Глава 7 (Учебник в электронном виде), страница 5
Описание файла
Файл "Глава 7" внутри архива находится в папке "Учебник". Документ из архива "Учебник в электронном виде", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "информационные устройства и системы" из 8 семестр, которые можно найти в файловом архиве МГТУ им. Н.Э.Баумана. Не смотря на прямую связь этого архива с МГТУ им. Н.Э.Баумана, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "книги и методические указания", в предмете "информационные устройства и системы" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "Глава 7"
Текст 5 страницы из документа "Глава 7"
Fx = Fx1 + Fx2 + Fx3 + Fx4;
Fy = Fy1 + Fy2 + Fy3 + Fy4;
Fz = Fz1 + Fz2 + Fz3 + Fz4;
Mx = (Fz1 + Fz2 - Fz3 - Fz4) a/2;
My = (Fz2 + Fz3 - Fz1 - Fz4) a/2;
Mz = (Fx3 + Fx4 - Fx1 - Fx2) a/2 + (Fy1 + Fy4 -Fy2 - Fy3) a/2.
Здесь а - характерный размер СМД (расстояние между блоками). При размере 565610 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
Модель | Тип | Компоненты | Диапазон, Н, Нм | C, Н/м, Нм/рад (f, кГц) | , Н (Нм) | m, кг | Размеры, мм |
01190-А 01190-N | ТР | Mz Mz | 3 9500 | (1) | 0,1%* 0,1%** | 0,01 0,02 | 1,28 416 |
70025 | ТР | Fx, Fy, Fz | 20 103 | 1 108 | 0,1%* 0,1%** | 0,02 | 9,59,57 |
К-9251 | Пьезо | Fx, Fy, Fz | 2,5 103 - Fx, Fy 5 103 - Fz | (8) | 1 10-2 | 0,04 | 242410 |
К-9065 | Пьезо | Fz, Mx, My, Mz | 20 103 - Fz 200 - Mx, My, Mz | 9 109 -Fz, 5 105 -Mz (40) | 2 10-2 2 10-4 | 0,2 | 5215 |
К-9293 | Пьезо | Fx, Fy, Fz, Mz | 20 103 - Fx, Fy (-100 ... 200) 103 - Fz 20 - Mz | 4,5 - Fx, Fy; 5 - Fz; 2,5 - Mz | 1 10-2 2 10-2 5 10-4 | 40 | 240205 |
К-9257А | Пьезо | Fx, Fy, Fz | 5 103 | 4 | 1 10-2 | 7 | 14017060 |
Примечания.
-
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)
-
Для датчика 70025 разработанного фирмой SDI, США обозначено: * - погрешность линейности нл, ** - гистерезис г.
-
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 ТССО по крайней мере не превышало частоту квантования приводов робота fк. В более жесткой формулировке: ТССО< 1/2fк. 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 fСМД. 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
Модель | Тип | Диапазон измерения F, Н М, Нм | , % | ij, % | нл, % | TССО, мкс | Размеры СМД, мм | |
FS6-100 (США) | IV | 200 | 4 | 0,05 | 4 | 0,1 | 50 | 12055 |
SCT-02B (Венгрия) | II | 200 | 10 | 0,07 | 5 | 0,1 | 8030 | |
ITC SAS (Словакия) | I | 300 | 50 | 0,1 | 5 | 0,1 | 10 | 14058 |
С-Т3 (Бельгия) | III | 200 | 20 | 0,5 | 3 | 0,8 | 300 | 17060 |
DS6-200 (Россия) | IV | 200 | 4 | 0,02 | 4 | 0,1 | 10 | 10050 |
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.