Глава 7 (Учебник - информационные системы), страница 8

Несмотря на все более широкое внедрение эластомерных тактильных матриц в промышленную робо­тотехнику им присущ ряд недостатков. Во-пер­вых, они обладают невысокими метрологическими па­ра­метрами, вследствие гистерезиса и нелинейной функции преобразования. Во-вторых, эластомер не является достаточно надежным и долговечным материалом: его ресурс ограничен  (2 … 3) 10⁵ циклами нагружения.

П ожалуй, наилучшим материалом для упруго-чувстви­тель­ных элементов такти­ль­ных датчиков, является ткань из тонких углеродных нитей диаметром 7 ... 30 мкм. Наряду с высокой прочностью и упругостью, характерной для углеродных соединений, и, следо­вательно, малым гистерезисом, углеволоконная ткань обладает высокой износостойкостью, а малая толщина нитей позволяет использовать этот материал для покрытия сложных криволинейных поверхностей манипулятора. Сопротивление пересе­че­ния меж­ду нитями изменяется плавно (данный эффект определяется суммарными свойствами отдельных волокон, составляющих нить), а проводимость пересечения определяется числом контактов между волокнами. Уровень шума весьма низок (число «плохих» контактов усредняется среди всего их мно­жества).

Ненагруженное пересечение двух пучков сечением 0,5 мм² имеет сопротивление 2 кОм, при уровне помех  5 %. При приложении силы в 0,01 Н сопротивление понижается до 1 кОм, а уровень помех - до 0,5 % [ ]. Углеволоконная ткань прядется пучками графитовых и стеклянных нитей или формируется в виде «войлочной» структуры (рис. 7.30). Во втором случае, углеродные пряди разделяются на куски длиной 2,5 мм, укладываются в форму и уплотняются до толщины  1 мм. (В среднем, сопротивление такого элемента площадью 1 см² составляет  200 Ом). На рис. 7.30 функция преобразования тактильной матрицы разбита на четыре участка: А - область шумов, В - область уплотнение волокон (при этом увеличивается количество путей для протекания тока), С - область искри­вления волокон, D - область де­формации волокон (в этом случае, увеличивается площадь контакта между ними).

Углеволоконные датчики используют до контактных давлений 2 10⁵ Н/м², причем гистерезис не превышает 1 %.

7.6.2. Тактильные датчики проскальзывания

Отдельную группу тактильных средств очувствления составляют информацион­ные устройства регистрирующие факт проскальзывания предмета относительно рабочей поверхности. В робототехнике тактильные датчики проскальзывания устанавливаются в за­хватное устройство и используются для обеспечения заданного усилия сжатия, особенно при манипулировании хрупкими пре­д­метами. Для определения пе­ре­меще­ние объекта относительно пальцев схвата используются три основных принципа:

• измерения вибраций, возникающих при проскальзывании объектов (с помощью ДДВ или методом вихревых токов);

• п реобразования линейного перемещения предмета во вращательное движение датчика угла поворота;

• определения градиента изменения давления между губками.

Наибольшее распространение получили тактильные датчики первого типа (рис 7.31). В качестве ЧЭ датчика служит сапфировая игла, вибрации которой передаются пьезоэлементу. ТД монтируется в пальце 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 0,1 мкс).

Характеристики некоторых моделей тактильных датчиков приведены в табл. 7.8.

Таблица 7.8. Примеры промышленных тактильных датчиков

Примечание. Модели разработаны во Франции, США, Англии и России, соответственно.

В завершение подведем некоторые итоги. Принципы обработки тактильной информации для одиночных и матричных датчиков различны. В первом случае, речь идет, по сути, об одномерном силовом датчике, вторые по своему характеру приближаются к оптическим матрицам малой разрешающей способности. Во всех случаях, обработка данных проводится в два этапа: предварительная обработка (обычно это преобразование, выполняемое непосредственно датчиком) и распознавание тактильного образа (осуще­ствляется программными средствами). Задачи, в которых используются матричные тактильные датчики, во многом подобны распознаванию образов. Сложность обработки данных возрастает при наличии шумовых факторов. Поэтому, большинство успешных экспериментов в этой области проводилось с предметами про­с­­той геометрической формы - шарами, кубами, цилиндрами и т.д. Некоторые обнадеживающие результаты достигнуты в ор­топедии французами М. Брио и М. Рено, при разработке протезов конечностей, а также в задачах определении трехмерной формы отпечатков стопы и ладони.

Вопросы для самостоятельной подготовки

1. Какой тип упругих элементов обладает наибольшей чувствительностью?

2. Зависит ли точность силомоментного датчика от его матрицы жесткости?

3. Компенсирует ли устройство с вынесенным центром податливости действие крутящих моментов?

4. От каких параметров силомоментного датчика зависит уровень перекрестных связей?

5. Каково минимальное число тензорезисторов в шестикомпонентном силомоментном датчике?

6. Зависит ли вид матрицы чувствительности от типа первичных преобразователей?

7. В чем сущность ситуационного управления?

8. Зависит ли устойчивость системы управления робота от параметров силомоментного датчика?

9. В чем разница одноточечного и двухточечного контактов при сборке?

10. Зависит ли линейность функции преобразования тактильной матрицы от величины усилий?

497