автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Оптическая информационно-измерительная система определения составляющих сложных перемещений подвижных объектов

ООЗ165460

На правах рукописи jUx^C^f

МУХИН Василий Михайлович

ОПТИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ СЛОЖНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ

05 11 16-Информационно-измерительные и управляющие системы (в машиностроении)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 3 MAP 2008

Самара - 2008

003165460

Работа выполнена на кафедре «Радиотехнические системы» в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Самарский государственный технический университет»

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Нестеров Владимир Николаевич

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Шевчук Валерий Петрович

доктор технических наук, профессор Пиганов Михаил Николаевич

Ведущая организация

ПТО ОАО «АВТОВАЗ» (г Тольятти).

Защита состоится 21 марта 2008 года в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 212 028 05 при Волгоградском государственном техническом университете по адресу: 400131, г Волгоград, пр Ленина, 28, ауд 209

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета

Автореферат разослан <у%Я> февраля 2008 г

Ученый секретарь

диссертационного совета

/

Авдеюк О А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы. Современное развитие измерительных технологий и идеология построения информационно-измерительных систем (ИИС) в значительной степени определяются все более сложным и многофакторным характером изучаемых процессов и явлений, адекватное отражение которых в получаемых измерительных данных требует системного подхода как к описанию изучаемого или контролируемого объекта, так и к методам построения измерительных структур Говоря о проблемах измерения и контроля механических параметров и параметров движения подвижных объектов, следует отметить большое количество задач, решение которых базируется на разнообразных методах и средствах, адаптированных к конкретной специфике контролируемого параметра движения или механического параметра Сложность современных пространственно управляемых механических систем, претерпевающих многомерные многокомпонентные перемещения или обладающих кинематикой со многими степенями свободы, вывели на передний план проблемы адекватного математического описания названных процессов и разработки на этой основе метода и средств бесконтактного определения информативных составляющих параметров движения подвижных объектов, необходимых для успешного выполнения ими целевых функций.

Решение обозначенных проблем усугубляется тем, что сложность моделей контролируемых объектов определяется количеством и качеством факторов, учитываемых при их формировании, и зависит от конструктивных особенностей и режимов их функционирования

Перечисленные проблемы взаимосвязаны и их решение сопряжено с необходимостью обоснования и разработки общей идеологии моделирования многокомпонентных многомерных перемещений подвижных объектов Сложность последних определяет вид и сложность моделей подлежащих определению компонентов перемещения, а также метод и средства измерения названных параметров движения Отсутствие единой информационной модели контролируемых процессов затрудняет качественный и количественный выбор метода и средств измерения, а также обработку получаемых результатов с целью получения целостной картины их протекания Вид информационной модели определяет метод измерения и структуру ИИС, отвечающих в наибольшей степени предъявляемым требованиям. Системный подход к проектированию ИИС отражен в ряде структурных и алгоритмических методов, основанных на информационной избыточности, где дополнительная информация на входе или в структуре системы позволяют повысить качество и (или) количество получаемой информации

Проблемы системного синтеза и анализа освещены в работах Т М Алиева, ЭМ Бромберга, ДА Браславского, Л.И Волгина, М А Земельмана, К Л Куликовского, А И Мартяшина, ЮII Мухи, В Н Нестерова, П П Орнатского, Б Н Петрова, Ю А Скрипника, М П Цапенко, Э И Цветкова, В П Шевчука, А Н Шилина и других, которые послужили фундаментом для настоящей работы

Цель и задачи работы Целью работы является обоснование и разработка метода бесконтактного измерения информативных составляющих сложных пе-

ремещений подвижных объектов и создание на этой базе ИИС определения информативных компонентов сложных перемещений подвижных объектов

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи Выполнить анализ объектов измерения и построить математические модели, адекватно отражающие процессы, подлежащие контролю в процессе измерений

Проанализировать методы и средства и выявить их возможности для решения задач определения составляющих многокомпонентных перемещений подвижных объектов

Обосновать и предложить подходы для системного решения проблемы измерения информативных составляющих многокомпонентных перемещений подвижных объектов применительно к кругу задач

- описания и определения составляющих сложных перемещений, которые претерпевают простые объекты,

- описания и определения составляющих простых перемещений, которые претерпевают сложные объекты

На основе предложенных подходов предложить метод построения и структуру ИИС для определения информативных компонентов перемещений подвижных объектов и разработать необходимые для ее функционирования измерительно-вычислительные алгоритмы

Выявить источники погрешностей и осуществить метрологический анализ метода и алгоритмов бесконтактного измерения информативных составляющих перемещений подвижных объектов

Разработать установку для калибровки ИИС определения составляющих перемещений подвижных объектов и выполнить соответствующие экспериментальные исследования

Методы исследования. В диссертации использованы методы элементарной и векторной алгебры, тригонометрии, теория матриц, дифференциальное исчисление функций, теория механизмов и машин, теория систем, теория погрешностей, концепция векторных многокомпонентных физических величин Положения работы базируются на экспериментальном материале, полученном авгором на разработанном и внедренном стенде для экспериментальных исследований оптической ИИС определения составляющих перемещений подвижных объектов в Научно-техническом центре ФГУП «Самарский электромеханический завод» Научная новизна работы.

1 На основе концепции векторной многокомпонентной физической величины и анализа информативных компонентов многомерных перемещений подвижных объектов разработаны их математические модели, адекватно огражаю-щие процессы, приводящие к сложному перемещению контролируемых объектов

2 На основе полученных моделей разработаны положения метода многомерных тестовых объектов для задач оптических измерений составляющих сложных перемещений подвижных объектов, в соответствие с которыми на контролируемом объекте создается распределенный в пространстве многомерный объект с известными геометрическими параметрами, используемыми в соответствующих измерительно-вычислительных алгоритмах

3 Разработана методика и осуществлен синтез измерительно-вычислительных алгоритмов для оптических ИИС определения составляющих перемещений подвижных объектов, позволяющие восстанавливагь компоненты перемещений объектов в реальном пространстве по их плоским изображениям

4 Разработана математическая модель погрешностей метода многомерных тестовых объектов и выполнен метрологический анализ оптической ИИС определения составляющих перемещений подвижных объектов

Практическая ценность работы.

1 Разработана и внедрена оптическая ИИС определения составляющих сложных перемещений подвижных объектов, предназначенная для решения задач бесконтактной калибровки универсальных промышленных роботов, разработки 30 систем измерительного контроля параметров ходовой части автомобилей в процессе эксплуатационной диагностики, разработки специальных оптических систем наведения на подвижные объекты в области военных технологий

2 Разработанная на основе метода многомерных тестовых объектов методика синтеза измерительно-вычислительных алгоритмов позволяет оперативно перепрограммировать ИИС для практических приложений с различным количеством и качеством компонентов сложных перемещений, подлежащих определению в каждом конкретном случае

3 Разработана и внедрена в производство установка для калибровки оптической ИИС составляющих сложных перемещений подвижных объектов

4 Собран и исследован экспериментальный материал в процессе отработки измерительно-вычислительных алгоритмов ИИС на специально разработанной установке, позволяющий сделать выводы о широких перспективах их использования

Реализация результатов работы.

Результатом выполнения диссертационной работы является действующий образец оптической ИИС определения составляющих перемещений подвижных тестовых объектов, изготовленный и исследованный совместно в Научно-техническом центре ФГУП «Самарский электромеханический завод» и базовой кафедре «Радиотехнические системы» СамГТУ Создана установка для калибровки ИИС, выполнен комплекс экспериментальных и метрологических исследований, позволяющий сделать выводы о существенной практической значимости полученных результатов Способ измерения компонентов сложных перемещений объекта по патенту № 2315948 РФ, реализующий основные положения метода многомерных тестовых объектов, внедрен в производство, что подтверждается соответствующим актом об использовании изобретения

Основные положения, выносимые на защиту.

