Информационные устройства и системы в робототехнике и мехатронике: Учебное пособие для вузов

Description

Учебное пособие посвящено актуальным вопросам проектирования, исследования, алгоритмического и программного обеспечения информационных устройств и систем, используемых в робототехнике и мехатронике. Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям «Конструирование и технология электронных средств», «Мехатроника и робототехника», «Управление качеством», «Управление инновациями», «Информационные системы в науке и приборостроении», «Основы приборостроения». . СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ ПРЕДИСЛОВИЕ ВВЕДЕНИЕ 1. Робототехника, мехатроника, информационные устройства и системы 2. Принципы построения информационных устройств и систем 3. Бионические основы информационных устройств и систем 4. Рекомендации применения информационных устройств и систем Тесты к введению Контрольные вопросы к введению Список литературы к введению Глава 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ 1.1. Введение 1.2. Общие сведения из теории информации 1.3. Понятие сигнала. Классы и типы сигнала 1.4. Общая модель информационной системы 1.4.1. Системы связи 1.4.2. Системы хранения информации 1.4.3. Преобразователи информации 1.4.4. Другие типы информационных систем 1.5. Классификация информационных систем Тесты к главе 1 Контрольные вопросы к главе 1 Список литературы к главе 1 Глава 2. ТИПОВЫЕ УСТРОЙСТВА И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В РОБОТОТЕХНИКЕ И МЕХАТРОНИКЕ 2.1. Введение 2.2. Осветители рабочей зоны 2.3. Оптико-электронные приемники излучения 2.4. Телевизионные камеры 2.5. Видеопроцессоры 2.6. Буферные запоминающие устройства 2.7. Электронные диски памяти 2.8. Датчики очувствления 2.8.1. Индуктивные датчики 2.8.2. Датчики Холла 2.8.3. Емкостные датчики 2.8.4. Ультразвуковые датчики 2.8.5. Оптические датчики измерения в ближней зоне 2.8.6. Тактильные датчики 2.8.7. Дискретные пороговые датчики 2.8.8. Аналоговые датчики 2.8.9. Элементы датчика схвата, встроенного в запястье 2.8.10. Внутренние датчики информации о состоянии рабочих органов робота 2.8.11. Пример применения датчиков информации в роботах Тесты к главе 2 Контрольные вопросы к главе 2 Список литературы к главе 2 Глава 3. СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ 3.1. Системы технического зрения роботов как разновидность информационных систем мехатроники 3.1.1. Общие сведения о системах технического зрения (СТЗ) 3.1.2. Классификация СТЗ 3.1.3. Обобщенная структурная схема СТЗ 3.1.4. Требования, предъявляемые к СТЗ 3.1.5. Погрешности, обусловленные условиями эксплуатации СТЗ 3.1.5.1. Погрешности, вызванные ориентацией датчика текущего изображения относительно объекта в рабочей зоне 3.1.5.2. Погрешности, вызванные неравномерностью освещенности объекта в рабочей зоне 3.1.6. Погрешности, вызванные ошибками установки датчика текущего изображения 3.2. Алгоритмы обработки зрительной информации в СТЗ 3.2.1. Обобщенный алгоритм обработки зрительной информации 3.2.2. Формирование изображений 3.2.3. Предварительная обработка изображений 3.2.4. Сегментация изображений 3.2.5. Описание изображений 3.2.6. Анализ изображений 3.2.7. Алгоритмы анализа объемных цветных изображений 3.3. Применение структурно-перестраиваемых вычислительных сред в процессе обработки информации 3.4. Применение нейро-нечеткого алгоритма для распознавания образов 3.4.1. Постановка задачи 3.4.2. Алгоритм распознавания образов на основе нейро-нечетких портретов 3.4.3. Извлечение знаний в виде интегральных характеристик классов образов 3.4.4. Построение нейро-нечеткой системы распознавания образов 3.4.5. Адаптация и контроль качества алгоритма Тесты к главе 3 Контрольные вопросы к главе 3 Список литературы к главе 3 Глава 4. МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ 4.1. Введение 4.2. Общие сведения о метрологическом обеспечении ИУС 4.3. Метрологические характеристики информационных систем 4.4. Погрешности информационных устройств и систем 4.4.1. Общие сведения о погрешностях измерений 4.4.2. Виды распределений случайных величин 4.4.2.1. Равномерное распределение 4.4.2.2. Нормальное распределение 4.4.2.3. Экспоненциальное