2 Принцип роботи локаційних давачів

2.1 Акустичні локаційні давачі

Акустичний метод заснований на здатності пружних хвиль високої частоти (більше 20 кГц) розповсюджуватися в рідких, газоподібних і твердих середовищах і відбиватися від неоднорідностей середовища.

З відомих акустичних методів для застосування в робототехніці найбільш перспективні ехометод і метод, що використовує ефект Доплера.

Ехометод заснований на випромінюванні в середовище коротких акустичних імпульсів і прийомі ехосигналов від неоднорідностей середовища або предметів, що знаходяться в ньому. Він придатний для виявлення предметів, вимірювання відстаней і переміщень, його також використовують для СТЗ.

Метод, заснований на ефекті Доплера, дозволяє виміряти швидкість переміщення об'єктів або робочих органів робота. При цьому швидкість перетвориться в зміну частоти пружних коливань, яка і вимірюється апаратурою.

Для випромінювання і прийому ультразвукових коливань використовують в основному керамічні п'єзоелектричні перетворювачі, рідше (на частотах до 60—70 кГц) — магнітострикційні. В якості приймачів акустичних коливань щодо низьких частот (до 50 кГц) в повітряному середовищі застосовують також конденсаторні мікрофони. Найбільш прості, дешеві і зручні п'єзоелектричні перетворювачі, надійно працюючі в діапазоні частот від декількох кілогерц до 20—30 мГц і в широкому інтервалі температур.

Акустичні локаційні давачі мають переваги перед оптичними давачами і при роботі в газовому середовищі, і в умовах, що утрудняюють застосування оптичних засобів (сильно задимлене повітря, наявність пари, оптичних перешкод від електрозварювання і т. п.). За допомогою акустичних давачів можуть бути знайдені внутрішні дефекти у виробах, зміряна їхня товщина і акустичні характеристики матеріалу. На відміну від оптичних, акустичні давачі дають можливість ідентифікувати матеріал поверхні об'єктів за допомогою вимірювання акустичних параметрів. При достатньо високій точності вимірювання відстаней і геометричних параметрів об'єктів вони дозволяють порівняно простим програмним шляхом в режимі "реального часу" отримати інтегральну оцінку форми поверхні, наприклад, зміряти кут нахилу її відбиваючої ділянки, а також провести класифікацію об'єктів.

Акустичний метод локації забезпечує отримання простими засобами технічних характеристик давачів і параметрів вимірювання в наступних межах:

• відстань, лінійне переміщення — діапазон в повітрі 2— 2000 мм, у воді 0,5—10 000 мм, похибка 2 %;

• швидкість переміщення — в повітрі від 2 мм/с, у воді — від 10 мм/с, похибка 2 %;

• вібрація — в повітрі від 2 мм/с, у воді — від 10 мм/с.

1 – ультразвуковий локатор; 2 – інфрачервоні світлодіоди; 3 - фотодіоди

Рисунок 13.2 – Локаційні давачі на ЗП робота

Робота акустичних локаційних давачів в загальному вигляді полягає в наступному. Генератор формує синусоїдальні коливання, вони модулюються прямокутними імпульсами таким чином, що випромінювач передає в навколишнє середовище пачки ультразвукових коливань (схожі на переривистий сигнал зумера телефону), частота яких відповідає робочій частоті генератора коливань і в більшості випадків знаходиться в діапазоні 40—100 кГц. Одночасно з допомогою генератора імпульсів у момент часу, відповідний передньому фронту сигналу, що випромінює в простір, запускається своєрідний годинник локаційної системи, в якості якого виступає лічильник імпульсів. Зондуючий ультразвуковий сигнал, відбившись від перешкоди, потрапляє в приймач випромінювання, де перетвориться з акустичної в електричну форму, посилюється і фільтрується від перешкод. Одночасно з нього виділяється модулююча складова, яка за допомогою порогового пристрою представляється у вигляді прямокутних імпульсів, що поступають на лічильник і зупиняють процес рахування. Оскільки прийняті сигнали запізнюються по відношенню до зондуючих на час їхнього проходження до перешкоди і назад, то число імпульсів, накопичене в лічильнику за цей період, буде пропорційно подвоєній відстані до об'єкту за умови, що випромінювач ультразвука і приймач знаходяться в безпосередній близькості один від одного.

Ультразвукові локатори встановлюють, як правило на ЗП робота (рисунок 13.2). Зазвичай, ультразвукові локатори мають суміщений випромінювач –приймач звуку, що дозволяє зменшити розміри і розмістити його між губками. Вимірювання дистанції до об’єкта маніпулювання необхідно в тих випадках, коли межі розташування деталі вздовж осі ЗП є досить широкими, а похибка фіксації за техпроцесом є малою.

Для цього служать і оптичні локаційні давачі, що складаються з пари світлодіод-фотодіод, які розташовані на протилежних губках захвату. В цьому випадку положення об’єкту маніпулювання стосовно робота грубо оцінюється за числом затінених фотоприймачів.

Акустичний давач, зображений на рисунку 13.3, може бути використаний не лише для вимірювання відстані, але і для отримання інформації про просторову конфігурацію об’єктів методом сканування і запам’ятовування отриманої інформації та її опрацювання. На основі цієї інформації здійснюється класифікація об’єкта і визначається його орієнтація шляхом порівняння вирахованої в результаті обробки сигналів площі, кривизни і головного моменту інерції об’єкту з аналогічними характеристиками, записаними в пам’яті ЕОМ.