Сенсорные средства ПР

Под сенсорными средствами робота будем понимать устройства, предназначенные для получения опера­тивной информации о состоянии внешней среды в адаптивных систе­мах управления роботами. В отдельных системах робота имеются также различные чувствительные устройства, необходимые для функционирования этих систем, например датчики обратной связи в приводах, во вторичных источниках питания и т. п. Однако эти чувствительные устройства, ориентированные на внутренние пара­метры отдельных составных частей робота, не специфичны для него в целом, и поэтому не отнесены нами к сенсорным устройствам робо­тов как таковым.

По виду выявляемых свойств внешней среды сенсорные устрой­ства роботов делятся на две группы:

1) сенсорные устройства, служащие для определения геометри­ческих свойств объектов;

2) сенсорные устройства, выявляющие другие физические свойства объектов.

Характерными представителями сенсорных устройств первой группы являются измерители координат (информационные линейки, сканирующие локаторы, координаторы и т. п.). Вторая группа сен­сорных устройств, предназначенных для определения физических свойств объектов, наиболее велика и разнообразна. Здесь в первую очередь следует выделить измерители усилий, плотности, упругости, температуры, цвета, оптической прозрачности.

Информация от сенсорных устройств используется в системе управления робота для обнаружения и распознавания объектов внешней среды, а также для управления движением робота и его манипуляторов. В соответствии с этим сенсорные устройства можно разделить по назначению на три группы:

· устройства, предназначен­ные для определения свойств среды,

· датчики для выявления объектов в рабочей зоне,

· датчики обеспечения перемещений исполнительных органов робота.

Принятое разделение сенсорных устройств по функциональному назначению на группы в какой-то мере условно. Так, например, сенсорные устройства первой группы могут быть использованы и для определения положения робота в рабочей зоне или схвата относительно робота, т. е. они способны выполнять функции датчи­ков обратной связи при управлении движением.

Сенсорные устройства робота могут воспринимать информацию на различных расстояниях от ее источника. По этому признаку сенсорные устройства делятся на сверхближние, ближние и дальние.

Сенсорные устройства сверхближнего (контактного) действия исполь­зуют для очувствления рабочих органов и других частей мани­пуляторов, а также корпуса робота. Они позволяют фиксировать их контакт с объектами внешней среды (тактильные датчики); измерять усилия, возникающие в месте взаимодействия (силометрические датчики); определять проскальзывание объектов при их удержании захватным устройством. Контактным сенсорным устройствам свой­ственна простота технической реализации, но они накладывают существенные ограничения на динамику, и прежде всего на быстро­действие, управления роботом на всех уровнях. Тактильные сенсоры относят к простейшим чувствительным устройствам. Они служат для сигнализации о соприкосновении рабочего органа манипулятора или корпуса робота с объектами внешней среды, а также используются при решении некоторых задач распознавания и определения размеров объектов. Эти устрой­ства могут быть технически реализованы на концевых выключателях, герметизированных магнитоуправляемых контактах, пьезокристаллических преобразователях, на основе токопроводящей резины и т. д. Важным требованием, предъявляемым к этим датчикам, является высокая чувствии­тельность (срабатывание при усилии в единицы и десятки граммов) при малых габаритах, сочетающаяся с высокой механической прочностью и надежностью.

Сенсорные устройства ближнего действия обеспечивают получе­ние информации от объектов, расположенных непосредственно вблизи от рабочего органа манипулятора, т. е. на расстояниях, соизмеримых с его размерами, и от корпуса робота. К таким устрой­ствам относятся, например, локационные сенсоры, различные дально­меры ближнего действия. Бесконтактные измери­тельные устройства технически сложнее контактных, но позволяют роботу выполнять с большей скоростью, заранее получать информацию об объектах до контакта с ними и соответствующим образом корректировать свои действия.

Сенсорные устройства дальнего действия служат для получения информации о внешней среде в объеме всей рабочей зоны робота. Для получения требу­емой информации используются излучаемые ими специальные сигналы (оптические, радиотехнические, радиационные и т. д.) или есте­ственные излучения среды и отдельных объектов.

Для повышения надежности и скорости выполнения рабочих операций ПР часто очувствляют бесконтактным рецепторным полем. Эта задача может быть решена, в частности, с помощью светолокационных и ультразвуковых датчиков.

На рис. 3.14 приведена функциональная схема светоло­кационного датчика. Световой поток, создаваемый лампой накаливания Л, модулируется изменением напряже­ния питания, поступающего с ге­нера­тора Г, проходит через диафрагму и излучается в пространство. При появлении в поле этого излучения какого-либо препятствия происходит отражение светового потока. Часть отраженного свето­вого потока попадает на фотоприемник ФП,усиливается избира­тельным усилителем ИУ,настроенным на частоту модуляции излу­чения, и после детектирования детектором Д подается на пороговое устройство ПУ. Последнее выдает сигнал при превышении приня­тым сигналом заданного уровня. Датчик имеет дальность действия 3-7 см, время срабатывания 30 мс, максимальную погрешность до 30 %.

На рис. 3.15 представлена схема ультразвукового сенсорного устройства. Его принцип действия заключается в акустической локации пространства вблизи схвата. Генератор Г вырабатывает одиночные короткие электронные импульсы высо­кого напряжения. Эти импульсы через коммутирующее устройство КУ по­ступают на электрод электроста­тического капсюля ЭК. Под действием элек­тростатического поля мембрана М кап­сюля деформируется, излучая в воздух ультразвуковой импульс, который после отражения от объекта воспринимается тем же капсюлем. Усиленный и сформи­рованный импульс (усилителем-формирователем УФ) поступает далее на преобразователь Л, формирующий импульс, длительность кото­рого пропорциональна расстоянию до отражающей поверхности. Устройство имеет дальность действия 0,01-0,07 м, время срабаты­вания не более 10 мс, погрешность до 2 %.