1 Оригинальные математические модели сложных перемещений подвижных объектов, адекватно отображающие информацию о важных компонентах движения, базирующиеся на концепции векторной многокомпонентной физической величины и отличающиеся многомерностью и многокомпонентностью величин, подлежащих измерению

2 Метод многомерных тестовых объектов для построения оптичеекпх ИИС определения информативных компонентов сложных перемещений подвижных

объектов, отличающийся тем, что на контролируемом объекте формируется распределенный в пространстве контрольный объект, обладающий известными геометрическими параметрами, используемыми в процессе реализации метода в качестве мер

3 Структура ИИС определения составляющих перемещений подвижных объектов и комплекс измерительно-вычислительных алгоритмов, отличающихся тем, что позволяют восстанавливать компоненты перемещений объектов в реальном пространстве по их плоским изображениям

4 Результаты экспериментальных исследований оптической ИИС определения составляющих перемещений подвижных объектов на специально разработанном стенде

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийской науч -техн конф «Актуальные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций» (12 05-13 05 2005г, 14 05-16 05 2007г - Самара Самарский государственный аэрокосмический университет), IV Международ науч -техн конф «Физика волновых процессов и радиотехнические измерения» (3 10-9 10 2005г - Н Новгород Нижегородский государственный технический университет), постоянно действующем науч -техн семинаре «Информационные, измерительные и управляющие системы» Самарского отделения Поволжского центра Метрологической академии России (2006 -2007гг - Самара Самарский государственный технический университет)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ, в том числе 6 статей (2 по перечню ВАК для кандидатских диссертаций), 3 тезисов докладов на научно-технических конференциях, 4 патента РФ на изобретения

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, заключения, библиографического списка и приложений Общий объем работы - 174 страницы, включая 58 рисунков, 8 таблиц, 12 страниц библиографического списка из 107 наименований и 4 приложений на 9 страницах

Личный вклад автора Автор сформулировал ряд задач, решение которых подпадает под реализацию концепции векторных многокомпонентных физических величин, предложил ряд математических моделей, описывающих сложные перемещения подвижных объектов в виде декомпозиции их составпяющих, представляющих определенную информационную ценность Разработал компоненты метода многомерных тестовых объектов, связанные с обоснованием формы тестового объекта, которые обусловили измерительно-вычислительные алгоритмы, необходимые для функционирования ИИС Принял участие в практической реализации ИИС и обеспечил разработку, монтаж и эксплуатацию установки для ее экспериментальных исследований

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, оп-редепены цель и задачи проводимых исследований, охарактеризована научная новизна и практическая ценность полученных результатов, сформулированы основные потожения, выносимые на защиту

В первом разделе выполнен анализ ряда практических задач, разчичаю-шихся стожностью объеюов конгротя и траекторий и\ перемещения в тречмер-

ном пространстве. Выявлены проблемы описания и определения составляющих: сложных перемещений, которые претерпевают простые объекты; простых перемещений, которые претерпевают сложные объекты; сложных перемещений, которые претерпевают сложные объекты.

Они возникают в процессе решения задач, связанных с определением параметров движения подвижных объектов специального назначения; систем бесконтактного измерения параметров ходовой части транспортных средств в процессе их диагностики; калибровки универсальных промышленных роботов.

На рисунке 1 показана графическая модель многокомпонентных перемещений простого объекта. Преобразование координат ^»,Х.¥.г}->{0„Х,.У,.7-/}, описывающее его перемещение в трехмерном пространстве, представлено в виде произведения однородных матриц 4x4 поворота и параллельного переноса:

С,.„ 01 С,

Л,

О

х.а Т

-у.<р

О7"

2.0 '

О7

(П

О'

I

I Г

О7

V 1 1--1

I л./ о7' I ]

(2)

где 0 - нулевой вектор-столбец, о' полученная транспонированием нулевая вектор-строка, I - единичная матрица размера 3x3; Сха, Су (,, С,д — матрицы

3x3 поворота на углы а, «7, в: \х = [/* 0 о|7',1>'=[о 1У о]г,1г = [о 0 /;]Г-матрицы перемещения на координатные составляющие Iх, !у,

Матрицы (1) и (2) характеризуют компоненты сложного перемещения простого объекта, которые представляют существенный интерес в ряде практических приложений. В матричной форме представлена также математическая модель сложных многокомпонентных перемещений шестизвенного шарнирного манипулятора универсального промышленного робота, модель которого показана на рисунке 2 .

Измерение компонентов сложных перемещений звеньев манипулятора необходимо для осуществления его калибровки, которая представляет собой совокупность операций по минимизации отклонений параметров реального робота от его математической модели.

Анализ простых и сложных перемещений различных объектов, выполненный в разделе на основе теории матриц, позволяет сделать выводы о том, что сложное перемещение можно рассматривать и представлять как композицию элементарных, несущих информацию о состоянии контролируемого объекта или процесса.

Компоненты сложных перемещений подвижных объектов в аналитическом виде можно представить однородными матрицами размера 4x4. Элементы таких однородных матриц несут информацию о составляющих сложных перемещений подвижных объектов в процессе изменения положения и ориентации в пространстве.

Как показали выполненные исследования, наиболее перспективными для решения поставленных задач являются оптические методы измерения. Проблема оптических измерений составляющих многокомпонентных перемещений обусловлена, во-первых, невозможностью однозначного восстановления координат реального объекта по его плоскому изображению (рисунок 3), Рисунок 3-Схема получения изображения что слеДует из уравнений связи

координат изображения и координат реального объекта:

ЛГ = *0/Я(Л-2), Г = у0/Х(Л~г), (3)

где Л - фокусное расстояние линзы, (*0,уо) - координаты точки изображения, (Х,У,7) - координаты точки в трехмерном пространстве.

Во-вторых, информативные составляющие сложных перемещений движущихся объектов при оптических измерениях отображаются на плоскость изображения и сформулированная проблема измерений значительно осложняется, так как движение точек изображения подвижного объекта может характеризовать (и характеризует) компоненты перемещений, неразличимые по траекториям движения точек изображения.

Во втором разделе на основе концепции векторной многокомпонентной физической величины и анализа информационных графических моделей сложных перемещений разработаны математические модели многокомпонентных перемещений подвижных объектов, адекватно отражающие реально протекающие процессы. Выполнен анализ и представлена классификация систем технического зрения.

На основе полученных моделей разработаны положения метода многомерных тестовых объектов для задач оптических измерений составляющих сложных перемещений подвижных объектов.

Сущность метода многомерных тестовых объектов сводится к тому, что для обеспечения процесса измерения информативных составляющих перемещений контролируемого объекта на нем создастся распределенный в пространстве контрольный объект, обладающий известными с высокой точностью геометрическими параметрами, которые используются в процессе реализации метода в качестве мер Параметры многомерного тестового объекта отражают многомерность контролируемых перемещений и функционально связываются с ними в процессе формирования соответствующих измерительно-вычислительных алгоритмов

В общем случае модель проекций на координатные оси величины X, характеризующей многокомпонентные перемещения контролируемого объекта и включающей в себя составляющие проекций многомерного многокомпонентного теста на соответствующие координатные оси имеет вид

где Хх(г,г), Ху(г,г). Х,(г,г) - проекции многокомпонентною перемещения Х(г,г)

на оси декартовой системы координат, г - радиус-вектор от начала базовой системы координат до контролируемой точки исследуемого объекта, т - время, Х|,(г,г), ,хр$(г,г) - информативные компоненты 5-й ( 5е {ж,>',.?}) координатной составляющей многокомпонентного перемещения х(г,г), р - количество информативных компонентов многокомпонентного перемещения, Ь1( , ьд5 -компоненты 5-й координатной составляющей Ь, многомерного тесга Ь, д -количество компонентов ¿-й координатной составляющей многомерного теста Ь, К - функция связи компонентов хь.(г,г), , х^.(г,т) и коорди-

натной составляющей Ь, многомерного теста Ь

В соответствии с положениями метода для определения информативных компонентов хь(г,г), , ^ (г.г) $-й координатной составляющей многокомпонентного перемещения х(г, т) записываются п измерительных уравнений

где >'] (г, г), , >'„(г, г) - функции перемещений ¡-й точки изображения контролируемого объекта относительно выбранной на изображении метки, р,{хь(г,г), ,хДг,г),Ьи, ,ьД ,ррК(г,г), ,хДг,г),Ь15, - векторные функ-

ции множества составляющих их информативных компонентов Х]„(г,г), , х^(г,г), подлежащих определению, и компонентов Ь15, , .у-й координатной составляющей многомерного теста Ь

[п>р^, (5)

Условием существования измерительно-вычислительных алгоритмов (6) является тождественное неравенство нулю якобиана (7).

