Глава 7 (Учебник - информационные системы), страница 5

F_x = F_x1 + F_x2 + F_x3 + F_x4;

F_y = F_y1 + F_y2 + F_y3 + F_y4;

F_z = F_z1 + F_z2 + F_z3 + F_z4;

M_x = (F_z1 + F_z2 - F_z3 - F_z4) a/2;

M_y = (F_z2 + F_z3 - F_z1 - F_z4) a/2;

M_z = (F_x3 + F_x4 - F_x1 - F_x2) a/2 + (F_y1 + F_y4 -F_y2 - F_y3) a/2.

Здесь а - характерный размер СМД (расстояние между блоками). При размере 565610 датчик обладает следующими характеристиками: диапазон измерения 0 … 5000 Н и 0 … 200 Нм, раз­­­решающая способность - 0,001%, механическая жесткость 10⁹ Н/м. Коэффициент влияния _ij составляет в среднем 3%. Использование пьезодатчиков в качестве ЧЭ СМД позволяет строить системы наивысшей жесткости.

СМД на базе магнитоупругих элементов обладают большим выходным сигналом при той же жесткости, но меньшей ли­ней­ностью. Диапазон измерения сил составляет 10² Н ... 10⁶ Н.

В заключении приведем примеры некоторых выпускаемых промышленно СМД (табл. 7.5).

Таблица 7.5. Примеры промышленных СМД

Примечания.

1. Датчики серии К разработаны фирмой Kist­ler, Германия и предназначены для исполь­зования в механообработке (К-9293 - для свер­ле­ния, платформа К-9257А - для фрезерования) и в системах управления (К-9251, К-9065)

2. Для датчика 70025 разработанного фирмой SDI, США обозначено: ^* - погрешность линей­ности _нл, ^** - гис­терезис _г.

3. Перекрестное влияние каналов для всех моделей _ij  (2 ... 4) %.

Подведем некоторые итоги. Включение СМД в кинематическую цепь ма­нипулятора, а аппаратно-про­грам­мных средств ССО в контур управления робота приводит к существенному влиянию последних на качество процессов управления. Поэтому технические средства ССО должны выбираться исходя не то­лько из особенностей конк­ретных операций, но также и параметров робота и его системы управления. Обычно считают, что ха­ракте­ристики ССО до­лжны обе­спечивать заданные показатели качества переходных процессов в приводах робота. Например, для обеспечения режима реального времени, необходимо, чтобы время преобразования информации в ССО Т_ССО по крайней мере не превышало частоту квантования приводов робота f_к. В более жесткой формулировке: Т_ССО< 1/2f_к. Это условие, в свою очередь, накладывает определенные ограничения на СМД: его конструкцию (вид и коэффициенты матриц жесткости и чувствительности), материал и т.д. Наибольшая точность достигается в датчиках с диагональной матрицей жесткости, быстродействие - в датчиках с преимущественно механическим разделением компонент, а равная чувствительность каналов - при использовании однотипных УЭ. Показателем качества УЭ является отношение модуля упругости Е к плотности  материала. Эта величина, определяет частоту собственных механических колебаний СМД f_СМД. Лучшими материалами механического преобразователя датчика обычно являются алюминиевые и титановые сплавы (Д16Т, ВТ6), пружинные стали (ШХ15, 36 НХТЮ). Достоинством алюминиевых сплавов является высокий предел текучести, позволяющий обеспечить достаточный уровень выходного сигнала, а также меньшая, по сравнению со сталью плотность, и, следовательно, меньший вес алюминиевого датчика.

Промышленный выпуск ССО в мире постоянно растет. Анализ существующих моделей позволяет условно разделить их на четыре типа (табл. 80). В наиболее распространенных схемах I типа ССО представляет собой три отдельных блока: механический преобразователь, блок аналоговых усилителей и устройство цифровой обработки сигналов. ССО II типа вовсе не используют цифровую обработку данных, а системы III типа состоят из двух блоков: механического преобразователя с интегрированным каскадом усилителей и устройство цифровой обработки сигналов. Наконец, в системах IV типа все блоки совмещены и находятся внутри механического преобразователя. Эта схема, получившая название «интеллектуального СМД» приведена на рис. 7.19.

