Информационные устройства роботов

Информационные устройства роботов1. Назначение, основные технические характеристики и области примененияаналоговых и цифровых датчиков в системе управления манипуляционного робота.Информационные устройства подразделяют на две группы: устройства сбора информации о состоянииробота и устройства сбора информации о внешней среде. Устройства первой группы обеспечивают введениеобратных связей внутри робота. К ним относятся датчики измерения линейных и угловых перемещений,датчики скоростей и ускорений исполнительных устройств и рабочего органа робота.

Устройства второйгруппы обеспечивают адаптивное управление роботом в зависимости от состояния внешней среды. Кдатчикам внешней информации относятся тактильные и локационные датчики, датчики усилий ипроскальзывания и др.Датчик – это элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства,преобразующий контролируемую величину (температуру, давление, частоту, силу света, электрическоенапряжение, ток и т.д.) в сигнал, удобный для измерения, передачи, хранения, обработки, регистрации, аиногда и для воздействия им на управляемые процессы. Или проще, датчик – это устройство,преобразующее входное воздействие любой физической величины в сигнал, удобный для дальнейшегоиспользования.Измерительное устройство или датчик (sensor)(как правило) состоит из двух частей: измерительнойголовки (sehsor head) и преобразователя (transducer).Результат измерения – это «реакция измерительной головки датчика», которая на выходе преобразователяпредставляет собой электрическую величину, распространяющуюся дальше по проводнику.

Выходнойсигнал измерительного устройства (датчика) есть выходной сигнал преобразователя. В большинствеуправляющих систем этот выходной сигнал электрический.Различают три класса датчиков:1) Аналоговые датчики (датчики вырабатывающие аналоговый сигнал)2) Цифровые датчики ( генерирующие последовательность импульсов или двоичное слово)3) Бинарные (двоичные) датчики которые вырабатывают сигнал только двух уровней«Выключено/включено» (0 или 1)Датчик должен воспроизводить физическую величину максимально быстро и точно.Хотя чаше всего датчик выбирают исходя из надежности и удобства обслуживания, его точность,стабильность и повторяемость результатов остаются важнейшими факторами.Большая часть характеристик датчика, которые приводятся в техническом описании, - статическиепараметры.

Эти параметры не показывают, насколько быстро и точно датчик может измерить сигнал,изменяющийся с большой скоростью. Свойства, отражающие работу датчика в условиях изменяющихсявходных воздействий, называются динамическими характеристиками (dynamic characteristic). Онисущественно влияют на работу системы управления. Идеальный датчик мгновенно реагирует на изменениефизической величины.Статические характеристики датчиковСтатические характеристики датчика показывают, насколько корректно выход датчика отражаетизмеряемую величину спустя некоторое время после ее изменения, когда выходной сигнал установился паповое значение.

Важными статическими параметрами являются: чувствительность, разрешающаяспособность или разрешение, линейность, дрейф нуля и полный дрейф, рабочий диапазон, повторяемость ивоспроизводимость результата.Чувствительность (sensitivity) датчика определяется как отношение величины выходного сигнала кединичной входной величине (для тонких измерительных технологий определение чувствительности можетбыть более сложным).Разрешение (resolution) — это наименьшее изменение измеряемой величины, которое? может бытьзафиксировано и точно показано датчиком.Линейность (linearity) не описывается аналитически, а определяется исходя из градуировочной кривойдатчика. Статическая градуировочиая кривая показывает зависимость выходного сигнала от входного пристационарных условиях. Близость этой кривой к прямой линии и определяет степень линейности.Максимальное отклонение от линейной зависимости выражается в процентах,Статическое усиление (static gain) или усиление по постоянному току(d.c.gain) — это коэффициент усиления датчика на очень низких частотах.

