Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы организационно-технологического управления роботизированными комплексами. Учебное пособие
.pdf
51
вая диафрагма;
Окончание табл. 4
123
6 - фотоприемники.
X, ω, α-
измеряемые
перемещения
Пневматические
преобразователи (струйные)
Сопло-сопло:
1 - питающее
сопло;
2 - приемное
сопло;
3 - прерыватель
(объект).
L - расстояние
между соплами
питающим и
приемным
X - измеряемое
перемещение
Р
– давление
п
газа подаваемого;
Р
– давление
в
газа выходного;
dо – диаметр
отверстия в
прерывателе;
dп – диаметр
питающего
отверстия сопла;
dв – диаметр
выходного
отверстия сопла
В последнее время все большее распространение получают
оптоэлектронные датчики, обладающие большой разрешающей
способностью. Данного типа датчики состоят непрозрачными
зонами (по характеру воздействия на лучистый поток различают
рейки отражающие и пропускающие), а также блок считывания.
Блок считывания представляет собой источник света,
систему линз для организации параллельного пучка света, а
также приемника света. Существуют два основных типа
оптических измерительных датчиков - преобразователей:
импульсные датчики – где перемещение рейки преобразуется в
последовательность сигналов (импульсов) определенной формы
и полярности и кодовые датчики – осуществляющие
преобразование, как правило, угла поворота в определенный
двоичный код. К характерным представителям последних можно
отнести фотоэлектрические растровые линейные
преобразователи, основным элементом которых является растр,
52
выполняющий аналогичную функцию, что и рейка, причем
растров в конструкции датчика два, один из них неподвижен,
имеет меньшие размеры и расположен над большим. При
перемещении одного из растров происходит наложение темных
штрихов одного на прозрачные штрихи другого, тем самым
уменьшается площадь прозрачных участков, что и фиксируется
фотоприемниками. Существуют растровые решетки,
пропускающие и отражающие.
В качестве датчиков обратной связи по скорости
применяются серийно выпускаемые тахогенераторы а также
двигатели постоянного тока. Кроме представленных, получили
широкое распространение струйные датчики счета числа
оборотов и скорости вращения (табл. 3)
Принцип работы основан на прерывании струи воздуха,
направленной на фигурный диск (прерыватель), связанный с
механизмом ПР, скорость вращения которого замеряется. Счет
импульсов прерывания в единицу времени осуществляется
традиционными средствами пневмоавтоматики. Кроме того,
струйный анализатор позволяет получить сигнал в виде
двоичного кода: есть струя – 1, нет струи – 0, при этом он может
работать как кодовый сенсор. Пневматические системы
измерения отличаются простотой, надежностью, долговечностью,
малыми габаритами и массой, высокой помехоустойчивостью,
возможностью работы без искажения в специальных условиях
(повышенная радиация, взрывоопасная среда и т.п.). К
ограничениям пневматических датчиков можно отнести узкий
диапазон дальности действия, ограниченные функциональные
возможности, большие габариты источников питания.
Аналогично струйным датчикам, работающим на
прерывание, функционируют фотоэлектрические датчики
(табл. 3), где пучок света от излучателя, поступающий на
фотоприемник, прерывается в результате вращения фигурного
диска, связанного с механизмом перемещения ПР.
Представленный тип датчика используется для замера как
линейных, так и угловых перемещений робота. Для измерения
53
последних также применяются поворотные индуктосины
(табл. 3), основными деталями которых являются два диска
(ротор и статор), выполненных из изоляционного материала, с
нанесенными на них плоскими передаточными обмотками.
Ротор соединен с валом, угловое перемещение которого
подлежит замеру, а статор неподвижен. Принцип работы
поворотного индуктосина аналогичен линейному, описанному
выше. Кроме описанных выше датчиков, для измерения угловых
перемещений используются растровые радиальные и
фотоэлектрические кодовые преобразователи.
Растровые радиальные датчики работают аналогично
растровым линейным, при этом отличаются лишь конструкцией
растра, который соответственно у первого типа выполнен в виде
диска с расположенными на нем непрозрачными элементами,
расходящимися в виде лучей из одного центра с постоянным
угловым шагом.
Фотоэлектрические кодовые преобразователи
конструктивно незначительно отличаются от растровых
радиальных, а именно: на вращающемся диске нанесена кодовая
маска, состоящая из строго определенного числа
концентрических дорожек с прозрачными и непрозрачными
сегментами (табл. 3). Вид маски определяет тип двоичного кода,
применяемого в датчике. Каждому углу поворота кодированного
диска соответствует определенная комбинация просвеченных
дорожек, воспринимаемых фотоприемниками. После усиления
данных сигналов они воспринимаются, например, как двоичные
единицы, а отсутствие сигнала с других фотоприемников
(непрозрачные элементы диска) - как двоичные нули. В
промышленности широко используются разнообразные типы
фотоэлектрических кодирующих датчиков.
