суть проекту полягає у створенні маніпулятора, який, будучи підімененим до комп'ютера за допомогою LPT-кабелю, дасть можливість керувати ним через веб-інтерфейс, реалізований на PHP.

Висновки до розділу 1

У розділі було розглянуто історію робототехніки в цілому, зокрема керованих маніпуляторів, проаналізовано методи керування, виявлено основні функції, які повинен виконувати маніпулятор, зроблено висновок про необхідність створення своєї моделі маніпулятора з керуванням через веб- інтерфейс.

РОЗДІЛ 2. АНАЛІЗ ЗАСОБІВ ПРОГРАМУВАННЯ ТА РОЗРОБКИ ДЛЯ СТВОРЕННЯ ПРОЕКТУ

2.1 OpenCV

2.1.1 Що таке OpenCV

OpenCV - бібліотека комп'ютерного зору з відкритим вихідним кодом[12], доступна для завантаження на SourceForge.net Бібліотека написана на C і C + +, працює під Linux, Windows і Mac OS X. Відбувається активна розробка інтерфейсів для Python, Ruby, MATLAB і інших мов.

OpenCV заточена під виконання в реальному часі. Вона написана на оптимізованому C і може працювати з багатоядерними процесорами. Якщо Ви хочете отримати від бібліотеки більшу продуктивність то Вам доведеться придбати IPP (Integrated Performance Primitives). IPP представляє із себе ряд ретельно оптимізованих функцій для роботи з мультимедіа, криптографією, розпізнаванням мови, стисненням даних і багато чим ще. OpenCV автоматично використовує IPP, якщо вона встановлена.

Однією з цілей OpenCV є надання простої у використанні бібліотеки машинного зору, яка допомагає створювати досить складні додатки в короткі терміни. OpenCV містить в собі більше 500 функцій які охоплюють багато областей, включаючи контроль якості на виробництві, системи безпеки, обробку зображень в медицині, призначені для користувача інтерфейси, стереоскопічний зір і роботобудування. Оскільки комп'ютерне зір і навчання машин йдуть "рука об руку", OpenCV також включає в себе бібліотеку загального призначення MLL (Machine Learning Library, Бібліотека Навчання Машин). Ця під-бібліотека вирішує завдання статистичного розпізнавання образів і кластеризації. MLL дуже корисна для вирішення складних завдань, пов'язаних з комп'ютерним зором, але є досить загальною, для того щоб вирішувати більшість завдань навчання машин.

2.1.2 Хто використовує OpenCV

Більшість вчених і програмістів-практиків знають про деякі аспекти комп'ютерного зору, але мало хто знає про всі області, в яких воно використовується. Наприклад, більшість людей знає, що воно використовується в системах спостереження, і багато хто також знає, що комп'ютерне зір все частіше застосовується для обробки фото і відео в інтернеті. Деякі бачили, як комп'ютерний зір використовується в інтерфейсах ігор. Деякі знають про роль, яку комп'ютерний зір грає в аерофотозніманні та в зображеннях карт вулиць (див. Google Street Map) Деякі знають про ніші, займаної комп'ютерним зором в області безпілотних літальних апаратів і біомедичному аналізі. Але мало хто знає, наскільки звичайною справою став машинний зір у виробництві: практично все, що випускається серійно, на якомусь етапі автоматично перевіряється з використанням комп'ютерного зору.

Відкрита ліцензія для OpenCV була складена таким чином, щоб було можливо створювати комерційні додаткик, використовуючи будь-які можливості OpenCV. Ви не зобов'язані робити Ваш проект відкритим або публікувати зміни, внесені вами до бібліотеки, хоча ми сподіваємося, що ви це зробите. Частково через такі ліберальні умови існує велика спільнота користувачів, що включає в себе такі великі компанії як IBM, Microsoft, Intel, Sony, Siemens, Google, і це далеко не повний список, а також науково-дослідні центри, такі як Стенфорд, Массачусетський технологічний інститут, CMU, Кембридж, і INRIA. Є також група на Yahoo де користувачі можуть задавати питання, що налічує більше 20 000 чоловік. OpenCV популярна у всьому світі, причому великі спільноти користувачів можна знайти в Китаї, Японії, Росії, Європі та Ізраїлі.

З моменту свого альфа-релізу в січні 1999 року, OpenCV була використана в багатьох додатках і науково-дослідних роботах, в тому числі: накладення звичайних карт і фотографій з супутника, вирівнювання документів при скануванні, видалення шуму з медичних зображень, аналіз об'єктів, системи безпеки, автоматичне спостереження, системи контролю якості на виробництві, калібрування камер, а також безпілотні літальні, наземні та підводні апарати. Вона навіть була використана для розпізнавання звуку та музики, де методи розпізнавання образів були застосовані до зображень спектрограм звуку. Бібліотека стала ключовою частиною системи зору робота "Stanley" зі Стенфорда, який виграв 2.000.000 $ на Великих Пустельних Перегонах Роботів DARPA.

2.1.3 Що таке комп'ютерний зір

Комп'ютерний зір - це перетворення даних, що надходять з фото-або відеокамери, в прийняття рішення або інше уявлення. Всі подібні перетворення виконуються для досягнення певної мети. Вхідні дані можуть включати в себе якусь контекстну інформацію, начебто "камера встановлена ??в машині" або "лазер вказує на об'єкт, відстань до якого 1 метр".

Новим представленням може бути перетворення кольорового зображення в чорно-біле або видалення руху камери з відеозапису.

