ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Многокомпонентные датчики силомоментного очувствления из "Системы очувствления и адаптивные промышленные работы " Нельзя рассматривать характеристики датчика п не учитывать при этом параметры систвхмы управления робота, для которого этот датчик проектируется. Например, требование высокой жесткости датчика значительно ограничивает выбор чувствительных устройств для преобразования приложенных сил в электрический сигнал. Кроме того, высокая жесткость датчика требует чрезвычайно большого быстродействия приводов манипулятора, поскольку при столкновении захвата, движущегося даже с небольшой скоростью, с объектом манипулирования скорость нарастания силы или момента может оказаться выше предельных динамических характеристик приводов, при этом либо датчик, либо манипулятор могут быть выведены из строя. [c.36] Аналогичные рассуждения можно привести по поводу требования высокой линейности измерения, так как во многих системах управления робота исходный аналоговый сигнал силомоментного датчика преобразуется в цифровой сигнал с ограниченным числом уровней квантования. В ряде сборочных промышленных роботов используются силомоментные датчики, обеспечивающие релейный характер измерений каждой проекции силового вектора. Б конкретных применениях необходимо анализировать соответствие сило-моментной системы очувствления параметрам робота, на котором она устанавливается. [c.36] Силомоментные датчики разделяют по двум признакам способу преобразования измеряемого силового воздействия в электрический сигнал и по принципу выделения требуемых проекций вектора сил и моментов. [c.36] Первый классификационный признак основан на том, что в существующих силомоментных датчиках используют либо чувствительные элементы, измеряющие упругую деформацию, либо чувствительные элементы, регистрирующие перемещения калиброванных пружин датчика. [c.36] Рациональным является поиск компромиссного пути разработки конструкций силомоментного датчика, оптимальной с точки зрения простоты выделения проекций вектора сил и моментов и допускающей размещение электронных блоков датчика внутри его механической части. [c.36] Наиболее простым в конструктивном отношении является шестикомпонентный датчик, представляющий собой два кольцевых фланца 1, соединенных тремя плоскими упругими элементами 2, расположенными параллельно оси датчика под углом 120 друг к другу (рис. [c.37] Особенность рассматриваемого датчика заключается в том, что он предназначен для измерения всех шести проекций силового вектора и не может быть использован для определения другого желаемого числа компонент без измерения остальных, поскольку в каждом тензоэлементе, размещенном на упругих элементах, возникают деформации практически от всех действующих сил и моментов. [c.37] После окончания тарирования рассчитывают элементы обратной матрицы, которая необходима при определении вектора сил и моментов неизвестного значения и направления в соответствии с выражением Р == Последнее соотношение справедливо, если существует обратная матрица т. е. в том случае, когда исходная матрица прогюрциональности имеет квадратную форму. [c.37] Если матрица прямоугольная, т. е. число чувствительных элементов датчика превышает число измеряемых компонент вектора сил и моментов, осуществляют псевдоинверсию матрицы пропорциональности Р == ( У ЛУ) где т — знак транспонирования. [c.37] Основным недостатком рассматриваемого датчика является низкий коэффициент использования диапазона линейных деформаций упругих элементов, так как каждый из них рассчитывается из условия максимального суммарного действия всех шести измеряемых компонент. По этой же причине невозможно создать датчик такого типа, имеющий различные диапазоны измерения каждой из компонент силового вектора. Кроме того, вычисление действующих сил в соответствии с указанными выше выражениями занимает достаточно много машинного времени и не всегда осуществимо для систем управления, работающих в реальном масштабе времени с использованием микроЭВМ. [c.38] Примером силомоментного датчика с преимущественно механическим разделением компонент вектора сил и моментов может служить датчик модульной конструкции, размещенный в основании пальцев захвата манипулятора. Этот датчик, в отличие от других, имеет очень простую пространственную геометрию, благодаря чему упругие элементы конструкции, представляющие собой взаимозаменяемые модули, могут быть легко рассчитаны для измерения заданной деформации (рис. 2.7). [c.38] Простой в конструктивном отношении силомоментный датчик может быть изготовлен из двух стальных угольников 1, связанных в единую конструкцию системой шести плоских пружин 3 и шести упругих стержней 2 (рис. 2.9, а). Основным элементом датчика является плоская пружина с постоянным поперечным сечением, прогиб которой измеряется тензорезисторными датчиками. Преобразование исходного силового вектора р в совокупность изгибающих моментов плоских пружин осуществляется посредством ста,льных упругих стержней, которые передают усилие только в осевом направлении (рис. 2.У, б). [c.39] К достоинствам конструкции следует отнести низкий уровень перекрестных связер между компонентами силового вектора (порядка 1 %) и простоту изготовления. [c.40] Образец датчика размерами 100x40x40 мм обеспечивает измерение сил до 20 Н, моментов до 1 Н-м при линейности и гистерезисе порядка 0,5 и 0,1 % соответственно. Датчик имеет сравнительно низкую резонансную частоту, равную 10 Гц, что обусловлено низкой жесткостью конструкции с упругими стержнями, составляющую 10 Н/м. [c.40] Основным недостатком данного устройства является низкий коэффициент использования диапазона измерения отдельных компонент, не превышающий 30 %. [c.41] Шестикомпонентный силомоментный датчик может быть использован при формировании сигналов коррекции положения адаптивного сборочного стола, оснащенного точными приводами. Основу конструкции силомоментного датчика составляют два П-образных упругих элемента, соединенных взаимно перпендикулярно между собой с помощью общего фланца (рис. 2.10, а). Нижняя часть устройства, представляющая собой плоскую упругую крестовину, обеспечивает измерение компонент Мх, Му и С помощью верхних упругих элементов, параллельных оси датчика, определяют остальные три компоненты Рц и М . Тензорезистивные мостовые схемы, размещенные на плоской крестовине, регистрируют деформацию изгиба, в то время как тензорезисторы вертикально располо-жеиных элементов фиксируют возникающие в них сдвиговые деформации. [c.41] Этот принцип реализован в шестикомпонентном датчике сил и моментов, конструкция которого показана на рис. 2.П, а. [c.42] Датчик состоит из двух частей, каждая из которых может быть использована независимо от другой, обеспечивая измерение трех компонент вектора сил и моментов. Соединенные механически в единый блок, они образуют шестикомпонентный датчик. [c.42] Вернуться к основной статье