Большой коэффициент усилениясоответствует высокой чувствительности измерительного устройства.Дрейф (drift) определяется как отклонение показаний датчика, когда измеряемаявеличина остается постоянной в течение длительного времени. Величина дрейфа может определяться принулевом, максимальном или некотором промежуточном значении входного сигнала.

При проверке дрейфануля измеряемая величина поддерживается па нулевом уровне или уровне, который соответствует пулевомувыходному сигналу, а проверка дрейфа на максимуме выполняется при значении измеряемой величины,соответствующем верхнему пределу рабочего диапазона датчика. Дрейф датчика вызываетсянестабильностью усилителя, изменением окружающих условий (температуры, давления, влажности илиуровня вибраций), параметров электроснабжения или самого датчика (старение, выработка ресурса,нелинейность и т.

д.)Рабочий диапазон (operating range) датчика определяется допустимыми верхними нижним пределами значения входной величины или уровня выходного сигналаПовторяемость (repeatability) характеризуется как отклонение между несколькими последовательнымиизмерениями при заданном значении измеряемой величины при одинаковых условиях, в частностиприближение к заданному значению должны происходить всегда и либо как нарастание, либо как убывание.Измерения должны быть выполнены за такой промежуток времени, чтобы не проявлялось влияние дрейфа.Повторяемость обычно выражается в процентах от рабочего диапазона.Воспроизводимость (reprodudbility) аналогична повторяемости, но требует большего интервала междуизмерениями. Между проверками на воспроизводимость датчик должен использоваться по назначению и,более того, может быть подвергнут калибровке. Воспроизводимость задается а виде процентов от рабочегодиапазона, отнесенных к единице времени (например, месяцу).Динамические характеристики датчиков.Динамические свойства датчика характеризуются целым рядом параметров.

которые, однако, довольноредко приводятся в технических описаниях производителей. Динамическую характеристику датчика можноэкспериментально получить как реакцию на скачок измеряемой входной величины. Параметры,описывающие реакцию датчика, дают представление о его скорости (например, время нарастания,запаздывание, время достижения первого максимума), инерционных свойству (относительноеперерегулирование, время установления) и точности (смещение).Динамическая реакция датчика на скачок.Т0 — время прохождения жшы нечувствительности,Тd — запаздывание,Тр — время достижения первого максимума,Тs — время установления,Мp- перерегулированиеВ принципе следует стремиться к минимизации следующих параметровВремя прохождения зоны нечувствительности (dead time) — время между началом измененияфизической величины и моментом реакции датчика, т. е.

моментом начала изменения выходного сигнала.Запаздывание (delay time) — время, через которое показания датчика первый раз достигают 50 %установившегося значения. В литературе встречаются и другие определения запаздывания.Время нарастания (rise time) -- время, за которое выходной сигнал увеличиваете от 10 до 90 %установившегося значения. Другое определение времени нарастания — величина, обратная наклону кривойреакции датчика на скачок измеряемой величины в момент достижения 50 % от установившегося значения,умноженное на установившееся значение. Иногда используются другие определения.

Min. время нарастаниявсегда указывает на быструю реакцию.Время достижения первого максимума (peak time) — время достижения первого максимума выходногосигнала (перерегулирования).Время переходного процесса, время установления (settling time) — время, начиная с которогоотклонение выхода датчика от установившегося значения становится меньше заданной величины(например, ± 5 %).Относительное перерегулирование (percentage overshoot) — разность между максимальным иустановившимся значениями, отнесенная к установившемуся значению (в процентах).Статическая ошибка (steady-state error) — отклонение выходной величины датчика от истинногозначения или смещение. Может быть устранена калибровкой датчика,Лирическое отступление.Погрешность и точностьТочность {accuracy) определяет разницу между измеренной и действительной величиной; она может бытьотнесена к датчику в целом или к конкретному его показанию.Разрешение {resolution) —этонаименьшее отклонение измеряемой величин которое может быть зафиксировано и отражено датчиком.Разрешение намного чаще, чем точность, указывается в технических описаниях.