Робототехника.Фу, Ли, Гонсалес (962794), страница 53
Текст из файла (страница 53)
Этот метод обеспечивает дискретный выходной сигнал, переключение которого зависит от значения заданного порога. В более сложном методе используется емкостной элемент в контуре, по которому постоянно проходит синусоидальвый сигнал частоты, Изменение емкости вызывает фазовый сдвиг 6.3.4. Ультразвуковые датчики Характеристики всех рассмотренных датчиков измерения в ближней зоне сильно зависят от материала объекта измерения. Эта зависимость может быть в значительной степени уменьшена путем использования ультразвуковых датчиков, работа которых при измерении расстояния была кратко рассмотрена Лтемаллааеслии" коляде доллуо дажкилз Смак гуеоаааееск аггеей аеайг ,4лусжикескии лселаглиглело Рис. 6,!4. Ультразвуковой датчик измерения в ближней зоне [391.
в разд. 6.2.3. В данном разделе более подробно рассмотрены конструкции и работа этих датчиков, а также проиллюстрировано их использование для измерений в ближней зоне. На рис, 6.14 показана структура типичного ультразвукового преобразователя, используемого для измерения в ближней зоне. Основным элементом является электроакустический преобразователь, в качестве которого часто используется пьезоэлектрический керамический элемент. Подложка из смолы защищает преобразователь от влажности, пыли и других внешних воздействий.
Она служит также как переходное акустиче- 311 между сигналом эталонной частоты и сигналом от емкостного элемента. Фазовый сдвиг пропорционален изменению емкости и, следовательно, может быть использовав для обнаружения объекта в ближней зоне. На рис, 6.13 показано изменение емкости в зависимости от расстояния для датчика измерения в ближней зоне, построенного по рассмотренному принципу. Следует отметить, что на расстоянии, превышающем несколько миллиметров, чувствительность резко падает. Форма характеристики при этом зависит от материала объекта измерения.
Обычно такие датчики работают в дискретном пороговом режиме. Изменение емкости выше заданного порога Т соответствует наличию объекта, а ниже — его отсутствию в зоне, установленной величиной Т. Сдетпедилд Лередпв>щив / р Фелтлдиед лилле> лдледла 312 3!3 ское 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 акустической энергии. Это достигается путем применения акустических поглотителей и развязкой преобразователя от корпуса. Конструкция корпуса позволяет получать узкий акустический поток, дающий мощный и направленный сигнал.
Для лучшего понимания работы ультразвукового датчика измерителя в ближней зоне надо провести анализ сигналов, используемых как для передачи, так и для приема акустической энергии. Типичный вид таких сигналов представлен на Рис, 6.15, Сигналы, используемые в ультразвуковом датчике измерения в ближней зоне 1391. рис. 6.15. Сигнал А является запорным сигналом, используемым для управления посылаемыми сигналами. Сигнал В содержит выходной и отраженный сигналы. Импульсы С выделяют сигналы передачи или приема. Для того чтобы установить различие между импульсами, соответствующими посылаемой и отраженной энергии, вводятся временные окна (сигнал О), на которых основывается принцип измерения датчика.
Временной интервал сту является минимальным временем измерения, а Л1, + Лут — максимальным. Можно отметить, что эти временнйе интервалы соответствуют прохождению определенных расстояний со скоростью распространения звука в используемой рабочей среде. После получения отраженного сигнала (в то время как сигнал 0 имеет максимальное значение) вырабатывается сигнал Е, величина которого принимает нулевое значение после окончания действия передающего импульса А.
Нако- нец, сигнал Р вырабатывается при появлении положительного импульса Е и сбрасывается в случае отсутствия сигнала Е и появления импульса А. Таким образом, сигнал Р будет иметь максимальное значение при наличии объекта на расстоянии, определяемом параметрами сигнала О, т. е, сигнал Р является выходным сигналом ультразвукового датчика, работаюшего в бинарном режиме. 6.3.5.
Оптические датчики измерения в ближней зоне Оптические датчики измерения в ближней зоне подобны ультразвуковым датчикам в том смысле, что они определяют близость объекта по его влиянию на волновой сигнал, проходяший от источника к приемнику. Один из наиболее распространенных методов измерения расстояния в ближней зоне с помощью оптических средств показан на рис. 6.!6. Датчик состоит нз светодиода, который выполняет роль источника ин- Рис.
6.16 Онтический датчик измерения в ближней зоне 12511. фракрасного излучения, и фотодиода, используемого в качестве приемника. Пучки света, сформированные фокусными системами источника и приемника в одной плоскости, пересекаются в вытянутой конусовидной зоне. Эта зона определяет рабочий диапазон датчика, так как отражающая поверхность, которая находится в зоне, освещаетси источником и одновременно «просматривается» приемником.