Кроме вышепредставленных датчиков, в робототехнике
применяются преобразователи перемещений – механотроны.
Последние представляют собой электронную лампу с подвижным
анодом, относительно катода. Анод смещается в результате
54
внешнего воздействия, что влечет за собой уменьшение
(увеличение) зазора "анод-катод" и соответственно увеличение
(снижение) анодного тока. Серийно выпускаются как
малогабаритные механотроны, так и сверхминиатюрные. Как
правило, механотроны изготавливаются на базе диодных ламп с
перемещающимся анодом или триодов с подвижным анодом или
сеткой.
Все вышеописанные типы датчиков, как правило,
устанавливаются в ПР со следящим приводом. Для роботов, в
которых фиксируется лишь начальное и конечное положение ЗУ
по степеням подвижности, целесообразнее использовать
следующие типы датчиков : путевые (конечные) выключатели
серии ВПК, выключатели конечные бесконтактные серии БВК и
контактные угла поворота серии КМП, КПБ.
Система технической диагностики и прогнозирования
работы ПР предназначена в конечном счете для увеличения срока
межремонтных работ и сокращения числа отказов робота. Работа
представленной системы осуществляется посредством сенсорных
каскадов, включающих различные типы датчиков (положения,
давления уровня, режима работы, скорости и т.п.);
дистанционных преобразователей; систему проводов или
импульсных трубок для передачи сигнала; блоки сравнения для
сравнения сигнала от датчика с эталонным; пульта индикации
системы диагностики и прогнозирования.
Система технической диагностики и прогнозирования, как
правило, входит в общую систему робототехнического комплекса
(участка, модуля). Наиболее важным элементом описанной
системы являются датчики, рассмотрение которых начато выше и
будет закончено в данном разделе при анализе системы
восприятия внешней среды.
55
Датчики внешней информации
тактильные (контактные)
Касания Проскальзывания Давления
1. Концевые 1. Механические
выключатели 2. Магнитные
2. Герконы 3. Пьезорезисторные
3. Матрицы 4. Тензометрические
4. Пьезометрические 5. Матричные
сенсоры 6. Локационные
Сжатия Моментов
1. Искусственная кожа 1. Локационные
2. Реостатный потенциометр 2. Электромагнитные
3. Электротензометр 3. Силомоментные
1. Крестообразные 2. Кольцевые 3. Консольные
Рис. 8. Классификация датчиков внешней информации
тактильные (контактные)
Система аварийной блокировки входит составной частью в
систему обеспечения техники безопасности, которая позже будет
рассмотрена, при этом элементная база ее представляет собой
традиционные средства АСУ и характерные датчики
очувствления.
Система восприятия внешней среды служит для получения
информации о характеристиках объекта производства, о
технической и химико-технологической обстановке
производственного процесса, в котором участвует робот.
Например, о состоянии цикла работы устройств и оборудования,
функционально совмещенного с ПР (техническая обстановка);
наличие предмета производства его свойств, размеров и т.д.,
величин регулируемых параметров и т.п. (химикотехнологическая обстановка ).
56
Человек оценивает внешнюю среду при помощи пяти
органов чувств: зрения (свыше 90 % всей информации
поступающей субъекту); обоняния (4,53 %), вкуса (4,53 %),
осязания (0,33 %) и слуха (0,01 %). Причем учеными
установлено, что глаз человека осуществляет отбор информации,
отсеивая случайные помехи и шумы, передавая в головной мозг
лишь одну сотую долю получаемой информации .
В робототехнике наибольшее распространение получили
системы технического зрения (визуальные), а также
искусственного осязания. В последнее время достигнуты
определенные успехи и в области речевого управления ПР, в
частности, распознавания речи человека. Как отмечалось ранее,
датчики являются одним из основных элементов практически
любой информационной системы, от которых в большей степени
зависят ее функциональные возможности. Датчики внешней
информации можно разделить на две большие группы:
дистанционные и контактные (тактильные) - от латинского
tactiles - что означает осязаемый.
Контактные датчики (табл. 4) воспринимают информацию
при непосредственном взаимодействии чувствительного
элемента с объектом (манипулируемым изделием,
оборудованием, человеком и т.п.). По виду взаимодействия с
контактируемым объектом рецепторы (по терминологии
И.П. Павлова, воспринимающие элементы, выполняющие
функции датчиков в деятельности человека) подразделяются на
датчики касания, проскальзывания и давления. Датчики касания в
первую очередь служат для сигнализации о соприкосновении ЗУ
с объектом, для захвата и надежного удержания изделия,
полуфабрикатов, оснастки, тары, а также применяются при
решении ряда задач распознавания объекта манипулирования.