¿ьМ-ЛШчМ ЛМ)

"эг,(г.т)

Последнее обеспечивается реализацией «асимметрии» величин У,(г, т\ , У„(г, г) относительно составляющих их компонентов х14(г,г), ,хр1(г,т)

и , которая выражается неравенством-

В соответствие с положениями концепции векторной многокомпонентной физической величины и многомерного многокомпонентного теста функции связи мо1уг быть представлены в виде следующей универсальной модели

+ £ Ъ/д^Аъ*)' (9)

£ В=1 5 7=1

где 1 - порядковый номер векторной функции множества составляющих их информативных компонентов х15(г,т), , хр;(г,г) и компонентов , 5-и координатной составляющей Ь^ многомерного теста Ь в системе уравнений (5), $е{д:,у,г} - множество координатных составляющих, и - порядковый номер компонентов многокомпонентного теста ] - порядковый номер информативных компонентов координатной составляющей многокомпонентного перемещения хДг, г), у|ц5 е[од] - весовые коэффициенты, отражающие отсутствие - 0 или наличие соответствующей части - (0,1] соответствующей компоненты многокомпонентного теста в модели (9), е {0,1} - весовые коэффициенты, отражающие отсутствие - 0 или наличие - 1 соответствующей информативной компоненты хр{г,т) в модели (9).

Используя (9), можно представить модель (4) в следующем виде

Ч Р

Х«(г,г)= &1ихЬш+ 2 Г!ухх^(г,т), и=\ ./«I

(10)

ч р

хгу(г'г)= X У1иуЬ1у+ £ ЩуХ^т.т), </=1 ]=\

Ч Р

Х,2(Г,7)= Ё^Ьщ + £ Т1,рх^(г,г), а=1 7=1

где векторы Ьиу, ц

вах, совпадающих с соответствующими осями декартовой системы координат

Такое представление многокомпонентных перемещений позволяет ввести процедуру формального генерирования функций К, (г, г), , у „(г, г) перемещений ей точки изображения контролируемого объекта относительно выбранной на изображении метки в системе уравнений (5). Формальная процедура обеспечи-

вается введением соответствующих комбинационных коэффициентов в модели многокомпонентных физических величин (10) и позволяет процесс генерирования уравнений в системе (5) и вытекающий отсюда процесс поиска соответствующих измерительно-вычислительных алгоритмов для определения искомых информативных составляющих многокомпонентных перемещений осуществлять в автоматизированном режиме

Обозначив комбинационные коэффициента учитываю-

щие направления векторов Ьш и хр в пространстве соответствующих координатных осей или их отсутствие, можем перейти от векторной модели (10) к скалярной-

где

Я Р

к=1 у=1

Ч Р

11=1 ]=1

Ч Р Х,г(гл)= ЁбиЛвАя + £ СугЧугХ^Г.т),

а=1 )=1

+1, если проекции векторов х^ совпадают с

(И)

направлением соответствующей оси координат; -1,если проекции векторов , Хр не совпадают с направлением соответствующей оси координат, О, если соответствующая компонента отсутствует.

В соответствие с методическими требованиями и учетом моделей (9), (11) система уравнений (5) для изображений компонентов перемещений и составляющих многомерных тестов на чувствительной плоскости приемника изображения записывается в следующем виде

Гч {х.у.г) р 1

[ I и~\ з ]-\ }

п=р 4-1, (12)

уП(г,т)=к1 2 ТИп^кк^и* + X I(г,г)}.,

( 5 11=1 3 ]-1

где У1(г,г), , у„(г,г) - расстояния от выбранных на чувствительной плоскости приемника изображения меток до I -х точек изображения контролируемого объекта, к - коэффициент передачи оптического преобразователя.

Модель (12) вследствие наличия комбинационных коэффициентов г],^, , и показателей р и <7 количества информативных компонентов

перемещения и составляющих многомерного теста дает большой простор как для реализации самого метода многомерных тестов, так и для варьирования задач определения информативных компонентов перемещений контролируемых объектов по степени их сложности и информативности.

11

В третьем разделе выполнен анализ возможных вариантов структурной реализации ИИС Специфика решаемых в диссертационной работе задач позволила обосновать и выбрать для реализации ИИС подход, основанный на прямом доступе к памяти микроЭВМ (рисунок 4)

На рисунке 4 обозначено ВК - видеокамера, БВЗО - блок видеозахвата и оцифровывания, МП - микропроцессор, ОЗУ - оперативное запоминающее устройство, ППЗУ - перепрограммируемое запоминающее устройство, ПЗУ - постоянное запоминающее устройство, М-р -монитор, УУ - устройство управления, НМД -накопитель на магнитных дисках, СЩ - системная шина На основе выбранного решения реализованы два варианта ИИС, отличающиеся в зависимости от решаемых задач конструк-Рисунок 4 - Структура ИИС тивным исполнением со стационарным и с

переносным компьютером В обоих случаях использованы унифицированные стандартные блоки, что существенно облегчает и ускоряет процесс разработки и практического применения ИИС

В качестве входного блока использована видеокамера Image Sensor Camera ZC-FI1CH3 В портативном варианте ИИС использована плата видеозахвага AVerTV Hybrid Express, встраиваемая в переносной компьютер В стационарном варианте использована плата видеозахвата PixelView ConexantCX23881

В разделе представлена методика разработки измерительно-вычислительных алгоритмов для оптических ИИС определения составляющих перемещений подвижных объектов и приведены примеры ее реализации для некоторых практических приложений

Методика иллюстрируется рисунками 5 и б В соответствие с (12) записывается система уравнений

Y¡=k(x 1+х2), Y2=k(-Lx/2 + Xl), Yi=k(Lx+xl~x2); У4 =Аг(Лу/2 + хз), У5 =¿(¿j,/2 + *3-X4), где Y2, К3, }'4, }'5 - изображения многокомпонентных перемещений соответствующих точек контрольного объекта, отсчитываемых от меток Ml5 М2, Мз и М4 в направлениях, показанных на рисунке 6 пунктирными стрелками, l.x, L v -приведенные к скалярной модели компоненты многомерного теста L

В соответствие с (7) якобиан для системы уравнений (13) Ja = 2k4Lx + О Система уравнений (13) разрешима относительно информативных компонентов Xj, х2, хг, хА Соответственно, измерительно-вычислительные алгоритмы для определения составляющих перемещения объема АВСД, описанных однородной матрицей композиции преобразований lTs - T[h xjVi „Ty,a,T¡j3./? и показанных на рисунке 5, полученные в соответствие в соответствие с (6), имеют вид х, ^ £r/2((>, + Íз +2У2)/(У, + Y3-2У2)1 (14) = ¿Х/2((ЗГ, -2У2 ->3)/(Г, + У3 -2Г2)), (15)

(13)

x^Lx{2YjYl+Y3-2Y2)-Ly/2, (16) хл = LX(2(Y4-Ys)/Yl+Y3-2Y2). (17)

Рисунок 5 - Графическая модель перемещения тес- РисУн°к 6 - Дважды инвертированное тового объекта АВСД: Lx, Ly - известные пара- изображение abed объекта АВСД,

, - , „ . фиксируемое видеокамерой и отобра-мстры тестового объекта; 1,2,3,4,5 — положения тес-

к , жающее последовательность положе-тового объекта, полученные путем декомпозиции г __

^ 1 нии изображения контролируемого

результирующего перемещения; xj, Xj, х4 - объекта

информативные компоненты результирующего перемещения тестового объект а

Полученные измерительно-вычислительные алгоритмы, будучи реализованными программно в структуре системы, показанной на рисунке 4, завершают процесс синтеза оптической ИИС.

В четвёртом разделе выполнен анализ источников методических погрешностей оптических ИИС, реализуемых на основе метода многомерных тестовых объектов.