Хотя данный метод в принципе похож на метод триангуляции, рассмотренный в разд. 6.2,1, необходимо отметить, что зона измерений, показанная на рис. 6.16, обеспечивает не только точечное измерение. Другими словами, поверхность, находящаяся в любом месте указанной зоны, будет идентифицирована. Для объекта с, известной ориентацией и характеристиками отражения можно осуществить калибровку интенсивности изображения в функции расстояния, однако обычно систему, приведенную на рис. 6.16, используют в режиме, при котором фор- мнруется дискретный выходной сигнал при достижении интенсивности отраженного потока определенного порогового значения.
6.4. ТАКТИЛЪНЫЕ ДАТЧИКИ Тактильные датчики используются в робототехнике для получения информации о контакте манипулятора с объектами в рабочем пространстве. Тактильная информация может использоваться, например, для определения местоположения объекта или его распознавания, а также для управления усилием захватного устройства, воздействующим на объект манипулирования, Тактильные датчики подразделяются на два основных типа: дискретные и аналоговые.
Дискретные датчики, как правило, срабатывают прн наличии или отсутствии объекта, в то время как выходной сигнал аналоговых датчиков пропорционален прикладываемому усилию. Более подробно эти датчики рассматриваются в следуюгцих разделах. 6.4.1. Дискретные пороговые датчики Как было отмечено, дискретные тактильные датчики являются контактными приборами типа микропереключателей. В простейшем случае переключатель размещается па внутрен- ЛеилрмеоеКлю чатеее Рис. 6,17. Простой скаач Рис.
б.18. Типичный аналоговый тактильработа с бинарными тан. ный датчик. тильными датчиками. ней поверхности каждого пальца манипулятора (рис. 6.!7). Этот вариант очувствления используется для определения наличия детали между пальцами схвата. Перемен;ая манипулятор над объектом н последовательно производя контактирование с его поверхностью, можно также осуществить центрирование манипулятора относительно объекта для его захвата и переноса. Путем размещения нескольких дискретных тактильных датчиков на внутренней поверхности каждого пальца схвата достигается расширение получаемого объема информации. Кроме того, они часто ставятся на внешней поверхности конечного звена манипулятора для получения управляющих сигналов, используемых при формировании траектории движения манипулятора в рабочем пространстве.
Последний вариант аналогичен использованию тактильной информации человеком, проходящим через абсолютно темную комнату. 6,4.2. Аналоговые датчики Аналоговый тактильный датчик является регистрирующим прибором, выходной сигнал которого пропорционален прикладываемой силе. Простейп1ий из таких приборов состоит из подпружиненного стержня (рис. 6.18), который механически связан с вращающейся осью. Горизонтальная сила, действующая на стержень, преобразуется в пропорциональный поворот оси. Этот поворот непрерывно измеряется с помощью потенциометра или кодовым устройством с дискретным выходом. При известной жесткости пружины сила соответствует указанному перемещению.
В последние годы значительное внимание уделяется развитию систем тактильного очувствления, способных получать ббльший объем информации, чем один датчик. Использование таких систем проиллюстрировано на рис. 6.19, где показан охват робота, на внутренней поверхности каждого пальца которого размещается матрица тактильных датчиков. Внешние чувствительные поверхности схвата обычно выполняются в виде дискретных устройств.
Хотя чувствительные матрицы могут выполняться из некоторого множества отдельных датчиков, одним из перспективных направлений здесь является использование электродов из. проводящих материалов (например, на графитовой основе), сопротивление которых меняется в зависимости от величины давления. В таких устройствах, ооычно называемых «искусственной кожей», давление от объекта вызывает соответствующие деформации, которые измеряются как непрерывно меняющееся сопротивление.
Изменение сопротивления легко преобразуется в электрический сигнал, амплитуда которого пропорциональна, силе, действующей на соответствующую точку поверхности материала. Несколько основных методов, используемых при создании искусственной кожи, показаны на рис. 6.20. Схема, приведенная на рис. 6,20, а, основана на эффекте «окна», проявляемом про- 315 а%и тж'аоетгг Уубетбителе- олекщо Р «вте лкектооЖ Резиновая каиса ггниоотролный лрлуостяигий лат«она т Нелние чуйте дельные лоберанослтьг ЛроаиряиГий .матеоиал тг ,Чтзет лялт алеет аосты сетка а 316 317 водящим материалом, помешенным между общим корпусом и системой электродов, выполненных на стеклокерамической печатной плате.
Каждый электрод представляет собой прямоугольное поле — «окно», которое идентифицирует одну точку касания. Сила тока от обшсго корпуса к каждому электроду зависит от давления на проводяший материал. В методе, показанном на рис. б.20,б, пара длинных и узких электродов размещена в плоскости активных электрических контуров с использованием СВИС-техиологии. Проводящий материал находится над этой плоскостью и изолирован от иее по Рис. 6.19. Схват робота, оснантенный матрицами тактильных датчиков, всей поверхности, кроме поверхности электродов. Давление от обоекта изменяет сопротивление электродов, которое затем преобразуется с помощью электронных контуров, размещенных между электродными парами в сигналы тока или напряжения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
