Датчики усилия
Датчики усилия используется для измерения сил и моментов, компонентов их векторов, проецируемых на систему координат, связаных с датчиком. Размещаются обычно на губке схвата или на сочленении звена и схвата. При изменении сил используется два способа:
Непосредственное измерение упругих деформаций чувствительных элементов датчиков, тензодатчики, пьезоэлектрические датчики, магнитоупругие (тензорезисторные). Наиболее распространены
пьезорезисторные датчики. Они бывают проволочные (вольфрамовые), пленочные (фольговых).
Рис. 10 Схема включения тензодатчика в виде резистивного моста.
Если R1R3=R2R4, то мост сбалансирован (U1=U2, независит от изменения 11пит.). Взяв вместо R1 тензорезистор получим сигнал.
Если включить два одинаковых тензодатчика (R1 и R2), то погрешность одного (из-за изменения температуры) будет компенсироватся другим.
При таком использовании чувствительность тензодатчика выростает в два раза, так как R1 увеличивается, a R2 уменьшается изменяется в противоположную сторону.
Конструкции датчиков усилия
Все конструкции делятся на 3 группы:
моноблочные;
использующие определенным образом ориентированные стрежни;
модульные.
1. Моноблочные датчики
Если внутренние кольца закрепить на захвате, а наружные на последнем звене, то усилие будет деформировать перемычки и закрепленные на них датчики.
Датчики на противоположных стенках соеденены попарно в мостовых схемах, что позволяет получить все проекции вектора усилий.
Ориентированные стержни
Такой датчик был разработан в ИВТУ им. Баумана.
3. Модульные датчики
Собрав любую комбинацию таких модулей, получим проекции усилия на любую ось координат.
Пьезоэлектрические датчики
При воздействии на этот датчик кварцевые шайбы деформируются, в них возникает электрический заряд пропорциональный усилию.
Достоинства: высокая жесткость и термостабильность.
Недостатки: стекание заряда из-за конечного сопративления изолятора Поэтому эти датчики пригодны для измерения только динамических или квазистатических усилий (время измерения меньше времени стекания (вибрация)).
На базе пьезоматериалов возможно изготовление пьезоэлектрических трансформаторов, где Uвых/Uвх зависит от усилия.
К -- коэффициент относительной тензочувствительности (для проволочных, пьезоэлектрических и резистивных он очень мал).
Достоинство фольговых тензодатчиков от проволочных: гараздо выше коеффициент теплоотдачи, из-за этоговыше чувствительность (выше ток).
Рис. 11 Достоинство фольговых тензодатчиков от проволочных Полупроводниковые тензодатчики
К=10(Н200. Низкая временная и температурная стабильность. Схема включения.
Rбаласт
Рис. 12 Схема включения.
МАГНИТОУПРУГИЕ ДАТЧИКИ
Датчики используют магнитные свойства ферромагнетиков под действием механических напряжений.
Рис. 13 магнитные свойства ферромагнетиков под действием механических напряжений.
В не нагруженном состоянии датчика, первичная обмотка создает магнитное поле, вектор индукции которой параллелен виткам вторичной обмотки и не наводит в ней ЭДС. При наличии нагрузки, магнитное поле датчика деформируется и вектор магнитной индукции не параллелен виткам вторичной обмотки, следовательно, во вторичной обмотке наводится ЭДС.
Достоинства: возможность применения в агрессивных средах.
Недостатки: не высокая точность и линейность, слабая чувствительность вблизи от прибора.
Рис.5 Временная диаграмма.
Как видно на временной диаграмме на выходе II пройдут положительные импульсы с выхода дифф. цепочки 2. На выход I дифф. цепочки 1 сигнала не пройдут, т. к. они не совпадают со стробирующим импульсом . Если считать движение вправо положительным, то выход 2 подключается к суммирующему входу реверсивного счетчика. В любой момент в счетчике будет хранится код, соответствующий перемещению с погрешностью дискретности не превышающей Т. При движении влево, положительные импульсы е дифф. цепочки I на выход 1, а этот выход подключается к вычитающему входу реверсного счетчика. При движении влево получаем в счетчике отрицательное значение перемещения в дополнительном коде.
Наряду с изменением угловых и линейных перемещений необходимо иметь информацию о различных механических напряжениях и диформациях в звеньях манипулятора. Для этого используются пьезотенгометрические датчики.
ДАТЧИКИ ИНФОРМАЦИИ О СОСТОЯНИЙ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
Назначение такой информации - построение модели внешней среды. Датчики классифицируются по:
Рабочему растоянию от робота до источника информации;
По функциональному назначению;
По принципу действия.