Датчики систем силомоментного очувствления роботов

Силомоментные датчики реагируют не только на прикосновение, но и на силу нажатия. Чувствительным элементом в них обычно является тензодатчик.

СМД принято разделять по двум основным признакам:

1) по жесткости конструкции — СМД высокой жесткости (в них используют измерители деформаций) и СМД низкой жесткости (в этом случае используют измерители перемещений);

2) по типу матрицы жесткости — СМД с матрицей жесткости общего вида и СМД с «разреженной» матрицей жесткости.

В зависимости от типа матрицы жесткости G преобразование главного вектора сил и моментов F в вектор электрических сигналов U происходит либо в блоке предварительной обработки СМД (для датчиков простой формы), либо непосредственно в СМД (для датчиков с преимущественно меха­ническим разделением компонент).

Наиболее распространенными измерителями деформаций являются тензорезисторы, а также пьезо- и магнитострикционные преобразователи, измерителями перемещений — оптронные пары или электромагнитные (реже электростатические) ЧЭ.

Достоинством СМД с матрицей жесткости общего вида является простота конструкции, недостатками - разная чувствительность каналов измерения и низкое быстродействие.

В современных CCO всечаще применяют СМД с преимущественно механическим разделением компонент. В этих датчиках ЧЭ размещают в захватном устройстве, рабочей среде или в запястье робота.

Датчики с совмещенными чувствительными элементами

Наряду с тензорезисторами в СМД используются ЧЭ, принцип действия которых основан на пьезо- или магнитоупрутом эффекте (совмещенные ЧЭ). Наиболее распространенные схемы основаны на применении дисковых пьезодатчиков и параметрических магнитоупругих преобразователей

Совмещенный ЧЭ состоит из трех блоков, каждый из которых содержит шесть пьезоэлементов с определенным направлением поляризации.

СМД на базе магнитоупругих ЧЭ обладают большим выходным сигналом при той же жесткости, но меньшей линейностью по сравнению с пьезодатчиками.

Наибольшая точность достигается в датчиках с диагональной матрицей жесткости, быстродействие — в датчиках с преимущественно механическим разделением компонент, а равная чувствительность каналов — при использовании однотипных упругих элементов.

Методы распознавания контактных ситуаций

Существо распознавания заключается в отнесении некоторой контактной ситуации к соответствующему классу.

· Использование для реализации CCO нейронных структур — нейросетей. К их достоин­ствам можно отнести возможность обучения робота на основе признаков различной сенсорной модальности и высокая надежность распознавания, особенно для случаев со значительным разбросом значений определяемых параметров.

· Метод ситуационного управления. В этом случае информация о контактных силах ис­пользуется не непрерывно, а лишь в ситуациях, описанных заранее. Такие ситуации определяются CCO путем постоянного анализа распределения силовых факторов, действующих на захватное устройство манипулятора (или его рабочий инструмент), в том числе при замыкании кинематической цепи.

· Использование аппарата нечетких множеств и операций нечеткой логики. С их помощью может быть уточнена неопределенность в описании ситуаций.

Тактильные датчики

Тактильные датчики в робототехнике реализуют бионическую функцию осязания и предназначены для распознавания объектов внешней среды при контактном взаимодействии. Обычно их не включают в состав CCO робота, а рассматривают как самостоятельную группу информационных средств.

В настоящее время тактильные датчики имеют в основном специальное применение — в задачах дистанционного управления манипуляторами, в мобильных робототехнических средствах, в устройствах для переноски и складирования и т. д.

Системы тактильного очувствления робота решают следующие основ­ные задачи: обнаружение контакта инструмента с объектом, определение координат и площади контактного пятна, измерение силы сжатия схвата, определение ориентации объекта в схвате, обнаружение проскальзывания объекта относительно схвата и измерение смещения, распознавание объек­тов по их тактильному образу.

Тактильные датчики принято подразделять по следующим признакам:

· по характеру измеряемых параметров — датчики контактного давления, датчики касания и датчики проскальзывания;

· по размерности — одиночные и матричные;

· по форме входного сигнала — дискретные (релейные) и аналоговые.

Тактильные датчики касания и давленияобычно размещают на внешних поверхностях захватного устройства. Матричные датчики устанавливают преимущественно на внутренних поверхностях (на «ладони»).

Наибольшее распространение в промышленности нашли дискретные тактильные датчики. Они обладают релейной функцией преобразования и служат для фиксации факта контакта исполнительного механизма с объектом или препятствием.

Все дискретные тактильные датчики обладают тремя существенными недостатками: ограниченным ресурсом работы, невозможностью определения значения контактного усилия и неточностью локализации места контакта.

Тактильные датчики проскальзывания устанавливают в захватное устройство и используют для обеспечения заданного усилия сжатия, особенно при манипулировании хрупкими предметами. Основным достоинством тактильных датчиков проскальзыва­ния является высокое быстродействие (время срабатывания не превышает 0,1 мкс).