Получена математическая модель методических погрешностей ИИС:

,=\dYij=ldXj

/=i

dY.^idl,

n = (/> + l) (18)

где /5 ,...,/„ - выражения соответствующих измерительно-вычислительных алгоритмов, 7] ,...,¥„ - изображения многокомпонентных перемещений соответствующих точек контрольного объекта, отсчитываемых от меток, закрепленных в определенных координатах чувствительной поверхности видеокамеры, до соответствующих точек контролируемого изображения, Дх1,...,Дх/, — отклонения

значений информативных компонентов измеряемых перемещений в моделях от их истинных значений, - отклонения параметров многомерного тес-

тового объекта в моделях от их истинных значений, Ак, — отклонение коэффи-

циента /с, преобразования оптической системы от номинального значения.

В разделе получены выражения методических погрешностей оптических ИИС определения составляющих сложных перемещений в некоторых практических приложениях. Па основе анализа построенных моделей найдены условия минимизации методических погрешностей.

Пятый раздел посвящен экспериментальному исследованию оптической ИИС определения составляющих перемещений подвижных объектов. Для отработки технологий метода и апроби- _

рования математических моделей у "Т""

многокомпонентных перемещений / [ —

многомерных тестовых объектов на / '"***" /

Самарском электромеханическом П.

Рисунок 7 - Установка для экспериментальных исследований оптической ИИС

Установка состоит из видеокамеры, многомерного тестового объекта, персонального компьютера с платой видеозахвата и механизма многокомпонентных перемещений, обеспечивающего пять степеней

свободы тестового объекта. Погрешности позиционирования механизма перемещения установки: по оси ОХ не превышали 0,025 мм., по оси ОУ и 07. -0,01 мм.

К -У

Рисунок 8 - Схема алгоритма работы оптической ИИС определения составляющих сложных перемещений подвижных объектов

заводе создана установка для калибровки оптической ИИС составляющих сложных перемещений подвижных объектов, фотография которой представлена на рисунке 7.

На рисунке 8 показана схема алгоритма работы ИИС, который включает в себя блоки ввода условий задачи с получением измерительно-вычислительных алгоритмов, калибровки системы и цикла определения значений информативных компонентов перемещений тестового объекта.

Примеры результатов градуировок ИИС на разработанной установке представлены на рисунках 9 - 10.

Значение дисперсии повторяемости для линейной информативной

компоненты равно 0,5504мм2, а для углов поворота вокруг вертикальной оси -0,0313 град1 -

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе обоснован и разработан метод бесконтактного измерения информативных составляющих сложных перемещений подвижных объектов, реализованный в оптической ИИС. Система предназначена для определения компонентов перемещения подвижных объектов специального назначения, систем бесконтактного измерения параметров ходовой части транспортных средств и решения проблемы калибровки универсальных промышленных роботов.

Основные результаты и выводы по работе:

1. Анализ перемещений объектов специального назначения, звеньев манипуляторов универсальных промышленных роботов в процессе их калибровки, колес в процессе диагностики ходовой части автомобилей показал необходимость разложения сложных перемещений на компоненты, характеризующиеся различным информационным содержанием.

2. Показана перспективность использования оптических систем в решении проблемы измерения составляющих сложных перемещений подвижных объектов различного назначения. Выявлена проблема оптических измерений составляющих многокомпонентных перемещений, обусловленная невозможностью однозначного восстановления координат реального объекта по его плоскому изображению.

3. Представленные математические модели сложных перемещений простых и сложных объектов согласуются с концепцией векторных многокомпонентных физических величин и являются основой системного подхода к решению проблемы измерения указанных компонентов.

4. На основе полученных моделей разработаны положения метода многомерных тестовых объектов для задач оптических измерений компонентов сложных перемещений подвижных объектов.

Рисунок 9 - Градуировочная характеристика оптической ИИС для компоненты перемещения вдоль оси ОХ

О 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Рисунок 10 - Градуировочная характеристика оптической ИИС для компоненты перемещения вдоль оси ОУ

5 Метод многомерных тестовых объектов, являясь эффективным инструментом, устраняющим неопределенность восстановления компонентов реальных перемещений подвижных объектов по их плоским изображениям, является теоретической базой построения оптических ИИС определения составляющих сложных перемещений подвижных объектов широкого назначения

6 Комбинационный аппарат формального синтеза измерительно-вычислительных алгоритмов ИИС многокомпонентных физических величин позволяет осуществить автоматизированный синтез вариантов, приемлемых при решении конкретных измерительных задач

7 Оригинальность технических решений обусловлена новизной методики синтеза измерительно-вычислительных алгоритмов для оптических ИИС определения составляющих перемещений подвижных объектов и подтверждена патентом № 2315948 РФ на изобретение «Способ измерения компонентов сложных перемещений объекта»

8 Разработанный метод измерения позволяет заложить в основу аппаратных средств ИИС унифицированные блоки и устройства, что упрощает ее техническую реализацию, уменьшает себестоимость и обеспечивает быструю адаптацию под различные задачи

9 Достоверность основных положений и выводов диссертации подтверждена экспериментальными исследованиями ИИС, выполненными на специально разработанном стенде в НТЦ ФГУП «Самарский электромеханический завод»

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

1 Нестеров В Н, Мухин В М, Мещанов А В Метод многомерных тестовых объсюов в оптических ИИС определения составляющих многокомпонентных перемещений // Известия Волгоградского государственного технического университета Серия Электроника, измерительная техника, радиотехника и связь -2008 -Вып 2 -С 74-79

2 Нестеров В Н, Мухин В М, Мещанов А В Принципы построения опш-ческих систем контроля параметров движения подвижных целей на основе метода многомерных тестовых объектов // Боеприпасы и спецхимия - 2007 - № 4 -С 90-94

3 Нестеров В Н, Мухин В М, Мещанов А В Метод многомерных тестовых объектов в оптических ИИС для определения параметров ходовой части автомобилей в процессе их диагностики // Информационные, измерительные и управляющие системы н -т сб Самарского отделения Поволжского центра Метрологической академии России / Под ред проф В Н Нестерова - Самара Изд Самарского научного центра РАН - 2007 - Вып 3 - С 57-72

4 Мухин В М, Нестеров В Н, Жмуров ДБ , Мещанов А В Установка для калибровки оптической ИИС составляющих сложных перемещений подвижных объектов // Информационные, измерительные и управляющие системы н -т сб Самарского отделения Поволжского центра Метрологической академии России / Под ред проф В Н Нестерова - Самара Изд Самарского научного цен фа РАН -2007 - Вып 3 -С 132-140

5 Нестеров ВН, Мухин ВМ Принципы функционирования оптических ИИС параметров движения подвижных целей на основе метода многомерных тестовых объектов // Актуальные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций Материалы Всероссийской н-т конф 14 05-16 05 2007г, г Самара -Самара СГАУ -2007 - С 149-154

6 Мухин В М, Нестеров В Н, Жмуров Д Б , Мещанов А В Калибровка оптической ИИС многомерных перемещений подвижных объектов // Актуальные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций Материалы Всероссийской н-т конф 14 05-16 05 2007г,г Самара - Самара СГАУ -2007 -С 141-148

7 Нестеров В Н, Мухин В М Структурные и технологические методы в задачах построения инвариантных измерительных преобразователей // Вестник Самарского государственного технического университета Серия Технические науки -2006 -Вып 40 -С 104-111

8 Нестеров В Н, Мухин В М Структурные и технологические методы синтеза инвариантных измерительных преобразователей // Информационные, измерительные и управляющие системы н -т сб Самарского отделения Поволжского центра Метрологической академии России / Под ред проф В Н Нестерова -Самара СамГТУ. - 2006 - Вып 2 - С 51 -63

9 Нестеров В Н, Мухин В М Методы стабилизации параметрических преобразователей для радиотехнических измерений // Физика и технические приложения волновых процессов Тезисы докладов IV Международ н-т конф 3 10 -

9 10 2005г Приложение к журналу «Физика волновых процессов и радиотехнические измерения» / Под ред В А Неганова, Г П Ярового - Н Новгород, 2005 -С 294-295