Использование «ин­­­­теллектуального СМД» позволяет вынести вопрос принятия решения об изменении алго­рит­ма движения манипулятора непосредственно на уровень ССО. Датчик представляет собой совокупность аппаратно-програм­мных мо­дулей, свя­занных со стойкой управления робота посредством стандартного интерфейса (последовательного или параллельного канала связи, канала связи с технологическим оборудованием, локальной сети и т.д.). Структура системы управления робота в этом случае является двухуровневой и строится по схеме «главная машина - сателлит», где функцию сателлита выполняет СМД. Он же решает задачу верхнего уровня уп­равления, т.е. формирует стратегию движения манипулятора. С этой целью в состав СМД включается сенсорный контроллер, построенный на базе однокристальной ЭВМ, а в памяти программ и данных может храниться база знаний. Нижний уровень - уровень управления приводами реализуется традиционным образом с помощью стойки управления робота (например, «Сфера 36» для робота РМ- 01).

Обмен данными между уровнями осуществляется протоколами связи. В частности, верхний уровень уп­равления может корректировать траекторию движения концевого эффектора процедурами прерывания, модифицируя закон управления.

В табл. 7.6 представлены некоторые характеристики промышленных ССО.

Таблица 7.6. Примеры промышленных ССО

Обозначено:  - разрешающая способность, _нл - погрешность линейности, _ij - уровень перекрестных связей.

7.4. Методы распознавания контактных ситуаций

В задачах распознавания, возникающих в роботов, используются те же подходы, что и в СТЗ. По аналогии с СТЗ, объект, или контактная ситуация описываются в терминах тактильного образа, в виде совокупности отдельных признаков. Следовательно, и суть распознавания заключается в отнесении некоторой контактной ситуации соответствующему классу. Наиболее простые задачи связаны с выбором заданного объекта из нескольких по весовым показателям при сортировке или разборе навала. В других задачах распознавание в значительной степени является эвристическим, т.к. зачастую признаки образа сформировать заранее невозможно. Эти операции, а также и более сложные предполагают функционирование робота в частично недетерминированной обстановке. Обычно, она проявляется в том, что параметры внешней среды, полученные с помощью информационных средств, недостаточны для реализации поставленной цели. Общепринятым подходом является составление упрощенной модели среды и конкретизация ее в процессе выполнения отдельных целенаправленных действий. Если информация, полученная на каждом следующем шаге, увеличивает неопределенность ситуации (например, увеличивает порядок описывающего ее уравнения), то данная стратегия признается неверной и модифицируется. В этом смысле, эффективность метода в значительной мере определяется правильным выбором параметров, описывающих конкретную ситуацию. Часто такие параметры не могут быть определены с помощью информационных средств одной модальности, например, в задачах, связанных с замыканием и размыканием кинематической цепи манипулятора. Анализ подобных ситуаций требует, как минимум, использования данных о текущем положении манипулятора и о силах, возникающих при контакте манипулятора с внешней средой. Практическое решение таких задач в значительной степени определяется возможностями конкретного робота и его системы управления. Так, для отечественного робота РМ-01со стойкой управления «Сфера-36», возможности учета мультимодальной информации весьма ограничены: система управления является позиционной и замкнутой, что не позволяет непосредственно включать данные о контактных усилиях в закон управления роботом.

Одним из решений этой проблемы является применение методов ситуационного управления. В этом случае информация о контактных усилиях используется не непрерывно, а лишь в ситуациях, определенных и описанных заранее. Такие ситуации определяются ССО путем постоянного анализа распределения силовых факторов, действующих на схват манипулятора (или его рабочий инструмент), в том числе, при замыкании кинематической цепи. В случае изменения ситуации происходит прерывание текущей программы управления со стороны ССО. Программа управления при этом либо модифицируется, либо заменяется другой, соответствующей изменившейся стратегии движения. При этом и в качестве признаков той или иной ситуации используются не численные значения каких-либо параметров: сил, моментов, давлений и др., а их соотношения.

Примером использования указанного подхода является стратегия управления роботом в такой недетерминированной задаче, как сопряжение цилиндрических объектов. Данная задача не решается с использованием обычных алгоритмов позиционного управления, поскольку невозможно составить точ­ную геометрическую модель контактных поверхностей и их вза­им­но­го положения, да и сама траектория движения концевого эффектора не известна заранее, а фор­ми­руется непосредственно в процессе движения. В то же время, при сопряжении цилиндрических объектов наблюдаются некоторые закономерности в распределении силовых факторов, которые могут быть использованы для определения характерных ситуаций. Экспериментальным путем установлено, что при сопряжении объектов в пространстве координат «сила-перемещение» возникают характерные распределения силовых факторов, не зависящие от размеров объектов.