Воротников С.А. - Информационные устройства робототехнических систем, страница 77

Тактильные датчики чики лроскальзывания устанавливают в захватное устройство и используют для обеспечения заданного усилия сжатия, особенно при манипулировании хрупкими предметами. Перемещение объекта относительно пальцев схвата определяют одним из следующих способов: измерением вибраций, возникающих при проскальзывании объектов (с помощью ДЦВ или методом вихревых токов); преобразованием линейного перемещения предмета во вращательное движение датчика угла поворота; определением градиента изменения давления. между губками схвата. паибольшсе распространение получили тактильные датчики первого типа.

В качестве ЧЭ датчика служит сапфировая игла,.вибрации которой передаются пьезоэлементу (см. рис. 7.17, в). Датчик вмонтирован в палец схвата так, чтобы острие иглы касалось захваченного объекта. Тогда в случае проскальзывания объекта вибрация иглы вызовет соответствующий электрический сигнал. Основным достоинством тактильных датчиков проскальзывания является высокое быстродействие (время срабатывания не превышает О,! мкс), Характеристики некоторых моделей тактильных датчиков приведены в табл. 7.8.

Таблица 7.8 Основные параметры промышленных тактильных датчиков Шаг, мм диапазон измерений . Размеры, мм Модель т,г датчика Опсга-3 (Франния) Контактного давления одиночный Тензорези- сторный О,О1...1ОО Н 10 То же матричный (16х16) Эластомер- ный 2,0 0,2...! 12 Н 16 100 т.тз-20О (США) вкпб()сч (Великобритания) Касания матричный (256х256) Пиен ка пвф О,О7 44 18 200 Проскаль- зывания одиночный ДВТ-5 (Россия) Подвиж- ный магнит Й5 мм зо 25 50 40 369 В заключение подведем некоторые итоги.

Принципы обработки тактильной информации для одиночных и матричных датчиков различны. В первом случае речь идет об одномерном силовом датчике, во втором — о тактильных матрицах, которые по своему характеру приближаются к оптическим матрицам с малой разрешающей способностью. Во всех устройствах обработка данных проводится в два. этапа: предварительная обработка, выполняемая непосредственно датчиком, и распознавание тактильного образа, которос осуществляется программными средствами.

Задачи, решаемые матричными тактильными датчиками, во многом подобны задачам распознава- 7. Системы тактильного типа ния образов в СТЗ. Сложность обработки данных возрастает при наличии шумовых факторов. Поэтому большинство успешных экспериментов в этой области проводили с предметами простой геометрической формы — шарами, кубами, цилиндрами и т. д.

Нскоторые обнадеживающие результаты достигнуты в ортопедии французами М. Брио и М. Рено при разработке протезов конечностей, а также в задачах определения трехмерной формы отпечатков стопы и ладони. Контрольные вопросы 1. Какой тип упругих элементов обладает наибольшей чувствительностью? 2. Зависит ли точность СМД от сго матрицы жесткости? 3. Компенсирует ли устройство с вынесенным центром податливости действие крутящих моментов? 4.

От каких параметров СМД зависит уровень перекрестных связей? 5. Каково минимальное число тснзорезисторов в шестикомпонснтном СМД? б. Зависит ли вид матрицы чувствительности от типа первичных преобразователей? 7. В чем сущность сигуационпого управления? 3. Зависит ли устойчивость системы управления робота от параметров СМД? 9. В чем разница между одноточечным и двухточечным контактом при сборке? 10. Зависит ли линейность функции преобразования тактильной матрицы от приложенной силы? ЗАКЛЮЧЕНИК В предлагаемом издании автор стремился показать, что преобразование информации в сенсорных системах роботов и в живых организмах имеет общие корни. Применение бионического подхода к проектированию информационных систем в робототехнике оказывается эффективным как на аппаратном, так и на программном уровне.

Преобразование информации в робототсхникс выполняется на нескольких иерархических уровнях: в чувствительном элементе, датчике, информационной системе и информационной сети. При этом, не дискутируя о терминах, предлагается использовать понятие «полезная информация», связав его с назначением информационного устройства — измерением параметров внутренней и внешней среды робота. Такой подход, в свою очередь, позволяет„используя функции преобразования, с помощью единого математического аппарата описывать информационные процессы в системах разной модальности.

Для этого систему аппроксимируют цепью информационных элементов, для каждого из которых определяют собственную функцию преобразования. В книге приведены примеры анализа систем, состоящих из последовательной цепи информационных преобразователей. В последние годы на рынке стали появляться информационные устройства нового поколения, получившие название «интеллектуальные датчики», в которых объединены функции измерения, обработки информации и принятия решения. Несмотря на перспективность таких разработок они пока еще достаточно дороги и имеют весьма ограниченную область применения, как правило, не связанную с робототехникой, Поэтому в книге приводятся только некоторые общие сведения о принципах построения таких датчиков.

