Воротников С.А. - Информационные устройства робототехнических систем (960722), страница 72
Текст из файла (страница 72)
Тикая конструкция обладает достаточно высокой жесткостью на сжатие и легко деформируется на сдвиг, являясь таким образом упругим элементом сдвигового типа. Перемещения фокуса СМД измеряют оптронными парами светодиод — фогодиод, расположенными н ортогональных плоскостях (рис. 7.3, б), Учитывая, что при действии сил Р'„, Р', нижний фланец перемещается параллельно верхнему, а при дейсгвии моментов М„, М вЂ” поворачивается в направлении соответствующего момента, можно определить каждый силовой фактор. При малых перемсщейиях фокуса получаем следующие уравнения преобразования: У1 =Уз =ЖХ' 'У2 =У4 =Б2Г ' У1 =84Му(/1 -12); У2 =5ЗМ Ц-1~); Уэ = 5'4Му11,' У4 — — БЗМ„Ц, где У~ — Ы~ — выходные сигналы фогодиодов; 5~ — 5~ — чувствительности каналов измерения Р„, 1'„, М„и М соответственна; 1~ и 12 — базовые размеры оптронного блока.
Матрица чувствительности 5)~ О О О 515 О О Б О 524 О О 83) О 0 О 83~ О О 542 0 544 О О содержит восемь ненулевых элементов. Однако, так как третий и шестой ее столбцы содержат только нули, датчик этой конструкции не измеряет соответствующие силовые факторы (силу Р; и момент М,). Решая полученную систему уравнений относительно искомых силовых факторов, находим 7,4.
Датчики систем си,олтментиого очувствления роботов где ~1 — К~ — размерные коэффициенты. Рис. 7.8. Конструкция и схема четырехкомпонснтного силомоментного датчика с вынесенным центром податливости: 1 — верхний фланец; 3 — свстодиод; 3 — фотодиод; 4 — эластомср; 5 — нижний флансц Данный СМД при диаметре 125 мм и длине 65 мм обладает невысокой -: . жесткостью (около 10 Н/м и 10 Н м/рад) и в принципе может. работать как датчик перемещений. Приведем его осповныс характеристики: Диапазон измерения: перемещений...........................................................,;;. О+ 2 мм сил................................................................................... 0...30 Н моментов .....,......,................................,..............,...........
0 ..1.,5 Н м Погрешность а.....,.....................................,......................... 5 % КОЭФФ циент в иян Л ....................,.........,......,...,....,. 10% Разрешающая способность при измерении перемещений .........,......................,......................,.............. 25 мкм Один из вариантов «очувствления» рабочей среды, при котором управляемым механизмом является не манипулятор, а автономныи модуль (вариант 4 в табл. 7.1), рассмотрен на рис. 7.9. Автономный модуль„получивший название адаптивный сборочный столик, оснащен приводами точного позиционирования и шестикомпонентным СМД, установленным в основании 345 столика. Схема, разработанная М.
Касаи в Токийском университете, была затем реализована фирмой Нйас1н ~Япония). Нижняя часть датчика, выполненная в виде плоского креста, используется для определения компонент М„-, М, Р~, верхняя — для компонент Р~, Р'„М . Тснзорезисторы на нижней крестовине измеряют деформации изгиба, на верхней — сдвига. Матрица чувствительности содержит 16 ненулевых элементов: О О О О 5~6 5„О О О 5,„ О О О О 536 542 О О О 546 О 5 О 5 О О 56З 564 О О О 5 О 5„О 5,„ Обозначим чувствительности измерительных схем с упругими элементами изгибного типа 5„,,, а сдвигового — 5,дв. Тогда основные со~тношени~ для определения компонент главного вектора сил и моментов примут вид (01+Уз) ~02+04) (05+Об+07+08) Х— ; Р~= СДВ .ДВ 5изг Рис. 7.9.
Конструкция ~а) и схема (б) системы силомомеитнаго «очувствлсния» типа «адаптивный сборочный столик».. 1 — платформа; 2 — упругие элементы„З вЂ” тензорезисторм.„4„5 — приводы гориюнтальяаго и всртикальнога перемещений соответствеипо 7.4. Дптчики систем силомомеитного очувствления роботов Разрешающая способность адаптивного сборочного столика составляет 0,1 % максимального значения соответствующей компоненты при диапазонах измерения сил 0...20 Н и моментов 0...0,1 Н. м. Адаптивный сборочный столик использовали в задачах прецизионной сборки.
Достоинством схемы является высокое быстродействие, достигаемое благодаря тому, что управляющие сигналы поступают непосредственно на приводы исполнительного механизма. В то жс .время конструкция датчика не лишена недостатков: его каналы обладают разной чувствительностью (дпя каналов с изгибными деформациями она на порядок выше, чем со сдвиговыми), а наличие инерционных составляющих вызывает динамическис погрешности. ф. 7.4.2.