распределение 4.4.3. Классификация погрешностей 4.4.4. Оценка статистических характеристик погрешностей ИУС 4.5. Метрология программного обеспечения информационных устройств и систем 4.5.1. Классификация критерия качества программного обеспечения 4.5.2. Основные требования и критерии качества программного обеспечения 4.5.3. Связь критериев и характеристик программного обеспечения 4.5.4. Сложность. Оценка предела возможностей вычисления способом Бреммермана 4.5.5. Метрики качества программ 4.6. Основные этапы измерительных технологий 4.7. Поверка информационных устройств и систем 4.8. Контроль и диагностика информационных устройств и систем 4.8.1. Отказы и надежность информационных систем 4.8.2. Особенности контроля и диагностики информационных систем Тесты к главе 4 Контрольные вопросы к главе 4 Список литературы к главе 4 Глава 5. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ 5.1. Введение 5.2. Структура САПР информационных устройств и систем 5.3. Особенности методики проведения комплексного функционально-стоимостного анализа в процессе создания ИУС 5.3.1. Функционально-стоимостный анализ на ранних этапах научно-исследовательской работы 5.3.2. ФСА на основных этапах научно-исследовательской работы 5.3.3. Функционально-стоимостный анализ при оптимизации структуры ИУС 5.3.4. Примеры применения функционально-стоимостного анализа при проектировании ИУС 5.3.4.1. Выбор способа контроля качества изделий на основе метода расстановки приоритетов 5.3.4.2. Предварительный выбор элементов структуры ИУС на основе экспресс-ФСА 5.3.4.3. Выбор оптимального варианта структуры элементов ИУС 5.4. Параметрический синтез ИУС на примере систем технического зрения 5.4.1. Оценка допустимой погрешности определения координат при минимизации затрат на разработку и эксплуатацию СТЗ 5.4.2. Инженерный (приближенный) расчет СТЗ 5.4.2.1. Расчет емкости памяти ИС 5.4.2.2. Оценка быстродействия ИУС 5.4.2.3. Методика расчета ИУС 5.5. Аппаратно-программный комплекс на базе микроЭВМ для моделирования, проектирования и настройки систем технического зрения 5.5.1. Состав аппаратно-программного комплекса 5.5.2. Алгоритмы программного обеспечения для информационных систем в робототехнике и мехатронике 5.5.3. Программное обеспечение для информационных устройств и систем робототехники и мехатроники 5.5.4. Языки программирования информационных устройств и систем 5.5.4.1. Интерпретаторы 5.5.4.2. Компиляторы 5.5.5. Классификация языков программирования Тесты к главе 5 Контрольные вопросы к главе 5 Список литературы к главе 5 Глава 6. ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ РАЗЛИЧНОГО ПРИМЕНЕНИЯ 6.1. Введение 6.2. Информационные системы микро- и мини-роботов 6.3. Медицинские информационные системы 6.3.1. Интеллектуальная медицинская оптико-телевизионная диагностическая система 6.3.2. Интеллектуальная мехатронная система контроля внутривенной процедуры инфузии 6.3.3. Структурная схема интеллектуальной мехатронной системы контроля внутривенной инфузии жидких лекарственных средств 6.3.4. Информационные системы медицинских микророботов 6.3.4.1. Деятельность хирурга — оператора мини-робота 6.3.4.2. Эргономические требования к хирургическому мини-роботу 6.3.4.3. Информационные системы медицинских нанороботов 6.3.5. Мехатронная система для манипуляций на мягких тканях 6.4. Информационные системы в комплексах технической диагностики 6.4.1. Диагностика материалов оптико-телевизионными измерительными системами 6.4.2. Оптико-телевизионная система для диагностики материалов 6.4.3. Методы измерения значения фрактальной размерности. Метод нормированного размаха 6.4.4. Метод серии изображений 6.4.5. Корреляционные статистические алгоритмы 6.5. Цифровая рентгеновская 3D-микротомография 6.6. Интеллектуальные распределенные информационные системы охраны территорий и объектов 6.6.1. Структурно-функциональная схема системы охраны 6.6.2. Классификация систем охраны 6.6.3. Датчики систем охраны 6.6.4. Системы охранного телевидения 6.6.5. Современные интегрированные системы охраны 6.6.6. Интеллектуальная многофункциональная робототехническая система «Робот-колесо» Тест к главе 6 Контрольные вопросы к главе 6 Список литературы к главе 6 ЛИТЕРАТУРА