Информационные устройства роботов, страница 3

Имеется также цифровой выход нулевойметки, который позволяет всегда рассчитать абсолютное положение вала.Абсолютные энкодерыАбсолютные энкодеры, как оптические, так и магнитные имеют своей основной рабочей характеристикойчисло шагов, то есть уникальных кодов на оборот и количество таких оборотов, при этом не требуетсяпервичной установки и инициализации датчика.

Поэтому абсолютные энкодеры не теряют свою позициюпри исчезновении напряжения.Наиболее распространённые типы выходов сигнала — это код Грея, параллельный код, интерфейсыProfibus-DP, CANopen, DeviceNet, SSI, LWL, через которые также осуществляется программированиедатчиков.Оптические энкодерыОптические энкодеры имеют жёстко закреплённый соосно валу стеклянный диск с прецизионнойоптической шкалой. При вращении объекта оптопара считывает информацию, а электроникапреобразовывает её в последовательность дискретных электрических импульсов.

Абсолютные оптическиеэнкодеры — это датчики угла поворота, где каждому положению вала соответствует уникальный цифровойвыходной код, который наряду с числом оборотов является основным рабочим параметром датчика.Абсолютные оптические энкодеры, так же как и инкрементальные энкодеры, считывают и фиксируютпараметры вращения оптического диска.Магнитные энкодерыМагнитные энкодеры регистрируют прохождение магнитных полюсов вращающегося магнитного элементанепосредственно вблизи чувствительного элемента, преобразуя эти данные в соответствующий цифровойкод.Механические и оптические энкодеры с последовательным выходомСодержат диск из диэлектрика или стекла с нанесёнными выпуклыми, проводящими или непрозрачнымиучастками. Считывание абсолютного угла поворота диска производится линейкой переключателей иликонтактов в случае механической схемы и линейкой оптронов в случае оптической. Выходные сигналыпредставляют собой код Грея, позволяющий избавиться от неоднозначности интерпретации сигнала.Индуктивные датчикиИндуктивные датчики – датчики, основанные на изменении индуктивности при взаимодействии сметаллическим объектом, наиболее широко используются в промышленных роботах.

Когда датчикприближается к ферромагнитному материалу, изменяется расположение силовых линий постоянногомагнита (рис. 21.3,б и в). При отсутствии движения силовые линии не изменяются и, следовательно, вкатушке ток не индуцируется. Изменение напряжения на выходе катушки обеспечивает эффективноеочувствление в ближней зоне на расстояниях ~1 мм (рис. 21.4).Так как для получения выходного сигнала на датчике требуется наличие относительного движениядатчика и объекта, одним из методов получения дискретного порогового сигнала является интегрированиевыходного сигнала.Рисунок 21-3.

Индуктивный датчик (а), форма магнитных линий при отсутствии ферромагнетика (б) ипри наличии ферромагнетика в зоне измерения датчика(в)Рисунок 21.4. Зависимость выходного сигнала индуктивного датчикаот скоростиПороговый сигнал остается на нижнем уровне, пока значение интеграла остается ниже установленногопорога. После превышения порога сигнал переходит на верхний уровень, что соответствует наличиюобъекта в зоне измерения.Датчики ХоллаЭффект Холла связывает напряжение между двумя точками в проводнике или полупроводниковомматериале в магнитном поле, воздействующим на этот материал. Используемые сами по себе датчики Холламогут уловить только намагниченные объекты.

Однако, если их использовать вместе с постоянныммагнитом (рис. 21.5), они способны установить наличие всех ферромагнитных материалов.Рисунок 21.5. Работа датчика Холла (а), снабженного постоянныммагнитом (б)Датчики Холла основаны на возникновении силы Лоренца, действующей на заряженную частицу,движущуюся в магнитном поле. Эта сила направлена по оси, перпендикулярной плоскости, образованнойнаправлением движения заряженной частицы и направлением поля.Оптические датчики измерения в ближней зонеОптические датчики измерения в ближней зоне подобны ультразвуковым датчикам в том смысле, что ониопределяют близость объекта по его влиянию на волновой сигнал, проходящий от источника к приемнику.Рисунок 22.5. Оптический датчик измерения в ближней зонеДатчик состоит из светодиода, который выполняет роль источника инфракрасного излучения, ифотодиода, используемого в качестве приемника.

