Библиографическое описание:

Чудинов В. А. Датчики систем управления роботом // Молодой ученый. — 2016. — №15. — С. 211-213.



Управление роботами осуществляется на основе информации о состоянии его устройств и о внешней среде. Характер и объем необходимой информации в каждом конкретном случае определяются предписанными функциями робота и принятым: алгоритмом управления, но вместе с тем представляется возможным выделить общие виды информации, рассмотреть способ сбора и вопросы, требующие исследований.

К числу общих видов информации о состоянии устройства робота следует отнести:

− координаты, определяющие положение и перемещение звеньев, манипулятора;

− параметры, определяющие ориентацию и степень раскрытия захвата;

− скорость и ускорения движения звеньев манипулятора;

− усилия в рабочих звеньях.

Наиболее общими видами информации о внешней среде являются:

− координаты, определяющие положение объекта в рабочей зоне относительно робота и захвата;

− признаки, обусловливающие обнаружение объекта;

− признаки, обусловливающие распознавание объекта и определение его ориентации;

− параметры, характеризующие рельеф рабочей зоны; координаты, определяющие положение робота в рабочей зоне.

Для построения соответствующих датчиков могут быть использованы преобразователи, известные в автоматике и измерительной технике, но с определенностью об этом можно говорить только по отношению к роботам первого поколения.

В роботах первого поколения информация о внешней среде заложена в жесткой программе и функционирование их имеет много общего с обычными автоматами. Однако уже на этом этапе робототехники выявляются специфические требования к датчикам, которые ограничивают применимость традиционных типов и ставят задачи создания специальных. Например, датчики положения должны обеспечивать высокую точность позиционирования захвата при нежесткой конструкции руки робота, причем важна повторяемость позиции, а абсолютное определение координат захвата и траектория его перемещения имеют второстепенное значение.

Функциональные особенности роботов с элементами адаптации заставляют искать принципиально новые решения устройств сбора информации, отвечающих условиям их работы. Очевидно, что для роботов промышленного назначения эти устройства должны быть простыми по конструкции, технологичными в изготовлении и высоконадежными в эксплуатации, ибо именно эти качества определяют перспективы внедрения и развития робототехники с экономической и психологической точек зрения.

Рассмотрим для перечисленных выше видов информации способы сбора, используемые в известных роботах или представляющиеся перспективными.

Для сбора информации о положении и перемещении звеньев манипулятора, могут быть предложены контактные, потенциометрические, индуктивные, кодовые, счетные, фотоэлектрические датчики. Общими требованиями к ним следует считать: высокую разрешающую способность, малую дисперсию, реверсивность, высокую надежность, компактность. Форма выходного сигнала предпочтительна дискретная. Погрешность измерения абсолютных перемещений в большинстве случаев не имеет решающего значения, поскольку важно обеспечить повторяемость позиционирования захвата.

В известных конструкциях роботов используются преимущественно потенциометры и в отдельных вариантах кодовые датчики. Конечное положение подвижных звеньев задается с помощью механических упоров и концевых выключателей.

Это обусловлено, по-видимому, стремлением к простым и доступным решениям.

Погрешности выпускаемых промышленностью потенциометров составляют 0,01–0,05 %, что при угловом перемещении звена на 360° составит 2–10'. Разрешающая способность их в тех же пределах. Недостатки потенциометров как датчиков для роботов — аналоговая форма выходного сигнала и быстрый износ.

Индуктивные датчики по сравнению с потенциометрическими имеют более высокие метрологические характеристики. Чувствительность к помехам, ограниченная зона линейности, необходимость питания током повышенной частоты, аналоговая форма выходного сигнала ограничивают применимость этих датчиков в робототехнике, не исключая, однако, ее полностью. Они могут найти применение в некоторых предполагаемых вариантах роботов для оптической и часовой промышленности.

Кодовые и счетные датчики имеют своими преимуществами дискретную форму выходного сигнала и возможность достижения высокой разрешающей способности. Недостаток— большие по сравнению с потенциометрическими и индуктивными датчиками габариты.

