Василенко Н.В., Никитин К.Д., Пономарёв В.П., Смолин А.Ю. - Основы робототехники (1071028), страница 77

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 77)

получения так называемого тактильного образа объекта. В последние годы в научных лабораториях ведутся интенсивные исследования по созданию захватных устройств роботов, способных осязать объекты манипулирования. Принцип построения таких систем заключается а создании гибких пленок или подложек с множеством внедренных датчиков (рецепторов), электрическое сопротивление которых изменяется в зависимости от величины действующей нагрузки. В таких матрицах, или решетках, называемых искусственной кожей, давление от объекта, вызывающее соответствующие деформации, изменяет сопротивление точек-электродов и легко преобразуется в токовые сигналы, амплитуды которых пропорциональны силам, действующим на соответствующие точки.

Причем в некоторых разработках гибкая матрица с датчиками закладывается между соответствующими листами: внешним - предохранительным из электропроводящей резины - и внутренним - в виде гибкой пвчатной платы интегральных микросхем, обеспечивающей анализ и первоначальную переработку информации для передачи в ЗВМ системы управления. В современных осязательных системах используются также пьезозлектрическив материалы, генерирующие при деформации электрические сигналы.

Такая злектроконтактная матрица показана на 383 рис. 8.17. В качестве чувствительного материала использован слой 1 поливинилиденфлюорида, обладающего пьезоэлектрическими свойствами, помещаемый на внешнюю поверхность губки 2 захватного устройства. Деталь 3, воздействуя на чувствительный материал, генерирует соответствующие электрические сигналы, воспринимаемые следующим слоем-подложкой - гибкой печатной платой 4, обеспечивающей обработку сигналов и передачу их на матрицу 5 электрических контактов. Далее обработанные сигналы по проводной связи 5 передаются в ЭВМ системы управления роботом, где окончательно формируется тактильный образ объекта 8 рис. 8.17. Электроконтвктнек пьезозлектричеокея решетке тактильных датчиков Силомоментные устройства очувствления Силомоментные сенсорные системы - это устройства, предназначенные для измерения компонент главного вектора сил и моментов, воздействующих на манипулятор, в проекции на связанную с устройством систему координат.

Силомоментные сенсорные устройства используются в промышленных роботах главным образом для определения реактивных сил и моментов, возникающих при механической сборке. Они размещаются непосредственно в губках захватного устройства либо в сочленении между последним звеном и захватом манипулятора ( кисть, запястье ), а также при необходимости и в других сочленениях манипуляционной системы.

Преобразование действующих нагрузок в электрические сигналы в силомоментных устройствах осуществляется обычно двумя способами. Первый из них заключается в непосредственном измерении упругих деформаций чувствительных элементов с помощью тензорезисторных, пьезоэлектрических или магнитоупругих датчиков. Второй способ основан на измерении величин микроперемещений калиброванных псижин датчика, деформируемых под действием внешних нагрузок в 384 роцессе взаиыодейсткия робота с объектом. Наибольшее распростиемш'.ие почил метод непосредственного змерения упругих деформаций с помощью полупроводниковых или роводниковых тензорезисторов, которые имеют простую конструкцию, остаточно надежны, легко монтируются на упругих элементах силомоментных устройств, обеспечивают требуемую точность. Система силомоментного очувствления состоит из механической части, представляющей собой совокупность упругих элементов с размещенными на них датчиками (собственно чувствительное устройство), Формирующими электрические сигналы, пропорциональные упругим деформациям; усилительной и коммутирующей аппаратуры и вычислительного блока (компьютера), являющегося структурной составной частью информационно-управляющей системы (ИУС) робота Е 1еис.

8.!8. Силомоменткое чувствительное устроиотео о тензодетчиками На рис. 8.18 показана одна из конструкций чувствительного силомоментного устройства, устанавливаемая между конечным звеном манипулятора и рабочим органом. Четырехсегментный внешний фланец 1 устройства присоединяется к конечному звену манипуля. тора, а , а к центральному фланцу 2 крепится захватное устройство. ы 3 В ез льтате образуется жесткая конструкция в виде диафрагмы и поперечных крестообразных упругих стержнеи 4, на которь Р У ре наклеиваются тензодатчики 5, например, по одному на каждую грань стержня.

Деформирование стержней с тензорезисторами в результате нагружения конструкции реактивными силами и моментами изменяет электрическое сопротивление датчиков, позволяя получить электрический сигнал, пропорциональный нагрузкам. Для эффективного функционирования таких силомоментнык ст ойств к ним предъявляется ряд требований: а) высокая жесткость, снижающая отклонения и ошибки при позиционировании и обес печи- воющая быстрое деформирование возникающих колебаний; б) ком- 13 Ооиоеи робоеоеехииеи пактность конструкции, обле.