10 Пат 2315948 РФ, МПК G 01 В 11/00 Способ измерения компонентов сложных перемещений объекта / ВН Нестеров, А В Мещанов, В М. Мухин -№2006114270/28, заявл 26 04 2006, опубл 27 01 2008, Бюл №3

11 Пат 2307315 РФ, МПК G 01 В 7/00 Информационно-измерительная система перемещений и деформаций объекта / ВН. Нестеров, ДБ Жмуров, ВМ Мухин - №2005140833/28, заявл 26 12 2005, опубл 27 09 2007, Бюл №27

12 Пат 2297009 РФ, МПК G 01 R 17/10 Измерительный преобразователь / ВН Нестеров, ВМ Мухин - №2005136753/28, заявл 25 11 2005, опубл

10 04 2007, Бюл № 10

13 Пат 2297638 РФ, МПК G 01 R 17/10 Измерительный преобразователь / ВН Нестеров, ВМ Мухин - №2005140832/28, заявл 26 12 2005, опубл 20 04 2007, Бюл № 11

Формат 60х60ч84 Уел печ л 1,0 Тираж 100 экз Заказ №42 Огпечатано на ризографе Самарский государственный технический университет Отдел типографии и оперативной печати. 443100 г Самара, ул Молодогвардейская, 244

ВВЕДЕНИЕ.

1 АНАЛИЗ ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ И МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ СЛОЖНЫХ

ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ.

1.1 Задачи определения составляющих сложных перемещений подвижных объектов.

1.2 Математическое представление составляющих перемещений подвижных объектов.

1.2.1 Математическое представление составляющих сложных перемещений простых объектов.

1.2.2 Математическое представление составляющих сложных перемещений сложных объектов.

1.3 Методы и средства измерения составляющих перемещений подвижных объектов.

1.4 Проблема измерения составляющих сложных перемещений подвижных объектов и постановка задачи исследования.

Выводы по разделу 1.

2 ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ ОПТИЧЕСКОЙ ИИС ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ СЛОЖНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ.

2.1 Информационные графические модели сложных многокомпонентных перемещений подвижных объектов.

2.2 Математические модели сложных многокомпонентных перемещений подвижных объектов.

2.3 Системы технического зрения и их классификация.

2.4 Способ восстановления координат подвижных объектов по их изображению с использованием тестовых объектов.

2.5 Метод многомерных тестовых объектов в задачах определения составляющих перемещений подвижных объектов по их изображениям.

Выводы по разделу 2.74'

3 ОПТИЧЕСКАЯ ИИС ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ СЛОЖНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ.

3.1 Структура и реализация оптической ИИС определения составляющих сложных перемещений подвижных объектов.

3.2 Методика,синтеза измерительно-вычислительных алгоритмов для оптических ИИС определения составляющих перемещений подвижных объектов.

3.3 Синтез измерительно-вычислительных алгоритмов оптических ИИС определения составляющих перемещений подвижных объектов.

3.4 Реализация измерительно-вычислительных алгоритмов оптических ИИС для некоторых практических приложений.

Выводы по разделу 3.

4 МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОГРЕШНОСТИ ОПТИЧЕСКОЙ

ИИС ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ.

4.1 Источники методических погрешностей оптической ИИС и определения составляющих перемещений подвижных объектов.

4:2 Математическая модель методических погрешностей оптических ИИС, реализующих метод многомерных тестовых объектов.

4.3 Методические погрешности оптических ИИС определения составляющих перемещений в некоторых практических приложениях.

Выводы по разделу 4.

5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКОЙ

ИИС ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ.

5.1 Установка для градуировки и поверки оптической ИИС определения составляющих перемещений подвижных объектов.

5.2 Алгоритм работы оптической ИИС определения составляющих перемещений подвижных объектов.

5.3 Методика и результаты экспериментальных исследований оптической ИИС определения составляющих сложных перемещений подвижных объектов.

Выводы по разделу 5.

Актуальность проблемы. Современное развитие измерительных технологий и идеология построения информационно-измерительных систем (ИИС) в значительной степени определяются все более сложным и многофакторным характером изучаемых процессов и явлений, адекватное отражение которых в получаемых измерительных данных требует системного подхода как к описанию изучаемого или контролируемого объекта, так и к методам построения измерительных структур. Говоря о проблемах измерения и контроля механических параметров и параметров движения подвижных объектов, следует отметить большое количество задач, решение которых базируется на разнообразных методах и средствах, адаптированных, прежде всего, к конкретной специфике контролируемого параметра движения или механического параметра [1-5]. Сложность современных пространственно управляемых механических систем, претерпевающих многомерные многокомпонентные перемещения или обладающих кинематикой со многими степенями свободы, вывели на передний план проблемы адекватного математического опи- ;< сания названных процессов и разработки на этой основе метода и средств бесконтактного определения информативных составляющих параметров движения подвижных объектов, необходимых для успешного выполнения ими целевых функций.

Решение обозначенных проблем усугубляется тем, что сложность моделей контролируемых объектов определяется количеством и качеством факторов, учитываемых при их формировании, и зависит от конструктивных особенностей и режимов их функционирования. Различия в сложности исследуемых объектов и процессов, приводящих к разным по виду и информативности перемещениям, делает необходимым выделить следующие подпроблемы, каждая из которых представляет существенный интерес для соответствующих практических применений:

- проблема описания и определения составляющих сложных перемещений, которые претерпевают простые объекты;

- проблема описания и определения составляющих простых перемещений, которые претерпевают сложные объекты;

- проблема описания и определения составляющих сложных перемещений, которые претерпевают сложные объекты.

Первая из перечисленных подпроблем возникает в процессе решения практических задач, связана с проектированием систем бесконтактного измерения параметров ходовой части транспортных средств в процессе их диагностики, а также систем ближней локации и определения параметров движения подвижных систем специального назначения.

Проблема описания и определения составляющих простых и сложных перемещений, которые претерпевают сложные объекты, возникает в процессе решения прямой и обратной кинематических задач при разработке и расчете манипуляторов универсальных промышленных роботов, а также при решении проблемы калибровки роботов — процесса, приводящего в соответствие математическую модель манипулятора, закладываемую в систему управления, с его реальными параметрами [6-9].

Перечисленные проблемы взаимосвязаны и их решение сопряжено с необходимостью обоснования и разработки общей идеологии моделирования многокомпонентных многомерных перемещений подвижных объектов. Сложность последних определяет вид и сложность моделей подлежащих определению компонентов перемещения, а также метод и средства измерения названных параметров движения. Отсутствие единой информационной модели контролируемых процессов затрудняет качественный и количественный выбор метода и средств измерения, а также обработку получаемых результатов с целью получения целостной картины их протекания. Вид информационной модели определяет метод измерения и структуру ИИС, отвечающих в наибольшей степени предъявляемым требованиям. Системный подход к проектированию ИИС отражен в ряде структурных и алгоритмических методов, основанных на информационной избыточности, где дополнительная информация на входе или в структуре системы позволяют повысить качество и (или) количество получаемой информации.

Проблемы системного синтеза и анализа освещены в работах Т.М. Алиева, Э.М. Бромберга, Д.А. Браславского, Л.И. Волгина, М.А. Земельмана, К.Л. Куликовского, А.И. Мартяшина, Ю.П. Мухи, В.Н. Нестерова, П.П. Ор-натского, Б.Н. Петрова, Ю.А. Скрипника, М.П. Цапенко, Э.И. Цветкова, В.П. Шевчука, А.Н. Шилина и других [10-29], которые послужили фундаментом для настоящей работы.

Цель и задачи работы. Целью работы является обоснование и разработка метода бесконтактного измерения информативных составляющих сложных перемещений подвижных объектов и создание на этой базе ИИС определения информативных компонентов сложных перемещений подвижных объектов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Выполнить анализ объектов измерения и построить математиче- -ские модели, адекватно отражающие процессы, подлежащие контролю в процессе измерений.

2. Проанализировать методы и средства и выявить их возможности для решения задач определения составляющих многокомпонентных перемещений подвижных объектов.