Пучки света, сформированные оптическими системамиисточника и приемника в одной плоскости, пересекаются в вытянутой конусовидной зоне. Эта зонаопределяет рабочий диапазон датчика, так как отражающая поверхность, которая находится в зоне,освещается источником и одновременно «просматривается» приемником.Ультразвуковые датчикиХарактеристики всех рассмотренных датчиков измерения в ближней зоне сильно зависят от материалаобъектов измерения.

Эта зависимость может быть в значительной степени уменьшена путем использованияультразвуковых датчиков (рис. 22.3).Рисунок 22.3. Ультразвуковой датчик измерения в ближней зонеОсновным элементом датчика является электроакустический преобразователь, в качестве которогочасто используется пьезоэлектрический керамический элемент. Подложка из смолы защищаетпреобразователь от влажности, пыли и других внешних воздействий.

Она служит также как переходноеакустическое сопротивление. Поскольку один и тот же преобразователь используется обычно как дляпередачи, так и для приема сигналов, для обнаружения объектов в ближней зоне необходимо быстроедемпфирование акустической энергии.

Это достигается путем применения акустических поглотителей иразвязкой преобразователя от корпуса. Конструкция корпуса позволяет получить узкий акустический поток,дающий мощный направленный сигнал.Рисунок 22.4. Сигналы, используемые в ультразвуковом датчике измеренияв ближней зонеТактильные датчикиТактильные датчики используются в робототехнике для получения информации о контактеманипулятора с объектами в рабочем пространстве. Тактильная информация может использоваться,например, для определения местоположения объекта или его распознавания, а также для управленияусилием захватного устройства, воздействующего на объект манипулирования.Тактильные датчики подразделяются на два основных типа: дискретные и аналоговые. Дискретныедатчики, как правило, срабатывают при наличии или отсутствии объекта, в то время как выходной сигналаналоговых датчиков пропорционален прикладываемому усилию.Дискретные тактильные датчикиДискретные тактильные датчики являются контактными приборами типа микропереключателей.

Впростейшем случае переключатель размещен на внутренней поверхности каждого пальца манипулятора(рис. 23.1).Рисунок 23.1. Простой схват робота с бинарными тактильными датчикамиЭтот вариант очувствления используется для определения наличия детали между пальцами схвата.Перемещая манипулятор над объектом и последовательно производя контактирование с его поверхностью,можно также осуществить центрирование манипулятора относительно объекта для его схвата и переноса.Путем размещения нескольких дискретных тактильных датчиков на внутренней поверхности каждогопальца схвата достигается расширение получаемого объема информации.

Кроме того, они часто ставятся навнешней поверхности конечного звена манипулятора для получения управляющих сигналов, используемыхпри формировании траектории движения манипулятора в рабочем пространстве («ощупывание»).Аналоговые датчикиАналоговый тактильный датчик является регистрирующим прибором, выходной сигнал которогопропорционален прикладываемой силе.

Простейший из таких приборов состоит из подпружиненногостержня (рис. 23.2), который механически связан с вращающейся осью.Рисунок 23.2. Типичный аналоговый тактильный датчикГоризонтальная сила, действующая на стержень, преобразуется в пропорциональный поворот оси. Этотповорот непрерывно измеряется с помощью потенциометра или кодовым устройством с дискретнымвыходом. При известной жесткости пружины сила соответствует указанному перемещению.Для увеличения объема информации о процессе взаимодействия робота с объектом на схвате роботаразмещают матрицы тактильных датчиков, параметры которых меняются в зависимости от давления(«графитовые столбики») (рис. 23.3).Рисунок 23.3.

Схват робота, оснащенный матрицами тактильных датчиковВ таких устройствах, обычно называемых «искусственной кожей», давление от объекта вызываетсоответствующие деформации, которые измеряются как непрерывно меняющееся сопротивление.Изменение сопротивления легко преобразуется в электрический сигнал, амплитуда которогопропорциональна силе, действующей на соответствующую точку поверхности матрицы.Рассмотренные тактильные датчики измеряют силы, перпендикулярные к чувствительной поверхностидатчика.

Определение проскальзывания путем измерения тангенциального движения является другойважной задачей тактильного очувствления. Датчик для определения проскальзывания включает свободновращающийся зубчатый шар, который отклоняет тонкий стержень, установленный на оси проводящегодиска (рис. 23.4). Под диском равномерно расположены электрические контакты. Вращение шара,вызванное проскальзыванием по нему объекта, приводит к вибрации стержня и диска с частотой,пропорциональной скорости вращения шара.