Упругие элементы и измерительиые цепи еиломоментных датчиков Несмотря на все многообразие конструкций СМД, все они построены на базе однотипных упругих элементов. Как известно, напряженное состояние, возникающее в материале упругого элемента, в значительной степени определяется его формой. При расчете конструкций обычно выделяют четыре ",:,- . типа напряженных состояний: растяжение-сжатие, изгиб, сдвиг и кручение. Поэтому и в конструктивных схемах СМД стараются использовать упругие элементы, деформации которых можно отнести к одному из указанных типов.
В однокомпонентных датчиках упругие элементы испытывают деформацию определенного типа. В многокомпонентных СМД этого добиться труднее, В частности, в рассмотренных ранее конструкциях возникали напряженныс состояния разных типов, Тем не менее для обеспечения равной чувствительности каналов измерения стремятся уменьшить число типов напряженных состояний в теле упругого элемента. Различают три типа упругих элементов СМД: продольные (испытывают деформацию растяжения- сжатия), изгибныс и сдвиговыс (рис, 7.10).
2 2 г д Рис. 7.10. Типы упругих элементов СМД: а — продольный; 6 — изгибный; а — сдвиговый; г — дифференциальный изгибный; д— дифференциальный изгибный с упругой опорой; / — упругий элемент; 2 — тензорезистор Выбор того или иного типа упругого элемента зависит от измеряемых сил, причем датчики одного назначения могут иметь разные упругие эле- 347 7.
Системы пчактильного гпипа менты. Характерным примером являются весы. В однокомпонснтных весах могут быть использованы продольные упругие элементы, например при измерении веса железнодорожных вагонов, и изгибные — в ювелирном деле. Обычно при расчете СМД полагают, что его конструкция представляет собой набор простых упругих элементов, в которых. возникают либо однотипные напряженные состояния,.либо их комбинации.
Под простым упругим элементом в больпгинстве случаев понимают балку равного сечения, испытывающую напряженное состояние растяжения-сжатия, изгиба или сдвита (см. рис. 7.10, а — в). Заметим, что при кручении также возникает сдвиговое напряженное состояние. Для измерения деформации упругого элемента на его поверхности монтируют соответствующие ЧЭ. Устанавливая их попарно с разных сторон балки, можно не только определить значение действующего силового фактора, но и его знак. Однако даже при использовании однотипных упругих элементов нельзя не учитывать паразитные составляюгцие нагрузки, обусловленные разными причинами (на рис. 7.10, а — в измеряемая компонента обозначена г, а паразитная — Е~ ). Например, в однокомпонентных конструкциях с продольными упругими элементами невозможно полностью устранить поперечную составляющую Р~, вызванную, например, нспараллельностью линии действия силы и оси датчика.
Особенно остро эта проблема стоит в многокомпонентных СМД, где поперечную компонснту невозможно устранить в принципе. Для ее частичной компенсации строят специальные симметричные механическис преобразователи с дифференциальными упругими элементами (см. рис. 7.10, г). Именно поперечная составляющая нагрузки является основной причиной возникновения перекрестных связей между каналами измерения, которая описывается коэффициентом влияния Л'.
В табл. 7.2 приведены формулы для определения деформаций простых упругих элементов под действием разных силовых факторов. Таблица 7.2 Формулы для вычисления деформаций упругих элементов разных тинов П р и м е ч а н и е . еЛ вЂ” измеряемая деформация; в~~ — деформация упругого элемента в поперечном направлении; Š— модуль упругости 1-го рода; ч — коэффициент Пуассона (~ = 0,3); 1, Ь, Ь вЂ” соответственно длина„ширина и толщина сечения упругого элемента.
7,4. Датчики систем силомоментноео очувствления роботов В конструктивных схемах современных СМД чаще всего используют упругие элементы изгибного типа, что обусловлено их большой чувствительностью Яу, = е~~~Ж Тем не менее при расчете упругих элементов приходится учитывать реальные соопюшения между напряжениями. изгиба, сдвига и растяжения-сжатия в материале. Их абсолютные значения, как и формулы для вычисления, определяются размерами упругого элемента. Так, для упругого элемента балочного типа (Ь»Ь) чувствительности равны соответственно 5 „,„=61/(ЕЬЬ ), 5 =3~1+ч)/(2ЕЬЬ) и Яузр =О. Следовательно, один и тот же тензорезистор будет деформироваться под действием как компоненты Р; так и К1 . Поэтому коэффициент влияния поперечной (сдвиговой) компоненты на измеряемую ~изгибную) будет равен й(1+~)/41. Чувствительность Я „,„СМД с упругими элементами изгибного типа зависит не только от толщины и ширины балки, как у продольного и сдвигового элеме~тОв, но и от се длины.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
