7.1. Общие положения

Анализ технологических операций применяемых в основных отраслях производства и в специальных задачах показал, что более 60% из них связаны с контактным взаимодействием исполнительного механизма с внешней средой (все виды сборки и механообработки, склеивание, упаковка и др.). Автоматизация этих операций предполагает использование систем силомоментной адаптации, построенных на основе силомоментных систем и тактильных датчиков.

В общем случае, обработка тактильной информации в робототехнике осуществляется в четыре этапа: обнаружение контакта, его локализация (определение характера контакта), измерение кон­тактных усилий и распознавание контактной ситуации (или так­тильного образа). Контактное взаимодействие объектов характеризуется шестикомпонентным вектором F = (F0, M0)^T, действую­щим в некоторой системе не свя­занных с роботом координат (рис. 7.1): F = (F_x, F_y, F_z, M_x, M_y, M_z)^Т. Здесь F0, M0 - вектор сил и вектор моментов соответственно. Вектор F получил название главного вектора контактных сил и моментов. Применительно к операциям сборочного типа, например, он образуется системой сил, возникающих в точках контакта объектов сопряжения (точки a и b на рис. 7.2а). Обычно при составлении модели сборки ограничиваются рассмотрением цилиндрических объектов, сопрягаемых с некоторым технологическим зазором . В этом случае, зазор определяется выра­же­нием:  = D - d cos , где d и D - диаметры сопрягаемых деталей (вала и втулки),  - угловая несоосность. Считается, что контакт объектов сборки - точечный, и при этом количество точек контакта в процессе сопряжения изменяется от одной в момент касания до двух. Контактные усилия N₁ и N₂ при сборке варьируются в широких пределах, и при некоторых значениях может возникнуть заклинивание. В этом смысле, целью силомоментной системы является недопущение ситуации заклинивания.

Для операций типа абразивной обработки (рис. 7.2б) контакт подразумевается одноточечным. Под F_к и F_р обозначены радиальная сила и сила резания.

Для автоматизации указанных операций, как правило, приходится переводить силовые факторы из одной системы координат в другую. В частности, при управлении роботом такой системой координат является система XYZ, связанная со стойкой манипулятора (рис. 7.1). Подобный пересчет требует наряду с датчиком усилий также и датчик положения, определяющий координаты точки контакта P относительно системы XYZ. Следовательно, если датчик силы производит измерения в системе координат объектов O₁X₁Y₁Z₁, то для случая статического равновесия получим:

F0 = F и M0 = F R_f, или

(F0_x, F0_y, F0_z) = (F_x, F_y, F_z) и (M0_x, M0_y, M0_z) = (F_z R_fy - F_y R_fz, F_x R_fz - F_z R_fx, F_y R_fx - F_x R_fy)

Нетрудно видеть, что F0_x M0_x + F0_y M0_y + F0_z M0_z = 0

Данное выражение позволяет вычислить точку контакта по измеренным значениям F0 (на­при­мер, установив датчик в основание робота), если задана хотя бы одна координата - высота R_fz. (В частном случае, при R_fz = 0 использование трехкомпонентного силового датчика позволяет найти центр тяжести плоской детали).