чающая движения манипулятора и улучшающая его маневренность; в) линейность характеристики датчиков (чувствительных элементов), позволяющ я у|рос":т. процесс калибровки устройства и определения действующих сил и ч помощью простых матричных операций; г) малые величины гистерезиса и внутреннего трения, что повышвет точность измерений.

Силомоментные сенсорные устройства, применяемые в промышленных роботах, предпочитительно создавать с учетом этих требований. Современные устройства представляют собой небольшие, чувствительные, легкие ( до 370 г) и относительно компактные конструкции, диаметром не более 10 см и толщиной до 3 см с динамическим диапазоном до 90 кг. для уменьшения гистерезиса и повышения точности измерения сенсорнье силомоментные устройства выполняются из единой твеРдой металлической заготовки (обычно из алюминиевого сплава), а тензодатчики устанавливаются и подключаются в мостовую схему твк, чтобы обеспечить автоматическую компенсацию температурных колебаний. Локационные сенсорные устройстве Локационные системы очувствления относятся к бесконтакным и предназначены для обнвружения подвижных и неподвижных обьектов, определения их местоположения, размеров и скорости движения, а также для обеспечения точного наведения и захватывания этих объектов.

Безусловным преимуществом таких устройств является возможность бесконтактного функционирования, т.е. на расстоянии от объекта, часто весьма значительном. При создании локационных сенсоров используются принципы как пассивной, так и активной локациИ. Пассивная локация заключается в улавливании и обработке собственных излучений объектов.

При активноИ локации в сторону предполагаемого местонахождения объекта направляется соответствующий зондирующий поток сигналов (акустических, световых, магнитных и др.)„а отраженное излучение затем улавливается и регистрируется датчиками-приемниками. Аналогом пассивных локационных систем являются зрение, слух и обоняние животных и человека, а характерным примером активной локации в живой природе может служить способность дельфинов или летучих мышей обнаруживать объекты с помощью направленного излучения акустических волн высокой частоты, так называемой ультразвуковой эхолокации. При создании локвционных сенсорных устройств используется широкий спектр различных физических методок акустических, магнитных, оптических, радиоволновых, тепловых, электрических, электромагнитных, пневматических, на основе которых разработан и находит практическое применение ряд конкретных конструктивных разновид- ностей локационных датчиком пьезоэлектрических, феррозондовых, индукционных, электронно-оптических, полупроводниковых, волоконнооптических, емкостных, вихретоковых, струйных, вакуумных и др.

Все локационные устройства очувствления роботов по своему назначению могут быть разделены нш информационные, предназначенные для обеспечения автоматического управления роботом и определения пространотвенного положения объектов, и более простые устродства безопасности, используемые для защиты манипулятора, окружающих объектов и обслуживающего персонала от возможных столкновений в процессе работы.

Наиболее широкое применение в большинстве современных локвционных систем промышленных роботов получило использование излучения и приема отраженных акустических или электромагнитных волн. Локационная акустическая, например ультразвуковая, система очувствления реализуется обычно на основе использования двух методоа зхометода (улавливание запаздывающего отраженного сигнала) и эффекта Доплера (улввливание изменения длины волны или частоты отраженного от движущихся обьектов сигнала) и дедствуют следующим образом. Синусоидвльные звуковые колебания высокой частоты (40-100 кгц), формируемые специальным генератором волн и модулируемые прямоугольными импульсами, излучаются дискретно в направлении обьекта. Одновременно с помощью генераторе счетных импульсов запускаются своеобразные часы локвционной системы- счетчик импульсов.

Направленный ультразвуковой сигнал, отразившись от объекта, возвращается в отраженном виде в приемник, где усиливается, очищается от помех и преобразуется из акустической в электрическую форму. Одновременно из него выделяется модулирующая состав. лающая, которая с помощью порогового (отсекающего) устройства представляется в виде прямоугольных импульсов, направляемых нв счетчик и останавливающих процесс счета, т.е фиксирующих число импульсов за время прохождения сигнала до объекта и обратно.

Так как принятые сигналы запаздывают по отношению к первоначальным - зондирующим — на величину времени их прохождения до объекте и обратно, то число импульсов, накопленных в счетчике зв этот период, пропорционально удвоенному расстоянию до объекта при нахождении излучателя и приемника в непосредственноИ близости друг от друга. Для этого обычно используют ультразвуковые датчики- преобразователи, совмешдющие в одном корпусе излучатель и приемник. На рис. 8.19 показана схема такого совмещенного ультразвукового датчика излучения-приема для измерений в ближнеИ зоне. В металлический корпус 1 помещвется основной компонент датчика— электроакустический преобразователь 2 в качестве которого преимущественно используется керамический пьезозлектрическиИ элемент, 1З* защищенный от влаги, пыли и повреждений слоем 3 смолы, служащим также переходным акустическим сопротивлением. Для быстрого демпфирования акустической энергии корпус заполнен акустическим поглотителем 4.

Характеристики

Список файлов книги