Воротников С.А. - Информационные устройства робототехнических систем (960722), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Тогда по типу замещаемой функции датчики можно подразделить на четыре группы: кинестетические, локационные„визуальные и тактильные. В зависимости от радиуса действия различают контактные датчики, датчики ближнего и дальнего действия.
Наконец, по способу греобразования выделяют генсраторные (активные) и параметрические (пассивныс) датчики. Рассмотрим каждую группу более подробно. Кииестетические датчики формируют информационный массив данных об обобщен~пах координатах и силах, т. е.
о положении и относительных перемещениях отдельных рабочих органов и развивасмых ими усилиях. К кинестетическим относятся датчики положения, скорости, измерители сил и моментов в сочленениях многозвснного механизма. Локациоиные датчики предназначены для определения и измерения физических параметров среды путем излучения и приема отраженных от объектов сигналов. По значениям этих параметров формируется локационный образ среды, который используется для идентификации ее объектов.
Наиболее распространены электромагнитные, в том числе оптические, а также акустические устройства. .Визуальные датчики обеспечивают получение информации о геометрических и физических характеристиках впепгпей среды на основе анализа се освещенности в оптическом диапазоне, включая ИК, СВЧ и рентгеновское излучения.
Примером являются различныс телевизионные системы. Таюиильпые датчики позволяют определить характер контакта с объектами внешней среды в целях их распознаванця. Эго, например, тактильные матрицы и силомоментные датчики. Тактильные датчики относятся к датчикам контактного типа. Контактными являются также кинсстстические датчики. Сенсорные устройства ближнего действия получают информацию о среде вблизи объекта работы, дальнего — во всей рабочей зоне. Примерами являются визуальные и акустические преобразователи. !6 82. Осиоеаые понятия и определения Генераторные датчики являются источником непосредственно выдаваемого электрического сигнала. Это — термоэлектрические преобразователи; устройства, в основе функционирования которых лежат пиро- и пьезоэлектрические эффекты, явление электромагнитной индукции, фотоэффект, эффект Холла и др.
В параметрических датчиках под воздействием измеряемой величины меняются некоторые параметры выходного импеданса, Импеданс датчика обусловлен его геометрией и размером элементов, а также электромагнитными свойствами материала: удельным электросопротивлением р, относительной магнитной проницаемостью ц, относительной диэлектрической проницасмостью а,. В преобразователях этого типа сигнал формируется измеритетьной илью (потенциометрической или мостовой схемой, колебательным контуром, операционным усилителем). Параметрическими преобразователями являются больц~инство датчиков силы, давления, перемещения.
Несмотря на разнообразие датчиков, используемых в робототехнических и мехатронных системах, они должны быть унифицированы. Унифицированным преобразователем (трансмиттером) является датчик, имеющий нормированный диапазон сигнала на выходе. Согласно международному стандарту РПЧМРЕ 2600, нормированные сигналы должны находиться в диапазонах: сила тока О..Л= 5 мА или О...~ 20 мА; напряжение О...~ 1 В или О...-~ 10 В. В устройствах с нормированными токовыми сигналами допускается применение измерительных приборов с внутренним сопротивлением Я„<1 кОм.
В устройствах с нормированными сигналами напряжения сопротивление Я„должно превышать 1 кОм. Кроме того, к датчикам систем предъявляют следующие требования: высокая надежность и помехоустойчивость в условиях электромагнитных помех, колебаний напряжения и частоты; малогабаритность„ простота конструкции, «размещаемость» на захватном устройстве и других частях манипулятора при ограниченной площади и объеме; развязка выходных и входных цепей, простота юстировки и обслуживания; возможность абсолютного отсчета параметров и др. Один или несколько датчиков в совокупности с усиливающими и преобразующими устройствами образуют ипформационную систему (рис.
В2). Информационная (информационно-сенсорная) система предназначена для интегральной оценки наблюдаемого процесса или явления в целях определения его состояния и формирования соответствующего сообщения. В общем случае она представляет собой совокупность функционально объединенных измерительных, вычислительных и других вспомогательных средств для получения измерительной информации, ес преобразования и обработки для предоставления в требуемом виде, В информационной системе сигналы, поступающие с датчиков, после предварительного усиления и преобразования в цифровую форму поступают на микроЭВМ, где выполняется инте- Введение гральная оценка процесса.