Тем не менее автор отдает себе отчет о том, что в книге рассмотрены далеко не все датчики и алгоритмы обработки информации, применяемые в робототехнике и мехатронике, а лишь наиболее распространенные типы информационных систем и соотвстствующие им схемотехнические решения. Некоторые известные решения сведены в таблицы„где даца их сравнительная характеристика. Такое представление поможет читателю выбрать конкретное устройство для своей задачи и послужит отправной точкой для создания более совершенных информационных устройств и систем. Автор надеется, что, изучив книгу, читатель сможет самостоятельно проектировать датчики с требуемыми характеристиками или обоснованно выбирать необходимые технические решения из числа известных моделей, а также разрабатывать алгоритмическое обеспечение информационных систем для конкретного применения.

371 ПРИЛОЖЕНИЕ Элементы информационньи систем роботов Датчики робототехнических и мехатронных систем имеют различные модификации, однако их конструктивное исполнение однотипно. В приложении приведены наиболес известные кинестстические (рис. П! — ПЗ), локационные (рис. П4 — Пб), визуальные (рис. П7) и силомомснтные (рис.

П8) датчики, а также показано их включение в кинематическую цепь манипулятора (рис. П9 — П11), Ю г Рис. П1. Злсктрома~ нитные (и) и оптические импульсные (б) латчики положения. датчики скорости (в), кодовый оптический датчик положения (г) Рис. П2. Поворотные (1) и линейные (2) индуктосины Приложение Рис. ПЗ.

Магнитоупругий ~а) и пьезоэлектрические (6) датчики динамических величин Рис. П4. Индуктивные датчики для измерения малых расстояний: и — б — с регулируемым диапазоном переключений; в — с дискретным выходом; г — специального исполнения 373 Рис. П5. Оптронныс датчики для измерения расстояния: а с диффузным отражением, дальность действия до 400 мм; 6 — бесконтактный нереключател дальность действия до 2 и; а — г — то же. повьппенной (до 16 и) дальносз и Рис.

Пб. Элементы локационной системы: л — вилретоковый датчик: б — лазерный излучатель; в — акустический дальномер Рис. П7. Датчики и элементы СТЗ: 1 — фотолиодная матрица; 2-беспроводная телекамера; 3 — матрица на ПЗС; 4 — вакуумная трубка видикона; 5 — фотоднод; 6- телекамера на ПЗС Рис. П8. Устройства и датчики системы силомоментиого очувствления: 1 — устройство с вынесенным центром податливости; 2 — «интеллектуальный» силомомснтный датчик; 3 — сборочный столик.

4 — датчик силн Приложение Рис. П9. Манипулятор УЭМ-5 и его кинестетичсская система: 1 — лат сики нслижеиив; 2 -- датчики скорое~и Рис. П10. Лдаптиннмй сборочный робот РМ-01 с силомоментным очувствлением: 1 — «интеллектуальныйа силомоментный датчик; 2 — устанавливаемая деталь; 3 — сборочный узел Рис. П!!. Лллливиый сбора и1ый ком~ иске с робосами РМ-О1; 1-тсисвизиоиныс камеры,2 устройссво с вынесенным исигром лолахливас~и; 3 — доили; 4 — силомомсичный д пчик чина .сборочный слликь, 5 - «ии~сллск~уальиый» сиаомомс~пиый датчик; 6 - свс|и и.ники Список рекомендуемой литературы Аи Ж., Андре П., Бофрон Ж.

Датчики измерительных систем. В 2 т;: Пер. с фр. М.: Мир, 1992 Бауман 3 Измерение сил электрическими методамкс Пер, с нем. М.: Мир, ! 978. Блиндер Е.М., Фурман СЛ. телевидение. М.: Радио и связь, 1984. Бриндли К. Измерительные преобразователи: Справ. пособие; Пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1991. Брускин Д.Е.„Зорохович А.Е., Хвостов В С Электрические машины. В 2 т, М,: Высш. шк., 1987, Винер Н. Кибернетика или управление и связь в животном и машине: Пер.

с англ. М.: Наука, 1983, Высокоточные преобразователи угловых перемещений / Под ред. А.А. Ахметжанова. М.: Энергоатомиздат, 1986. Вульвет Дж. Датчики в цифровых системах: Пер. с англ. М.: Энергоиздат, ! 991. Гориневский Д.М„Форчальскии А,М., Шнейдер А,Ю. Управление манипуляционными системами на основе информации об усилиях. М.: Изд. фирма «Физико-математическая литература», 1994. Дудель Й., Рюэег И., Шмидт Р. Физиология человека; В 3 т. Т.

1 / Пер. с англ.; Под ред, Р. Шмидта, Г. Тевса. М.: Мир, 1996. Исии Т„Симояма И, Иноуэ Х Мехатроника / Пер. с яп,; Под ред. В.В, Василькова. М.: Мир, 1988, Куафе Ф. Взаимодействие робота с внешней средой: Пер, с фр. М.: Мир, 1985. Марр Д Зрение: информационный подход к изучению представления и обработки зрительных образов 1 Пер, с аи.л.„Под ред. И.Б.

Гуревича. М.: Радио и связь, 1987. Неразрушающий контроль и диагностика систем / Под род. В.В, Клюева. М.: Машиностроение, 1995. Оовицкий П.В„Зограф ИА. Оценка погрешностей результатов измерений. Л.: Энергоатомиздат, 1985. Письменный ГВ,; Михайлов Б.Б., Корпеев А.Ю Системы технического зрения в робототехнике. М.: Машиностроение, 1991. Письменный ГВ., Солнцев В.И„Воротников СА.