Робототехника.Фу, Ли, Гонсалес (962794), страница 54

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 54)

Другая возможная реализация приведена на рис. 6.20, в. Проводящий материал располагается между двумя взаимно перпендикулярными наборами тонких, плоских и гибких электродов. Каждое пересечение между ними, разделенное проводящим материалом, представляет собои одну чувствительную точку. Изменение сопротивления в функции давления изме. ряется путем смещения электродов одного набора и изменения тока в элементах второго набора.

Величина тока в каждом из этих элементов пропорциональна давлению между неподвижным элементом и элементом, смешаемым внешней силой. Наконец, система, показанная на рис, 6 20,г, построена с использованием анизотропного проводящего материала. Эти материалы обладают односторонней проводимостью.

В основании датчика расположена система плоских электродов, а сверху находится проводяший материал, направление проводимости которого перпендвкулярно осям электродов. Проводяший материал отделен от электродов сеткой для его изоляции при отсутствии внешней силы. Когда приложена внешняя сила, происходит контакт между материалом и электродами. Возрастание Рис 6.20. Четыре метода реализации искусственной кожи. силы приводит к увеличению площади контакта и уменьшению сопротивления. Как и в предыдусцем методе, один из элементов чувствительной системы перемешается под действием внешней силы, а на втором производится измерение тока. Необходимо отметить, что чувствительность такого датчика зависит от толшины сепаратора.

Рассмотренные методы (рис. б.20, в и г) основаны на соответствующем смешении элементов чувствительной системы. Это часто приводит к трудностям при получении тактильной инфор- мации со сложных деталей, поскольку пересечение электрических контуров индуцирует помехи в виде обратных токов. Одним из решений этой проблемы является установка диодов в каждом контуре, исключающих прохождение обратных токов. Другое решение заключается в заземлении всех контуров, кроме перемещаемого контура. Вклад каждого элемента пересечения можно выявить путем индивидуального контроля всех контуров принимающей системы.

Все рассмотренные тактильные датчики измеряют силы, перпендикулярные к чувствительной поверхности датчика. ЛросхапьоьМакие обьехога уубхалтьгй ар локогакогь бб лб лсееогаа 17роьоблисий ь'иок Рис. 8.21. Устройство для определения велияины и направления просквльзыввния 118). Определение проскальзывания путем измерения тангенцнального движения является другой важной задачей тактильного очувствлеиия. В заключение кратко рассмотрим один из методов такого очувствления (18]. Реализация метода (рис.

6,2!) включает свободно вращающийся зубчатый шар, который отклоняет тонкий стержень, установленный на оси проводящего диска. Под диском равномерно расположены электрические контакты. Врап1ение шара, вызванное проскальзыванием по нему объекта, приводит к вибрации стержня и диска с частотой, пропорциональной скорости врашения шара.

От направления вращения зависит, какой контакт будет задействован вибрирующим диском. Усредненное направление проскальзывания определяется по импульсам в соответствующих выходных электрических контурах. 318 6,5, СИЛОМОМЕНТНОЕ ОЧУВСТВЛЕНИЕ Силомоментные датчики используются в основном для определения сил реакции, возникающих при механической сборке. Основные методы в этой области направлены на очувствленне сочленений и схвата робота. Возможно также очувствление, при котором силовой преобразователь устанавливается между основанием робота и установочной поверхностью для измерения компонентов сил и моментов, действующих на основание. Однако в большинстве случаев основание жестко устанавливается на твердой поверхности, и в подобного рода очувствлении не возникает необходимости.

Указанное очувствление аналогично очувствлению схвата, которое подробно рассматривается в данном разделе. Датчик сочленения измеряет в декартовых координатах силы и моменты, которые действуют на робот, и производит их векторное сложение. Для сочленения, перемещаемого с помощью двигателя постоянного тока, очувствление производится простым измерением тока якоря.

Датчики сипата, которые рассмотрены в данном разделе, размещаются между конечным звеном манипулятора н схватом. Они состоят из измерителей напряжений, которые определяют отклонение механической системы под действием внешних сил. Характеристики и методологический анализ этого типа датчиков рассматриваются в данном разделе. 6.5.1.

Элементы датчика схвата, встроенного в запястье Датчики схватов представляют собой небольшие, чувствительные, легкие ( 370 г) и относительно компактные конструкции диаметром 10 см и толщиной 3 см с динамическим диапазоном до 90 кг. Для уменьшения гистерезиса и уветичения точности измерения датчик обычно выполняется из одной твердой металлической заготовки (как правило, алюминиевой), Например, датчик, показанный на рис.

6.22, содержит восемь пар полупроводниковых измерителей напряжения, установленных на четырех отклоняюшихся стержнях — по одному измерителю на каждой стороне стержня. Измерители с противоположных концов отклоняющихся стержней подсоединены дифференциально к потенциометрическому контуру, выходное напряжение на котором пропорционально компонентам сил, нормальным к плоскости измерителей.