Для применения в робототехнике представляются датчики положения и перемещения на основе дифференциальных фоторезисторов и полупроводниковых излучателей. На рис. 1 приведена схема, поясняющая принцип работы такого датчика. Штрих шкалы 1 (рис. 1) проектируется объективом 2 в плоскость дифференциального фоторезистора 3. Когда изображение штриха одинаково перекрывает обе полоски фотослоя (рис. 1), тока через диагональ моста нет. Фотоэлектрический микрометр, построенный по такой схеме, обеспечивает точность наведения на штрих 0,2–0,5 мкм. Мощность выходного сигнала достаточна для срабатывания реле.

Применительно к задачам робототехники на этом принципе могут быть построены кодовые датчики, если сделать матрицу из дифференциальных фоторезисторов, счетные, если перемещать относительно фотоприемника линейку или диск со штрихами, позиционно чувствительные преобразователи, выполняющие те же функции, что и контактные датчики, датчики информации о внешней среде. Вместо обычных штрихов можно использовать полоски полупроводниковых излучателей, что исключает осветитель. Информация о параметрах, определяющих ориентацию и степень раскрытия захвата, может восприниматься такими же датчиками положения и перемещения, но здесь приобретает значение точность измерения абсолютных значений параметров. Определение степени раскрытиям захвата необходимо для выполнения логических операций (сортировка, выбор места захвата на детали, ориентация детали) и, может производиться в режиме контроля по заданным дискретным значениям. В этом случае можно использовать оптронные датчики, выполненные по схеме, приведенной на рис. 1.

C:\Users\Владислав\Desktop\img041.jpg

Рис. 1. Схема принципа работы

В большинстве случаев целесообразно было бы определять координаты захвата не косвенным методом, как это делается в существующих роботах (по положению подвижных звеньев), а методом прямых измерений. Для прямых измерении могут быть предложены способы оптической или ультразвуковой пеленгации. На захвате устанавливается излучатель (оптический или ультразвуковой), а на корпусе робота — приемник, обеспечивающий определение координат излучателя, а следовательно, и захвата.

Специальные задачи определения скорости и ускорений подвижных звеньев манипулятора не сформулированы, при необходимости такой информации могут быть использованы известные методы.

Информация об усилиях, возникающих в звеньях манипулятора при выполнении рабочих операций, необходима для предохранения от перегрузок и в целях адаптации робота к условиям выполнения операции. Известны два метода получения информации об условиях: преобразование усилия в деформацию чувствительного элемента и преобразование усилия в перемещение подвижной части чувствительного элемента. Для измерения малых усилий пригодны кристаллические и полупроводниковые тензометры, а для больших — магнитоупругие, для точных измерений — тарированные пружины и другие упругие чувствительные элементы.

Можно выделить четыре основных направления в решении проблемы сбора и преобразования к удобному для восприятия виду перечисленных выше видов информации о внешней среде.

  1. Моделирование органов зрения в широком понимании этого вопроса, т. е. придание роботу способности воспринимать зрительную информацию, обрабатывать ее и принимать решения — о выполнении операции или уточнении информации, как это делает человек с помощью измерительных приборов!
  2. Разработка устройств локации рабочего пространства.
  3. Разработка оптических устройств элементарного анализа рабочего пространства по предписанным признакам.
  4. Разработка устройств механического ощупывания рабочей зоны и объекта.

Литература:

  1. Поезжаева Е. В. // Теория механизмов и механика систем машин. Промышленные роботы: учеб. пособие: в 3 ч. / Е. В. Поезжаева. — Пермь: Изд-во Перм. Гос. техн. ун-та, 2009. – Ч. 2. – 185.
  2. Поезжаева Е. В. // Теория механизмов и механика систем машин. Промышленные роботы: учеб. пособие: в 3 ч. / Е. В. Поезжаева. — Пермь: Изд-во Перм. Гос. техн. ун-та, 2009. – Ч. 3. – 164.
  3. Розенфельд А. Распознавание и обработка изображений с помощью вычислительных машин. М., «Мир», 1972.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle