Ответы к ГосЭкзамену 220402 (Информатика) (1088974), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Например, при управлении вращающими моментами в роботах требуются именно тригонометрические функции углов поворота. Поэтому выходной сигнал резольвера можно непосредственно использовать для управления без дополнительного преобразования в реальном времени, которое увеличило бызагрузку 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 источника напряжения. Проблемы при работе револьвера могут возникать только из-за щеток ротора (износ, дополнительные шумы и механические нагрузки).
Резольвсры поставляются в виде полипфуикциональиых автономных устройств.ТахометрТахометр представляет собой генератор постоянного тока с постоянными магнитами, применяемый для из-мерения угловой скорости.Магниты создают постоянное однородное магнитное поле. Движение проводника в поле индуцирует напряжение, пропорциональное скорости его вращения.
Ротор непосредственно соединен с объектом, скоростьвращения которого измеряется. Выходное напряжение, генерируемое в процессе вращения, снимается коллектором, который состоит из пары угольных щеток с низким сопротивлением. Тахометр обычно создаеточень маленькую дополнительную механическую нагрузку для больших валов, на которые он устанавливается. Анализируя динамику тахометра, можно утверждать, что его частотный диапазон обычно значительно86шире, чем у механического двигателя при его нормальной нагрузке. Поэтому индуктивность и другие электромагнитные параметры тахометра обычно не влияют на результаты измерения.Датчики угла (Энкодеры)Датчик угла или преобразователь угол-код, также называемый энкодер — устройство, предназначенное дляпреобразования угла поворота вращающегося объекта (вала) в электрические сигналы, позволяющие определить 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. Имеется также цифровой выход нулевой метки, 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 требуется первичной установки и инициализации датчика.
Поэтому абсолютные энкодеры не теряют свою позицию приисчезновении напряжения.Наиболее распространённые типы выходов сигнала — это код Грея, параллельный код, интерфейсыProfibus-DP, CANopen, DeviceNet, SSI, LWL, через которые также осуществляется программирование датчиков.Оптические энкодерыОптические энкодеры имеют жёстко закреплённый соосно валу стеклянный диск с прецизионной оптической шкалой.
При вращении объекта оптопара считывает информацию, а электроника преобразовывает еёв последовательность дискретных электрических импульсов. Абсолютные оптические энкодеры — это датчики угла поворота, где каждому положению вала соответствует уникальный цифровой выходной код, который наряду с числом оборотов является основным рабочим параметром датчика.
Абсолютные оптическиеэнкодеры, так же как и инкрементальные энкодеры, считывают и фиксируют параметры 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 или контактов в случае механической схемы и линейкой оптронов в случае оптической.
Выходные сигналы представляют собой код Грея, позволяющий избавиться от неоднозначности интерпретации сигнала.87Индуктивные датчикиИндуктивные датчики – датчики, основанные на изменении индуктивности при взаимодействии с металлическим объектом, наиболее широко используются в промышленных роботах. Когда датчик приближается к ферромагнитному материалу, изменяется расположение силовых линий постоянного магнита (рис.21.3,б и в). При отсутствии движения силовые линии не изменяются и, следовательно, в катушке ток не индуцируется.
Изменение напряжения на выходе катушки обеспечивает эффективное очувствление в ближнейзоне на расстояниях ~1 мм (рис. 21.4).Так как для получения выходного сигнала на датчике требуется наличие относительного движения датчика и объекта, одним из методов получения дискретного порогового сигнала является интегрирование выходного сигнала.Рисунок 21-3. Индуктивный датчик (а), форма магнитных линий при отсутствии ферромагнетика (б) ипри наличии ферромагнетика в зоне измерения датчика(в)88Рисунок 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 наличию объекта в зоне измерения.Датчики ХоллаЭффект Холла связывает напряжение между двумя точками в проводнике или полупроводниковом материале в магнитном поле, воздействующим на этот материал. Используемые сами по себе датчики Холламогут уловить только намагниченные объекты.
Однако, если их использовать вместе с постоянным магнитом (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, образованной направлением 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, и фотодиода, используемого в качестве приемника.
Пучки света, сформированные оптическими системами источника и приемника в одной плоскости, пересекаются в вытянутой конусовидной зоне. Эта зона определяетрабочий диапазон датчика, так как отражающая поверхность, которая находится в зоне, освещается источником и одновременно «просматривается» приемником.Ультразвуковые датчики89Характеристики 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 которого часто используется пьезоэлектрический керамический элемент. Подложка из смолы защищает преобразовательот влажности, пыли и других внешних воздействий.
Она служит также как переходное акустическое сопротивление. Поскольку один и тот же преобразователь используется обычно как для передачи, так и для приема сигналов, для обнаружения объектов в ближней зоне необходимо быстрое демпфирование акустическойэнергии. Это достигается путем применения акустических поглотителей и развязкой преобразователя откорпуса. 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 контакте манипулятора с объектами в рабочем пространстве.
Тактильная информация может использоваться, например, дляопределения местоположения объекта или его распознавания, а также для управления усилием захватногоустройства, 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.
В простейшем случае переключатель размещен на внутренней поверхности каждого пальца манипулятора (рис.23.1).90Рисунок 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 которого пропорционален прикладываемой силе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