3. Обосновать и предложить подходы для системного решения проблемы измерения информативных составляющих многокомпонентных перемещений подвижных объектов применительно к кругу задач:

- описания и определения составляющих сложных перемещений, которые претерпевают простые объекты;

- описания и определения составляющих простых перемещений, которые претерпевают сложные объекты.

4. На основе предложенных подходов предложить метод построения и структуру ИИС для определения информативных компонентов перемещений подвижных объектов и разработать необходимые для ее функционирования измерительно-вычислительные алгоритмы.

5. Выявить источники погрешностей и осуществить метрологический анализ метода и алгоритмов бесконтактного измерения информативных составляющих перемещений подвижных объектов.

6. Разработать установку для калибровки ИИС определения составляющих перемещений подвижных объектов и выполнить соответствующие экспериментальные исследования.

Методы исследования. Для решения поставленных задач в диссертации использованы методы элементарной и векторной алгебры, тригонометрии, теория матриц, дифференциальное исчисление функций, теория механизмов и машин, теория систем, теория погрешностей, концепция векторных многокомпонентных физических величин. Положения работы базируются на экспериментальном материале, полученном автором на разработанном и внедренном им стенде для калибровки оптической ИИС определения составляющих перемещений подвижных объектов в Научно-техническом центре ФГУП «Самарский электромеханический завод».

Научная новизна работы.

1. На основе концепции векторной многокомпонентной физическойг величины и анализа информативных компонентов многомерных перемещений подвижных объектов разработаны их математические модели, адекватно отражающие процессы, приводящие к сложному перемещению контролируемых объектов.

2. На основе полученных моделей разработаны положения метода многомерных тестовых объектов для задач оптических измерений составляющих сложных перемещений подвижных объектов, в соответствие с которыми на контролируемом объекте создается распределенный в пространстве многомерный объект с известными геометрическими параметрами, используемыми в соответствующих измерительно-вычислительных алгоритмах.

3. Разработана методика и осуществлен синтез измерительно-вычислительных алгоритмов для оптических ИИС определения составляющих перемещений подвижных объектов, позволяющие восстанавливать компоненты перемещений объектов в реальном пространстве по их плоским изображениям.

4. Разработана математическая модель погрешностей метода многомерных тестовых объектов и выполнен метрологический анализ оптической ИИС определения составляющих перемещений подвижных объектов.

Практическая ценность работы.

1. Разработана и внедрена оптическая ИИС определения составляющих сложных перемещений подвижных объектов, предназначенная для решения задач бесконтактной калибровки универсальных промышленных роботов, разработки 3D систем измерительного контроля параметров ходовой части автомобилей в процессе эксплуатационной диагностики, разработки специальных оптических систем наведения на подвижные объекты в области военных технологий.

2. Разработанная на основе метода многомерных тестовых объектов * методика синтеза измерительно-вычислительных алгоритмов позволяет оперативно перепрограммировать ИИС для практических приложений с различным количеством и качеством компонентов сложных перемещений, подлежащих определению в каждом конкретном случае.

3. Разработана и внедрена в производство установка для калибровки оптической ИИС составляющих сложных перемещений подвижных объектов.

4. Собран и исследован экспериментальный материал в процессе отработки измерительно-вычислительных алгоритмов ИИС на специально калибровочной установке, позволяющий сделать выводы о широких перспективах их использования.

Реализация результатов работы.

Результатом выполнения диссертационной работы является действующий образец оптической ИИС определения составляющих перемещений подвижных тестовых объектов, изготовленный и исследованный совместно в Научно-техническом центре ФГУП «Самарский электромеханический завод» и базовой кафедре «Радиотехнические системы» СамГТУ. Создана установка для калибровки ИИС, выполнен комплекс экспериментальных и метрологических исследований, позволяющий сделать выводы о существенной практической значимости полученных результатов. Способ измерения компонентов сложных перемещений объекта по патенту № 2315948 РФ, реализующий основные положения метода многомерных тестовых объектов, внедрен в производство, что подтверждается соответствующим актом об использовании изобретения.

Достоверность полученных результатов обусловлена четкой и прозрачной аргументацией базовых положений, являющихся основой выполненных разработок, корректным использованием математических и технических методов и приемов, большим объемом экспериментальных исследований.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Оригинальные математические модели сложных перемещений под- ■ вижных объектов, адекватно отображающие информацию о важных компонентах движения, базирующиеся на концепции векторной многокомпонентной физической величины и отличающиеся многомерностью и многокомпо-нентностью величин, подлежащих измерению.

2. Метод многомерных тестовых объектов для построения оптических ИИС определения информативных компонентов сложных перемещений подвижных объектов, отличающийся тем, что на контролируемом объекте формируется распределенный в пространстве контрольный объект, обладающий известными геометрическими параметрами, используемыми в процессе реализации метода в качестве мер.

3. Структура ИИС определения составляющих перемещений подвижных объектов и комплекс измерительно-вычислительных алгоритмов, отличающихся тем, что позволяют восстанавливать компоненты перемещений объектов в реальном пространстве по их плоским изображениям.

4. Результаты теоретических и экспериментальных исследований оптической ИИС определения составляющих перемещений подвижных объектов на специально разработанном стенде.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийской науч.-техн. конф. «Актуальные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций» (12.05-13.05.2005г., 14.05-16.05.2007г. — Самара: Самарский государственный аэрокосмический университет), IV Международ, науч.-техн. конф. «Физика волновых процессов и радиотехнические измерения» (3.10 - 9.10.2005г. -Н.Новгород: Нижегородский государственный технический университет), постоянно действующем науч.-техн. семинаре «Информационные, измерительные и управляющие системы» Самарского отделения Поволжского центра Метрологической академии России (2006 - 2007гг. - Самара: Самарский государственный технический университет).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ, в том числе 6 статей (2 по перечню ВАК для кандидатских диссертаций), 3 тезисов докладов на научно-технических конференциях, 4 патента РФ на изобретения.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, заключения, библиографического списка и приложений. Общий объем работы - 174 страницы, включая 58 рисунков, 8 таблиц, 12 страниц библиографического списка из 107 наименований и 4 приложений на 9 страницах.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Анализ перемещений объектов специального назначения, звеньев манипуляторов универсальных промышленных роботов в процессе их калибровки, колес в процессе диагностики ходовой части автомобилей показал необходимость разложения сложных перемещений на компоненты, характеризующиеся различным информационным содержанием.

2. Показана перспективность использования оптических систем в решении проблемы измерения составляющих сложных перемещений подвижных объектов различного назначения. Выявлена проблема оптических измерений составляющих многокомпонентных перемещений обусловленная невозможностью однозначного восстановления координат реального объекта по его плоскому изображению. -

3. Представленные математические модели сложных перемещений про- \ стых и сложных объектов согласуются с концепцией векторных многокомпонентных физических величин и являются основой системного подхода к решению проблемы измерения указанных компонентов. с

4. На основе полученных моделей разработаны положения метода многомерных тестовых объектов для задач оптических измерений компонентов сложных перемещений подвижных объектов.

5. Метод многомерных тестовых объектов, являясь эффективным инструментом, устраняющим неопределенность восстановления компонентов реальных перемещений подвижных объектов по их плоским изображениям, является теоретической базой построения оптических ИИС определения составляющих сложных перемещений подвижных объектов широкого назначения.

6. Комбинационный аппарат формального синтеза измерительно-вычислительных алгоритмов ИИС многокомпонентных физических величин позволяет осуществить автоматизированный синтез вариантов, приемлемых при решении конкретных измерительных задач.

7. Оригинальность технических решений обусловлена новизной методики синтеза измерительно-вычислительных алгоритмов для оптических ИИС определения составляющих перемещений подвижных объектов и подтверждена патентом №. 2315948 РФ на изобретение «Способ измерения компонентов сложных перемещений объекта».

8. Разработанный метод измерения позволяет заложить в основу аппаратных средств ИИС унифицированные блоки и устройства, что упрощает ее техническую реализацию, уменьшает себестоимость и обеспечивает быструю адаптацию под различные задачи.

9. Достоверность основных положений и выводов диссертации подтверждена экспериментальными исследованиями ИИС, выполненными на специально разработанном стенде в НТЦ ФГУП «Самарский электромеханический завод».

1. Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти т. / Ред. В.Н. Челомей (пред). М.: Машиностроение, 1980. - Т.З. Колебания машин, конструкций и их элементов / Под ред. Ф.М. Диментберга и К.С. Колесникова. - 1980. - 544 с.

2. Механика промышленных роботов: Учеб. пособие для втузов: В 3 кн. / Под ред. К.В. Фролова, Е.И. Воробьева. Кн. 1: Кинематика и динамика / Е.И. Воробьев, С.А. Попов, Г.И Шевелева. М.: Высш. шк., 1988. - 304 с.

3. Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти т. / Ред.совет. В.Н. Челомей (пред). М.: Машиностроение, 1981. - Т.5. Измерения и испытания / Под ред. М.Д. Генкина. - 1981. - 496 с.

4. Кинематика, динамика и точность механизмов: Справочник / Под .ред. Г.В. Крейнина. М.: Машиностроение, 1984. - 244 с.

5. Измерения в промышленности: Справочник / Под ред. П: Профоса: Пер. с нем. М.: Металлургия, 1980. - 648 с. •

6. Фу К., Гонсалес Р., Ли К. Робототехника: Пер. с англ. М.: Мир, 1989.-624 с.

7. Пшихопов В.Х. Математические модели манипуляционных роботов: Учеб. пособ. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2004. — 112 с.

8. Нестеров В.Н., Жеребятьев К.В. Измерительный контроль погрешностей калибровки шарнирных манипуляторов универсальных промышленных роботов ПР125, ПР150, ПР200 // Вестник Самарского государственного технического университета. 2004. Вып. №24. — С. 196-198.

9. Ю.Алиев Т.М., Тер-Хачатуров А.А., Шекиханов A.M. Итерационные методы повышения точности измерений. М.: Энергоатомиздат, 1986. — 168с.

10. Арутюнов П.А. Теория и применение алгоритмических измерений.- М.: Энергоатомиздат, 1988. 256 с.

11. Бромберг Э.М., Куликовский K.JI. Тестовые методы повышения точности измерения. — М.: Энергия, 1979. — 176 с.

12. Браславский Д.А., Петров В.В. Точность измерительных устройств. М.: Машиностроение, 1976. - 312 с.

13. Лихтциндер Б.Я., Широков С.М. Многомерные измерительные устройства. — М.: Энергия, 1978. 312 с. • ' '

14. Муха Ю.П., Авдеюк О.А., Королева И.Ю. Алгебраическая теория синтеза сложных систем. — Волгоград: ВолгГТУ, 2003. — 320 с.

15. Муха Ю.П., Авдеюк О.А., Антонович В.М. Теория и практика управляющего и информационного обеспечения измерительно-вычислительных систем. — Волгоград: ВолгГТУ, 2004. — 220 с.

16. МухаЮ.П., Скворцов М.Г. Нейросетевые измерительные системы.- М.: Радиотехника, 2007. 336 с.

17. Нестеров В.Н. Принципы измерений векторных многокомпонентных физических величин // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2003, №2-3. - С.92-98.

18. Нестеров В.Н. Теоретические основы измерений составляющих векторных многокомпонентных физических величин // Измерительная техника. 2004. - №7. - С. 12-16.

19. Петров Б.Н., Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Принцип инвариантности в измерительной технике. М.: Наука, 1976. - 244 с.

20. Скрипник Ю.А. Повышение точности измерительных устройств. — Киев: Вища школа, 1976. 264 с.

21. Туз Ю.М. Структурные методы повышения точности измерительных устройств. — Киев: Вища школа, 1976. 256 с.

22. Цапенко М.П. Измерительные информационные системы: Структуры и алгоритмы, системотехническое проектирование. М.: Энергоатомиздат, 1985. — 439 с.

23. Цветков Э.И. Алгоритмические основы измерений. СПб.: Энергоатомиздат, 1992. — 253 с.

24. Теоретическая механика. Терминология. Вып. 90. М.: Наука, 1977.-44 с.

25. Механика промышленных роботов: Учеб. пособие для втузов: В 3 кн. / Под ред. К.В. Фролова, Е.И. Воробьева. Кн. 2: Расчет и проектирование механизмов / Е.И. Воробьев, О.Д. Егоров, С.А. Попов. М.: Высш. шк., 1988. -367 с.

26. Пат. №2185953 РФ, МПК В 25 J 19/00. Стенд для контроля точности контурных перемещений промышленного робота / К.В. Жеребятьев, P.P. Кусов, П.Е. Судаков. №2001103100/02; заявл. 02.02.2001; опубл. 27.07.2002, Бюл. №21.

27. Пат. 2255320 РФ, МПК G 01 М 17/00. Устройство для измерения схождения и развала колес автомобиля / В.П. Ткаченко. — №2003118960/11; -заявл. 24.06.200; опубл. 27.06.2005, Бюл. №18.

28. Гантмахер Ф.Р. Теория матриц. 4-е изд. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988. - 552 с.

29. Накано Э. Введение в робототехнику: Пер. с япон. М.: Мир, 1988. -334 с.

30. Denavit J., Hartenberg R.S. A Kinematic Notation for Lower-Pair Mechanisms Based on Matrices // J. Appl. Mech. June 1955. P.215-221.

31. Нестеров B.H., Мухин B.M., Мещанов A.B. Принципы построения оптических систем контроля параметров движения подвижных целей на основе метода многомерных тестовых объектов // Боеприпасы и спецхимия. — 2007. — №4. С.90-94.

32. Электрические измерения неэлектрических величин / A.M. Туричин, П.В. Новицкий, Е.С. Левшина и др.; под ред. П.В.Новицкого. JL: Энергия, 1975. - 576 с.

33. Левшина Е.С., Новицкий П.В. Электрические измерения физических величин. — Л.: Энергоатомиздат, 1983. 320 с.

34. Виглеб Г. Датчики: Пер. с нем. М.: Мир, 1989. - 196 с.

35. Нуберт Г.П. Измерительные преобразователи неэлектрических величин: Пер. с англ. М.: Энергия, 1970. — 360 с.

36. Куликовский Л.Ф. Индуктивные измерители перемещений. — М.: Госэнергоиздат, 1961. 280 с.

37. А.с. 1116302 СССР, МКИ G 01 В 7/14. Устройство для измерения положения движущихся изделий / А.И. Меркулов, В.А. Денисов. -№3342868/18-28; заявл. 25.09.81; опубл. 30.09.84, Бюл. №36.

38. Пат. 2307315 РФ, МКИ G 01 В 7/00. Информационно-измерительная система перемещений и деформаций объекта / В.Н.Нестеров, Д.Б.Жмуров, В.М.Мухин. №2005140833/28; заявл. 26.12.2005; опубл. 27.09.2007, Бюл. №27.

39. Нестеров В.Н. Многоканальные ИИС перемещений и деформаций с идентичными датчиками // Измерительная техника. — 1992. №5. — С. 17-18.

40. Конюхов Н.Е., Медников Ф.М., Нечаевский М.Л. Электромагнитные датчики механических величин. — М.: Машиностроение, 1987.-256 с.

41. Проектирование датчиков для измерения механических величин / Е.П. Осадчий, А.И. Тихонов, В.И. Карпов и др.; Под ред. Е.П. Осадчего. М.: Машиностроение, 1979. — 480 с.

42. Мухамедяров Р.Д. Оптико-электронные системы с симметричным входом. Теория и применение // Приборы и системы управления. 1995. -№5. - С.24-46.

43. Kirchhoff U., Held J., Schroer К. Automatisierte Kalibrierung von Industrieroboter // Komponenten fuer forgetschritten Roboter und Hand habungssystem. KfK-PFT 142. 1988. -P.204-219.

44. Vaishnav R.N., Magrab E.B. A general procedure to evaluate robot positioning errors // Int J. Robotics Res. 1987. - P.59-74.

45. Newman W.S. et al. Calibration of a Motoman P8 Based on Laser Tracking // Center for Automated Intelligent Systems Research. Case Western Reserve University. 1998. - Technical Note TR 98-105.

46. Tucker M.R., Perreira N.D. A pose correction algoritm // In Proc. 1985 Winter Ann. Meeting, Dynamic Systems: Modeling and Control, Nov. 1985, vol.1. -P.93-103.

