13. Принципы мехатронного подхода к проектированию.

Первый принцип - это системный подход к созданию техники, т.е. ее синтез на основе общесистемных критериев без декомпозиции. Этот принцип является одним из основополагающих прежде всего для мехатроники, а также для систем экстремальной робототехники, требующих миниатюризации массо-габаритных параметров, энергопотребления и т.п. Его реализация стала возможной только на определенном этапе развития науки, и на пути его реализации стоит еще много проблем, в том числе в части формирования общесистемных критериев и разработки методов синтеза технических систем на их основе.

Второй принцип - это поэтапность миниатюризации техники путем последовательного освоения разного порядка размерностей в виде отдельных ее поколений. Этот принцип непосредственно вытекает из естественного процесса непрерывного совершенствования технологий в направлении повышения точности. Каждое поколение любого вида техники требует соответствующих новых технологий. При этом для реализации последних необходимо технологическое оборудование, основанное на технике предыдущей размерности. Так, реализация этого принципа в микромехатронике предполагает развитие микросистемных технологий на основе 2D технологий микроэлектроники, созданных на предыдущем этапе развития техники. Это казалось бы бесспорное положение, однако как часто им пренебрегали в стремлении перепрыгнуть через очередной этап в закономерности развития техники! И каждый раз это приводило только к потере времени.

Третий принцип - унификация функциональных компонентов. Этот принцип частично был уже рассмотрен. В ходе миниатюризации для систем до дециметровой размерности этот принцип реализуется в виде модульного построения систем. Для робототехники этот принцип построения имеет особенно большое значение из-за следующих особенностей применения средств робототехники прежде всего в экстремальных условиях:

широкая и меняющаяся номенклатура;

сложность технических требований, которые часто находятся на пределе возможностей современной техники;

зачастую единичный характер потребностей в отдельных типах робототехнических систем.

14. Чувствительные устройства внешней информации.

Эти сенсорные устройства предназначены для активного контроля и выявления параметров состояния объектов и внешней среды в рабочей зоне робота: формы, размеров, положения и ориентации в пространстве предметов, с которыми работает робот; координат препятствий и параметров возмущений, действующих на ПР; параметров связей, налагаемых внешней средой на объекты; различных специфических свойств внешней среды, учет которых необходим при выполнении конкретной технологической операции. При этом под внешней средой понимают производственную обстановку рабочей зоны робота, включая находящиеся там предметы и объекты, в том числе технологическое оборудование, другие роботы, предметы манипулирования, а также людей.

Чувствительные устройства внешней информации должны иметь высокие надежность и точность, большой ресурс работы. Кроме того, они должны обладать малыми габаритными размерами и массой, а также достаточной жесткостью, обеспечивающей высокую точность определения положений.

По характеру воспринимаемой информации все сенсорные устройства роботов можно разделить на четыре основных вида: слуха, осязания, обоняния и зрения. Сигналы, получаемые с помощью этих устройств, представляют собой информацию, соответствующую определенному образу. В результате ее обработки можно выявить те или иные особенности объекта и окружающей среды. Наиболее емкую и важную информацию о внешней среде обеспечивают зрительные сенсорные устройства.

По виду выявляемых свойств объектов чувствительные устройства внешней информации могут быть разделены на три группы: выявления геометрических, физических или химических свойств объектов. Характерными представителями сенсорных устройств первой группы являются измерители координат (информационные линейки, сканирующие локаторы и т.п.), системы технического зрения и др. Вторая группа чувствительных устройств наиболее объемна и разнообразна; здесь, в первую очередь, следует назвать измерители усилий, плотности, упругости и т.п. К третьей группе относятся устройства для выявления химических свойств объектов и окружающей среды.

По расстоянию восприятия информации сенсорные устройства подразделяются на четыре группы: сверхближние (контактные), ближние в рабочей зоне, дальние в рабочей зоне и сверхдальние (вне рабочей зоны). Чувствительные устройства сверхближнего действия информируют о соприкосновении с объектами и его характере. К ним относят датчики касания, проскальзывания, усилий и давлений.

Чувствительные устройства ближнего действия сообщают информацию об объектах, находящихся в непосредственной близости к рабочим органам робота на расстояниях от непосредственного контакта до нескольких миллиметров. К таким устройствам относятся различные бесконтактные датчики, например, локационные сенсоры,-дальномеры ближнего действия и др. Информация о внешней среде по всей рабочей зоне ПР поступает от чувствительных устройств дальнего действия, к которым относятся дальномеры, координаторы, устройства технического зрения и т.п.

Чувствительные устройства сверхдальнего действия предназначены для получения информации вне рабочей зоны и применяются главным образом в подвижных роботах. К таким устройствам относятся различные навигационные приборы (например, космических и подводных роботов), локаторы и другие оптические устройства дальнего видения и системы технического зрения.

По способу взаимодействия с объектом все чувствительные устройства внешней информации роботов можно разделить на контактные и бесконтактные.

В свою очередь, по принципу получения информации контактные устройства очувствления включают тактильные и силомоментные системы, бесконтактные - локационные и системы технического зрения (СТЗ).

Такое разделение сенсорных устройств и датчиков на четыре класса обусловлено характером технологических процессов, для автоматизации которых они предназначены, и определяет особенности их конструктивного исполнения.