Оскільки ми з вами є "візуальними" істотами, то ми можемо помилково вважати, що машинний зір - це дуже просто. Наскільки важко знайти, скажімо, автомобіль, розташований на картинці? Ваша інтуїція може ввести вас в оману. Людський мозок ділить зоровий сигнал на кілька різних потоків інформації. Ваш мозок має систему, яка знаходить важливі частини зображення і зосереджує увагу на них, в той же час пригнічуючи обробку інших частин. Це робиться способом, що залежить від поточного завдання. Ми поки погано розуміємо пристрій цієї системи. Є також асоціативні входи від всіх органів почуттів, на підставі даних з яких мозок може використовувати асоціації, накопичені за роки життя в світі. Також людське око здатне автоматично звужувати або розширювати зіницю в залежності від освітлення, і змінювати діаметр кришталика фокусуючи картинку на сітківці.

У системі ж машинного зору комп'ютер отримує всього лише масив чисел з камери або диска - і більше нічого. Як правило, немає ні вбудованого розпізнавача образів, ні автоматичного управління фокусом і об'єктивом, ні асоціацій, накопичених за роки життя. Здебільшого системи машинного зору все ще дуже примітивні.

Рис. 2.1 Представлення зображення у вигляді масиву

На зображенні 2.1 зображений автомобіль з виділеним бічним дзеркалом. Проте камера побачить всього лише масив чисел. Будь-яке число в цьому масиві має дуже велику шумову складову, і саме по собі дає нам дуже мало інформації, але цей масив - все, що здатний "побачити" комп'ютер. Наша задача полягає в тому, щоб перетворити цей масив в сприйняття "дзеркала".

Рис. 2.2 Побудова 3D зображення з 2D картинок

Зображення 2.2 ще більше показує, чому машинний зір - це так складно. Насправді проблема ще складніша, ніж ми її представили спочатку, оскільки формально її неможливо вирішити. Маючи двовимірне (2D) подання тривимірного (3D) світу, немає єдиного способу відтворення тривимірного сигналу.

Формально, така некоректна задача не має однозначного або остаточного рішення. Одна і та ж 2D-картинка може бути поданням нескінченної кількості 3D-сцен, навіть якщо якість даних була ідеальною. Насправді ж, як уже згадувалося, дані зазвичай пошкоджені шумами і спотвореннями. Ці проблеми пов'язані із змінами в світі (погода, освітлення, відображення, рух), недоліками об'єктивів, кінцевим часом витримки, електричними шумами в камері, артефактами стиснення зображення. З урахуванням всіх цих проблем, як ми можемо домогтися хоч якого-небудь успіху?

При розробці практичної системи ми можемо використовувати знання про контекст, щоб обійти накладаються на нас обмеження. Розглянемо приклад мобільного робота, який повинен знайти і зібрати всі степлери з будівлі. Робот може використовувати той факт, що столи зазвичай знаходяться всередині будівлі, а степлери зазвичай лежать на столах. Це дає неявне посилання на розмір; степлер повинен поміщатися на стіл. Це також допомагає усунути помилкові розпізнання, оскільки степлер не може лежати, наприклад, на вікні або стелі. Робот також може благополучно проігнорувати 200-футовий рекламний дирижабль у формі степлера, тому що під ним немає текстури дерева. Навпаки зображення степлера в базі даних може мати занадто великий розмір або мати незвичайну конфігурацію, так як це пов'язано з тим, хто робив фото. Фотограф міг сфотографувати тільки степлери однакових розмірів. Люди також мають тенденцію знімати об'єкти так, щоб вони були в центрі зображення, і були повернені «по-звичайному» - скажімо, навряд чи хтось стане фотографувати людей вгору ногами. Таким чином у фотографіях, зроблених людьми, є багато «зайвої інформації» включеної туди ненавмисно.

Контекстна інформація також може бути змодельована за допомогою алгоритмів навчання машин. Приховані параметри, такі як розмір і орієнтація на гравітацію, можуть бути помічені в множині, на якій проводиться навчання. Крім того можна спробувати виміряти приховані параметри за допомогою додаткових датчиків. Застосування лазерного далекоміра дозволяє точно виміряти розміри об'єкта.

Наступна проблема, з якою стикаються при вивченні комп'ютерного зору - це шум. Скажімо, завдання про визначення кордонів у зображенні може виявитися неймовірно складною, якщо ми будемо вирішувати його, порівнюючи точки зі своїми найближчими сусідами. Однак, якщо збирати інформацію з околиці точки, завдання істотно спрощується. Реальна перевага повинна з'явитися у вигляді рядка такої негайної реакції сусіда по локальній області, кожна з яких відповідає орієнтації зі своїми сусідами. Шум також можна видаляти, збираючи інформацію протягом проміжку часу. Інші методи будують моделі шуму на підставі доступних даних. Наприклад, так як спотворення, пов'язані з лінзами, добре вивчені, достатньо лише знайти параметри простого многочлена, щоб описати - і, таким чином, майже повністю видалити - подібні спотворення.

Дії або рішення, що виконуються комп'ютером на основі даних з камери, зазвичай виконуються в контексті конкретного завдання. Ми можемо видалити з зображення перешкоди і спотворення так, щоб наша система безпеки била тривогу якщо хтось перелазить через паркан, або зробити систему підрахунку людей, які пройшли повз камери. Програмне забезпечення для роботів, які їздять по офісним будівлям, буде сильно відрізнятися від ПО для стаціонарних камер, тому що ці дві системи мають суттєво різні цілі. Як правило, чим більше обмежень має умову конкретного завдання, тим простіше і надійніше буде рішення.