Информационные устройства роботов (1088970), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Точность датчика завис нетолько от его аппаратной части, но и от остальных элементов измерительного комплекса.Погрешность (ошибка) измерения (measurement error) определяется как paзница между измеренной идействительной величинами. Поскольку действительна величина неизвестна, в произвольном случае оценкуточности можно сделать на основе эталонных измерений или углубленного анализа данных.Ошибки измерения можно классифицировать и, соответственно, моделировать, как детерминированные(или систематические) и случайные (или стохастические).
Детерминированные ошибки связаны снеисправностью датчика, нарушением условий его применения или процедуры измерений. Эти ошибкиповторяются при каждом измерении. Типичная систематическая ошибка — это смещение показания (readingoffset) или сдвиг (bias). В принципе, систематические ошибки устраняют: при поверках (calibration).Случайные ошибки, напротив, могут иметь самое разное происхождение.
В большинство случаев этовлияние окружающей среды (темпер туры, влажности, электрических паводок и т. п.). Если причиныслучайных ошибок известны, то эти ошибки можно компенсировать. Часто влияние возмущенийхарактеризуют количественно такими параметрами, как средняя ошибка, среднеквадратичная ошибка илистандартное отклонение и разброс либо погрешность.Виды датчиков.Датчики положенияв качестве датчиков положения (position sensor) в течение многих десятилетий используются выключатели.Они состоят из электрических контактов, которые механически размыкаются или замыкаются, когда какаялибо переменная (положение, уровень) достигает определенного значения. Концевые выключатели (limitswitch) -различных типов являются важной частью многих систем управления, надежность которыхсущественно зависит именно от них.
Они располагаются там, где "происходит действие", и частоподвергаются большим механическим нагрузкам и токам.На рисунке показаны нормально разомкнутый замыкающий выключатель (normally open, make-contactswitch), нормально замкнутый размыкающий выключатель {normally closed, break-contact switch) ипереключатель (change-over switch) в нормалыюм положении и при срабатывании. На схемах контактывыключателя обычно изображают в нормальном положении.Простейшим выключателем является механический нормально разомкнутый однополюсный выключатель(Single-Pole Single-Throw — SPST), показанный на рисунке (а). Простое согласование сингалов можнообеспечить с помощью нагрузочного резистора. Когда выключатель разомкнут, с резистора снимаетсянапряжение +5 В, воспринимаемое ТТЛ-вентилем на входе компьютера как одно из логических состояний.Если контакт замкнут, выходной сигнал равен потенциалу "'земли", что воспринимается как другоелогическое состояние.Замыкание механического выключателя обычно вызывает проблемы, поскольку контакты вибрируют("дребезжат") несколько миллисекунд, прежде чем замкнуться (рис.
6). Когда важно зафиксировать толькопервое касание, как в случае концевого выключателя, принимать во внимание последующие замыкания иразмыкания контактов из-за дребезжания нет необходимости. Применение цепи, обеспечивающейнебольшое запаздывание выходного сигнала, является одним из способов преодоления эффектадребезжания контактов.Существуют другие методы определения положения с помощью бинарных датчиков, некоторые из которыхприведены ниже.• Ртутные выключатели состоят из небольших герметически запаянных стеклянных трубок с контактнымивыводами. Трубка содержит достаточное количеств ртути, чтобы замкнуть контакты.
Выключательразмыкает и замыкает при изменении положения (наклона) трубки.• Магнитоуправляемое герметичное язычковое реле - геркон- состоит из двух плоских пружин» запаянныхв небольшую стеклянную трубку. Свободные концы пружин находятся друг над другом с очень небольшимзазором между ними. Когда к трубке приближается магнит, пружины намагничиваются в разныхнаправлениях, притягиваются друг к другу и замыкаются.• фотоэлектрические датчики выполнены из материалов, которые изменяют сопротивление или генерируютразность потенциалов под влиянием света. Во многих устройствах достаточно бинарной индикации —естьсвет или нет. Фотоэлектрический лучевой детектор состоит из источника светового луча исветочувствительного элемента.
Существует много конструкций светодетекторов, которые отличаются восновном тем, отражается или прерывается световой луч фиксируемым объектом. Преимуществасветодетекторов — простота, гибкость, низкая стоимость и, главное, фиксация может выполняться безнепосредственного физического контакта. На базе фотоэлектрических лучевых детекторов легко строятсяизмерители частоты вращения, счетчики, датчики положения и т. д.• Ультразвуковые и микроволновые датчики используются для обнаружения объектов на расстояниях отнескольких сантиметров до нескольких метров.