Эти датчики чаще всего выполняются на базе
микропереключателей, магнитоуправляемых контактов,
электропроводящих материалов с использованием различных
физических эффектов: пьезоэлектрического, электромагнитного,
намагничивания, магнитоэлектрического и некоторых других.
57
Как правило, данного типа датчики устанавливаются на
внутренней и наружной поверхностях ЗУ. Наиболее простым
сенсором касания служит микровыключатель, являющийся
разновидностью путевого (конечного) выключателя с
аналогичным принципом работы. Подавляющее большинство
представленных датчиков работает на замыкании и размыкании
различных типов контактов, фактически функционируя как реле.
Основными элементами их конструкций являются корпус из
диэлектрика; контактный токопроводящий щуп, штырь, штифт и
т.п.; гибкий элемент, вступающий в соприкосновение с щупом
при воздействии, например, захватываемого объекта. Гибкий
элемент может быть выполнен из металлической фольги или
пластины, в виде различного типа пружин и т.д. Для разделения
контактных элементов датчика обычно применяется губчатая
резина. В результате захвата объекта и многократного
прогибания губчатой резины и гибкого элемента происходит их
быстрое изнашивание (деформирование) и, как следствие,
ложное срабатывание датчика. Кроме того, на воздухе
происходит окисление и загрязнение электроконтактов, что
приводит к разрыву цепи и несрабатыванию тактильного датчика.
Соответственно первый недостаток устраняют , используя
электропроводящую резину, а второй - применяя герконы
(герметические контакты).
Сенсор касания на электропроводящей резине состоит из
нетокопроводящих основания (подложки) и контактирующего с
объектом захвата слоя материала, выполняемых, как правило, из
пластмасс или резины; металлических контактов-выступов,
установленных над слоем электропроводящей резины, и
металлической прокладки, установленной под последним
(табл. 5).
58
Характерные датчики внешней информации контактные
Назначение датчика и его
принципиальная схема
1 2 3
На базе токопроводящей
резины
Основные элементы
конструкции
Датчики касания
1 - упругая резина;
2 - металические
контакты;
3 – электропроводящая рези-на;
4 - металлическая
пластина;
5 - подложка.
Таблица 5
Примечание
Сила F продавливает слой
элект ропроводящей резины,
резко меняя её
сопротивление,
что свидетельствует о наличии
контакта
Геркон
Механические контакты
а.
1 - корпус;
2 - щуп;
3 - постоянный
магнит;
4 - контакты
геркона.
1 - электропро-
водящий гибкий
элемент;
2 - контакт;
3 - изолирующий
слой:
4 - подложка.
При касании
(продавливании) оболочки
силой F магнит
подходит к геркону, замыкая его
контакты
При действии
силы F замы-
кается контакт
1-2
59
Продолжение табл. 5
1 2 3
б.
в.
Датчики давления (сжатия)
Емкостные (сопротивления)
1 - упорные
штыри;
2 - жесткая
резина;
3 - подложка;
4 - несущие
стержни
(изолятор);
5 - пружины из
элект ропровод
ящего
материала
1 - контактный
штифт;
2 - эластичный
материал;
3 - контакты;
4 - корпус;
5 - подложка.
1-электропро-
водящий полимер; 2-поршень электрод;
3-упругая оболочка; 4-пр ужина.
Нет изделия,
есть цепь вида:
верхняя подложка - упор (его
широкая часть) нижняя подложка. Есть F
штырь идет вниз
– контакта (в
широкой части
1) – нет, т.е.
цепь разорвана.
При действии
силы F штифт
опускаясь,
замыкает
контакты 3,
появляется
электрический
сигнал
Чем сильнее
сжимает поршень 2 упругий
полимер 1, тем
ниже становится его
сопротивление
Сопротивления, на базе
токопроводящей резины
1-электропроводящая резина;
2-защитный
слой;
3-изоляторный
слой;
4-подл ожка.
При действии
силы F происходит сжатие слоя
элект ропроводящей резины 1,
что приводит к
снижению сопротивления на
этом участке,
что фиксируются выводами
60
Продолжение табл. 5
1 2 3
Пьезометрический сенсор 1 - металличес-
кий электрод;
2 - электротензометры
сопротивления
При спокойн ом
состоянии
точечный
контакт 1 и 2
дает большое
сопротивление
между ними.
При действии F
происходит
вдавливание 1 в
2, что приводит
к резкому понижению сопротивления во 2
Искусственная кожа Датчик типа
"искусственная
кожа" на базе
параллельно
расположенных
элект родов
1 - верхний
Сопротивления, на базе
токопроводящей резины
пластичный
электрод
2 - прокладка
из графитовых
волокон
3 - нижний
пластичный
электрод
Пересечение
элект родов одна
чувствительная
точка
Графитовые
волокна залиты
смолой - это
прокладка 2.
При действии
силы F прокладка сжимается, сопротивление слоя
уменьшается,
что и фиксируется
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]