47. Conrad K., Shiakolas P. Robot calibration issue: accuracy, repeatability and calibration // The University of Texas at Arlington. USA, 2003.

48. Аксененко М.Д., Бараночников H.JI. Приемники оптического излучения: Справочник. М.: Радио и связь, 1987. — 296 с.

49. Зак Е.А. Волоконно-оптические преобразователи с внешней модуляцией. — М.: Энергоатомиздат, 1987. 128 с.

50. Катыс Г.П. Восприятие и анализ оптической информации автоматической системой. — М.: Машиностроение, 1986. — 414 с.

51. Катыс Г.П. Обработка визуальной информации. М.: Машиностроение, 1988. - 320 с.

52. Восприятие и распознавание образов / Пер. с фр. А.В. Серединского; под ред. Г.П. Катыса. -М.: Машиностроение, 1989. 272 с.

53. Акаев А. А., Майоров С. А. Оптические методы обработки информации. — М.: Высш. шк., 1988. — 237 с.

54. Техническое зрение роботов / Под ред. А.Пью: Пер. с англ. М.: Машиностроение, 1987. - 320 с.

55. Кориков A.M., Сырямкин В.И., Титов B.C. Корреляционные зрительные системы роботов / Под ред. A.M. Корикова. Томск: Радио и связь, Томское отделение, 1990. — 264 с.

56. Письменный Г.В. и др. Системы технического зрения в робототехнике. -М.: Машиностроение, 1991. — 88 с.

57. Измерительные системы роботов (техническое зрение): Учеб. пособ. / Ю.Н. Лазарев, В.А. Олейников, Ф.Ф. Буканов. — Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 1995. 69 с.

58. А.с. 1490887 СССР, МКИ G 01С 11/00. Стереометрический способ определения координат поверхности объекта / Ю.В. Воробьев, Е.М. Русинов. №4285202/24-02; заявл. 16.07.87; опубл. 30.06.89, Бюл. №24.

59. Методы и средства измерения многомерных перемещений элементов конструкций силовых установок / Под ред. Секисова Ю.А., Скобелева О.П. Самара: Самарский научный центр РАН, 2001. - 188 с.

60. Михайлов Б.Б. Системы технического зрения в робототехнике. — М.: Машиностроение, 1991. 82 с.

61. Красильников Н.Н. Теория передачи и восприятия изображений. Теория передачи изображений и её приложения. — М.: Радио и связь, 1986. — 248 с.

62. Корреляционно-экстремальные видеосенсорные системы для роботов / Ю.А. Андреев, Н.Н. Белоглазов, A.M. Кориков. Томск: Изд-во ТГУ, 1986.-240 с.

63. Легоньков В.А. Оптические средства операционного контроля функциональных узлов вычислительной техники // Измерения. Контроль. Автоматизация. 1985. - №4. - С. 19-29.

64. Фу К. Структурные методы в распознавании образов: Пер. с англ. Н.В. Завалишина, С.В. Петрова и Р.Л. Шейнина / Под ред. Айзермана М.А. -М.: Мир, 1977.-320 с.

65. Brooks R.A. Symbolic reasoning among 3-D models and 2-D images // Artificial intelligence. 1981, №7. - P.285-348.

66. Мишкинд С.И., Браверманн Г.Б., Уфремов E.B. Вопросы создания адаптивных роботов. — М.: Машиностроение, 1978. — 76 с.

67. Пат. 2120105 РФ, МКИ G 01 В 11/00, G 01 В 11/26, G 01 В 21/00, G 01В 21/22. Преобразователь угловых перемещений / А.В. Балай, В.И Беляев, Е.Р. Маламед, Ю.Н. Петров. заявл. 11.06.96; опубл. 10.10.98.

68. Пат. 2057286 РФ, МКИ G 01 В 11/00. Фотоэлектрический измеритель перемещений / В.Я. Колючкин, Г.М. Мосягин, В.Н. Рязанов. -заявл. 14.07.93; опубл. 27.03.96.

69. Петров А. А. Алгоритмическое обеспечение информационно-управляющих систем адаптивных роботов (алгоритмы технического зрения роботов) / Итоги науки и техники // Техническая кибернетика. Т. 17. — М.: ВИНИТИ, 1984.-С.251-294.

70. Волков В.М., Иванов А.А. Методы преобразования и обработки видеоинформации для систем искусственного зрения роботов // Электронная промышленность. 1981. - №10. - С.9-14.

71. Пат. 2315948 РФ, МПК G 01 В 11/00. Способ измерения . компонентов сложных перемещений объекта / В.Н. Нестеров, А.В. Мещанов, В.М. Мухин. №2006114270/28; заявл. 26.04.2006; опубл. 27.01.2008, Бюл. №3.

72. Нестеров В.Н., Мухин В.М., Мещанов А.В. Принципы построения оптических систем контроля параметров движения подвижных целей на основе метода многомерных тестовых объектов // Боеприпасы и спецхимия. — 2007. № 4. - С.90-94.

73. Нестеров В.Н. Алгоритмический метод измерения многокомпонентных физических величин // Вестник Самарского государственного технического университета. Сер.Техн.науки. — 1994. — №1. С.48-55.

74. Нестеров В.Н. Алгоритмический метод повышения информативности измерений // Метрология. 1995. - №1. - С.3-15.

75. Нестеров В.Н. Системный подход к проектированию параметрических измерительных преобразователей: синтез, анализ и применения // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. - 2002. - №6. - С. 19-27.

76. Нестеров В.Н., Мухин В.М. Новые методы построения электротензометрических систем // Актуальные проблемы радиоэлектроникии телекоммуникаций: Материалы Всероссийской н.-т. конф. 12.0513.05.2005г., г. Самара Самара: СГАУ, 2005. - С.24-25.

77. Нестеров В.Н., Мухин В.М. Структурные и технологические методы в задачах построения инвариантных измерительных преобразователей // Вестник Самарского государственного технического университета. 2006. - № 40. - С. 104-111.

78. Пат. 2297009 РФ, МПК G 01 R 17/10. Измерительный преобразователь / В.Н. Нестеров, В.М. Мухин. №2005136753/28; заявл. 25.11.2005; опубл. 10:04.2007, Бюл. № 10.

79. Пат. 2297638 РФ, МПК G 01 R 17/10. Измерительный" преобразователь / В.Н. Нестеров, В.М. Мухин. №2005140832/28; заявл. 26.12.2005; опубл. 20.04.2007, Бюл. № 11.

80. Нестеров В.Н., Мещанов А.В. Теоретические основы оптических измерений составляющих многокомпонентных перемещений подвижных объектов на базе метода многомерных тестов // Измерительная техника. -2007. №11. - С.3-9.

81. Нестеров В.Н., Жмуров Д.Б. Формальный синтез информационно-измерительных систем многокомпонентных физических величин // Измерительная техника. 2007. - №9. - С.3-6. ;

82. Гонсалес Р., Вудс Р., Эддинс С. Цифровая обработка изображений в среде MATLAB. М.: Техносфера, 2006. - 616 с.

83. Рейх Н.Н., Тупиченков А.А., Цейтлин В.Г. Метрологическое обеспечение производства. — М.: Изд. Стандартов, 1987. — 248 с.

84. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. JL: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-е, 1991. - 304 с.

85. Пиотровский Я. Теория измерений для инженеров. М.: Мир, 1989.-335 с.

86. ГОСТ Р ИСО 5725-1-2002. Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 1. Основные положения и определения.

87. Шевчук В.П., Капля В.И., Желтоногов А.П., Лясин Д.Н. Метрология интеллектуальных измерительных систем. — Волгоград.: ВолгГТУ, 2005. 210 с.

88. Жмуров Д.Б. Структурно-алгоритмический синтез ИИС составляющих перемещений и деформаций сложных механических объектов: Автореф. дисс. . канд. техн. наук. Самара.: СамГТУ, 2006. — 23 с.

89. ГОСТ Р ИСО 5725-2-2002. Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 2. Основнойметод определения повторяемости и воспроизводимости стандартного метода измерений.