Дифференциальное включение измерителей напряжения обеспечивает автоматическуюкомпенсациюизменений температуры. Однако это является лишь первичной грубой компенсапией. Так как восемь пар измерителей напряжения расположены нормально к осям х, у и х системы координат сил, три компо- 31Э отклоняю»1аее» стержни тезмеретел и х лелеяжелия Силееей еатеик еехете, ~апреелньей 0 хшлетье Рис. 6.22.

Силовой датчик охвата, встроенный в запястье, 1. Высокая жесткость. Частота собственных колебаний механического устройства связана с его жесткостью, следовательно, высокая жесткость обеспечивает быстрое демпфирование возникаюгцих колебаний при измерении сил и точность показаний на коротких временпйх интервалах.

Кроме того, это снижает величину отклонений от действия сил и моментов, которая может привести к ошибке позиционирования манипулятор а. 2. Компактность конструкции. Это позволяет облегчить движение манипулятора в условиях навала деталей, а также уменьшить вероятность столкновения датчика с объектами, находяшимися в рабочем пространстве. Компактный датчик можно размещать ближе к расположенному в схвате технологическому оборудованию, благодаря чему уменьшается ошибка позиционирования оборудования из-за неадекватности рабочих условий оборудования и датчика.

Кроме того, желательно расширить диапазон измерения сил и моментов. Этому способствует минимизация расстояния между манипулятором и датчиком, при- 320 ненты силы Г и трн компоненты момента М могут быть определены соответствующим сложением или вычитанием выходных напряжений. Это может быть выполнено с использованием матрицы калибровки датчика (см.

равд, 6.5.2). Большинство силовых датчиков схватов функционирует как преобразователи сил и моментов, действующих на манипулятор, в измеряемые отклонения или перемещения в схвате. Важно, чтобы движения в схвате, производимые силовым датчиком, не влияли на точность позиционирования манипулятора. Таким образом, требования к датчикам можно сформулировать следующим образом, водящая к уменьшению величины рычага прикладываемых к манипулятору сил. 3. Линейность. Хорошая линейность выхода чувствительных элементов йт прикладываемых сил и моментов позволяет выделить силы и моменты с помошью простых матричных операций.

Кроме того, упрошается процесс калибровки датчика силы (равд. 6.5.2). 4. Малые величины гистерезиса и внутреннего трения. Внутреннее трение уменьшает чувствительность измерительных элементов. Это также уменьшает гистерезисные эффекты при возврашении измерительного прибора в исходное положение. Силовой датчик схвата, показанный на рис. 6.22, спроектирован с учетом указанных требований. 6.5.2.

Выделение сил и моментов Предположим, что взаимовлияние различных измерителей пренебрежимо мало, силовой датчик схвата работает в диапазоне упругих деформаций и измерители напряжения дают показания, которые линейно зависят от их отклонений. Тогда датчик (рис. 6.22) выдает восемь рядов измерений, которые должны быть обработаны программным путем на ЭВМ с использованием простого метода выделения трех ортогональных компонент сил и моментов относительно системы координат датчика силы.

Такая обработка может быть реализована путем определения матрицы размерностью 6 Х 8, называемой матрнцей разделения силы (или матрипей калибровки датчика) йе, которая составляется на основе измерений силы для выделения трех ортогональных компонент силы и момента. В соответствии с рис.

6.22 разделяемый вектор силы, направленный вдоль координатных осей датчика силы, математически представляется в виде Е = В„~й1, (6.5-1) где Г = — (силы, моменты) =(Р„, Ре, Р„М„Ми, М ) зт % — = (ряд измерений) = (ио юз изз ° ° ° ива) т (6.5-2) В выражении (6.5-2) го Ф 0 — являются членами, требующими преобразования ряда измерений % (в вольтах) в силы н моменты (в ньютонах и ньютонах на метр соответственно). Если пренебречь взаимовлиянием измерителей, то, суммируя (согласно рис.

6.22) силы и моменты отпосительнб начала координат датчика, размещенного в центре датчика силы, полу- 11 К. Фз и хр. 321 чим выражение (6.5-2) с некоторыми гц, равными нулю. Для датчика, представленного на рис. 6.22, матрица разделения силы по уравнению (6.5-2) примет вид Г47 0 0 0 (6.5-7) 0 Гзз О 745 0 0 (6.5-3) (6.5-8) Гм Довольно частое предположение об отсутствии взаимосвязи измерителей не соответствует действительности.

Для некоторых датчиков силы соответствующая погрешность измерений достигает 5%. Таким образом, на практике обычно необходимо за- 48 менять матрицу разделения силы КГ на матрицу, содерж ю ненулевых элементов. Такая «полная» матрица используется ащу для калибровки датчика силы (равд. 6.5.3). Разделенный вектор силы Е используется для получения ошибки, необходимой для выработки сигнала управления манипулятором. Недостатком использования силового датчика схвата, встроенного в запястье, является то, что он обеспечивает измерение векторов силы, разделяемых в процессе контакта элементов при сборке только в одной точке.

Характеристики

Список файлов книги