Далее формируется сообщение на верхний уро- вень информационной системы или в систему управления. Шу МикроЭВМ ВШ Рис. В2. Пример функциональной схемы информационной системы: Д~ — Ą—. датчики; БУ вЂ” блок усилителей; К вЂ” коммутатор; ШУ вЂ” шина управления; УВ —" устройство ввода-вывода', ЛЦП вЂ” аналого-цифровой йрсобразователь; Вш — внутренняя шина В робототехнике информационные системы используются на трех уровнях управления:. исполнительном, тактическом и стратегическом. В табл.
В1 приведены примеры задач„решаемых на каждом из этих уровней„и используемые для этого информационные средства. У'облила 81 Примеры использовании информационных систем в роботах Основные задачи, решаемые с помощью информационной системы Уровень управления Информационныс средства Исполнительный Датчики положения, скоростей, ускорений; однокомиоиситные датчики измерения момента на валу Тактический Обеспечение необходимой силы захвата. Самонаведение и торможение вблизи неизвестных препятсгвий Стратегический Разнообразные дальномерыры, системы технического зрения и силомоменгного очувствлепия Обеспечение монотонности движения захвата.
Устранение взаимовлияния звеньев манипулятора, Обеспечение стабильности динамических характеристик приводов Нахождение маршрута движения в педстсрмиииронанной обстановке. Развитие необходимых усилий нри работе со связанными объекгами. Поиск и распознавание заданных объектов, определение их взаимного положе- ния Тактильные матрицы и датчики проскальзывания; оптические, индуктивные и емкостныс датчики; видеокамеры; ультразвуковые дальномеры 83. Бионические аспекты иггформаг~ионных систем ВЗ. Бионические аспекты информационных систем В3.1. Общие сведения Как уже было отмечено ранее, роботы создавали с целью заменить человека в тех случаях, когда он по тем или иным причинам не может принять непосредственное участие в выполнении достаточно сложных операций.
Антропологический подход к терминологии в робототехнике основан на использовании принятых в биологии, биофизике и психологии терминов для обозначения соответствующих робототехнических категорий. В результате возникли такие понятия, как восприятие информации роботом, принятие им решений, искусственный интеллект робота и т. п. Заметим, что антропологический подход, который, поскольку речь идет о биологических и биофизических аналогиях, можно назвать бионичсским, был применен при классификации датчиков. В его основе лежит принцип замещения или усиления некоторой сенсорной функции человека.
Бионические термины достаточно широко используются в теории и практике информационных систем, в связи с чем им необходимо дать определения. Из всего множества воздействующих на организм факторов окружающей среды лишь некоторые улавливаются сенсорными органами. Эти факторы называются сенсорными стимулами.
В ходе эволюции у всех организмов развились специализированные сенсорные органы, устроенныс так, чтобы оптимальным образом отвечать на вполне опрсделснные стимулы. Эти органы подразделяют на три группы. Экстероцепторы — это рецепторы„стимулируемые окружающей средой; они участвуют в реализации слуховой, визуальной и тактильной сенсорных функций. Проприоцепторы опрсде-ляют вариации длины мышц, натяжения сухожилий и других параметров положения и движения.
Эти рецсгггоры участвуют в формировании кинестстичсской и отчасти тактильной сенсорных функций. К группе проприоцепторов относится и вестибулярный аппарат. Интероцепторы регистрируют информацию, поступающую от внутренних органов тела. Это, в частности, датчики температуры, кровяного давления„состава крови и т. и. Большая часть информации, посылаемой в центральную нервную систему интсро- и проприоцепторами, не воспринимается сознанием.
Восприятие внешнего мира человеком осуществляется через шесть основных каналов сенсорной рецепции, образующих распределенную информационную сеть. Это каналы органов чувств — слух, зрение, осязание, терморсцепция„обоняние и вкус. В каждом из них возбуждение регистрируется системой ЧЭ (рецегггоров), специфических для разных сенсорных модальностей, и передасгся по каналу связи (нервному волокну) в виде потенциалов действий.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