Эти датчики работают в режиме отражения (излучатель иприемник заключены в одном приборе) или на принципе прерывания луча (излучатель и приемникрасположены в разных устройствах).Датчики движения.Датчики движения измеряют четыре кинематические велечины :Перемещение (изменение положения , расстояния , степени приближения )Скорость ( включая угловую)УскорениеУдарДля измерения параметров движения применяются следующие типы устройств:- потенциометры для измерения перемещений; они работают как переменные резисторы;- датчики на основе принципа электромагнитной индукции, например дифференциальные трансформаторы,резольверы, синхротрансформаторы (сельсины)- емкостные датчики для измерения малых перемещений, вращений и уровней жидкости;- пьезоэлектрические датчики для измерения давления, напряжения, ускорения.
скорости, силы и момента(пьезоэлектрический материал деформируется под действием приложенной разности потенциалов иливырабатывает разность потенциалов при механическом воздействии);- лазерные датчики для точного измерения малых перемещений;- ультразвуковые датчики для измерения расстояний в медицинских приборах, системах автофокусировкифото- и телекамер, измерения уровня и скорости.Резольвер (угол, скорость)Резольверы (resolver) применяются в приложениях, где требуется очень точное измерение угловыхперемещений и скорости, например в сервосистемах и роботах. Выходной сигнал резольвера — это мерауглового перемещения; дифференцирование этого сигнала дает угловую скорость.
Резольвер работает напринципе измерения взаимоиндукции между двумя обмотками .Ротор резольвера соединен с вращающимсяобъектом. На первичную обмотку ротора подается переменное напряжение Vref. Статор состоит из двухобмоток, развернутых на 90° друг относительно друга. Напряжение на этих обмоткахcответственно, где Θ - угловое положение ротора.Можно сказать, что выходные напряжения Vo1 и Vo2 представляют собой напряжение Vref,промодулированное величиной угла Θ. Используя одно из выходных напряжении, можно однозначноизмерить углы лишь в диапазоне 0-90", оба сигала позволяют однозначно измерять углы от 0е до 360е.Выход резольвера есть тригонометрическая функция угла. Эта нелинейность, однако, не всегда являетсянедостатком.
Например, при управлении вращающими моментами в роботах требуются именнотригонометрические функции углов поворота. Поэтому выходной сигнал резольвера можнонепосредственно использовать для управления без дополнительного преобразования в реальном времени,которое увеличило бы загрузку управляющего компьютера.Обычно резольвер дает хорошее разрешение и высокую точность. Он имеет высокий уровень выходногосигнала и низкий выходной импеданс. Полоса пропускания резольвера зависит от частоты источниканапряжения. Проблемы при работе револьвера могут возникать только из-за щеток ротора (износ,дополнительные шумы и механические нагрузки).
Резольвсры поставляются в виде полипфуикциональиыхавтономных устройств.ТахометрТахометр представляет собой генератор постоянного тока с постоянными магнитами, применяемый дляизмерения угловой скорости.Магниты создают постоянное однородное магнитное поле. Движение проводника в поле индуцируетнапряжение, пропорциональное скорости его вращения. Ротор непосредственно соединен с объектом,скорость вращения которого измеряется. Выходное напряжение, генерируемое в процессе вращения,снимается коллектором, который состоит из пары угольных щеток с низким сопротивлением. Тахометробычно создает очень маленькую дополнительную механическую нагрузку для больших валов, на которыеон устанавливается. Анализируя динамику тахометра, можно утверждать, что его частотный диапазонобычно значительно шире, чем у механического двигателя при его нормальной нагрузке.
Поэтомуиндуктивность и другие электромагнитные параметры тахометра обычно не влияют на результатыизмерения.Датчики угла (Энкодеры)Датчик угла или преобразователь угол-код, также называемый энкодер — устройство, предназначенное дляпреобразования угла поворота вращающегося объекта (вала) в электрические сигналы, позволяющиеопределить угол его поворота.Энкодеры подразделяются на инкрементальные и абсолютные, которые могут достигать очень высокогоразрешения. Энкодеры могут быть как оптические, резисторные, так и магнитные и могут работать черезшинные интерфейсы или промышленную сеть.Инкрементальные энкодерыИнкрементальные энкодеры предназначены для определения угла поворота вращающихся объектов.
Онигенерируют последовательный импульсный цифровой код, содержащий информацию относительно углаповорота объекта. Если вал останавливается, то останавливается и передача импульсов. Основным рабочимпараметром датчика является количество импульсов за один оборот. Мгновенную величину угла поворотаобъекта определяют посредством подсчёта импульсов от старта. Для вычисления угловой скорости объектапроцессор в тахометре выполняет дифференцирование количества импульсов во времени, таким образомпоказывая сразу величину скорости, то есть число оборотов в минуту. Выходной сигнал имеет два канала, вкоторых идентичные последовательности импульсов сдвинуты на 90° относительно друг друга (парафазныеимпульсы), что позволяет определять направление вращения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
