ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Локационные датчики адаптивных промышленных роботов из "Системы очувствления и адаптивные промышленные работы " Тактильные датчики, имитирующие осязательную способность руки человека, были одними из первых средств очувствления роботов в связи с их простотой и доступностью. [c.48] Круг задач, решаемых с помощью тактильных систем очувствления, может быть охарактеризован следующими операциями обнаружение контакта с объектом определение координат и площади контактного пятна измерение силы сжатия захвата, регистрация распределения силового воздействия по площади пальцев определение ориентации объекта, зажатого в захвате обнаружение направления проскальзывания и измерение смещения предмета определение механических свойств предметов по степени их деформации распознавание объектов из заданного класса по их тактильному образу. [c.48] По характеру измеряемых параметров взаимодействия захвата с объектом манипулирования тактильные датчики можно разделить на три группы датчики касания, датчики контактного давления и датчики проскальзывания. [c.48] Датчики касания и давления предназначены для измерения одной и той же физической величины — действующей силы. Различие заключается в том, что первые из них имеют порог срабатывания и являются по сутцеству релейными датчиками сил, настроенными на заданное значение измеряемого параметра. Датчики касания и давления могут быть выполнены в виде отдельных элементов или в виде матрицы с высокой плотностью размещения элементов. Отдельные датчики обычно размещаются Г1а внешних гюверхностях захвата. Силовводящие элементы этих датчиков имеют форму пластин и покрывают всю внешнюю поверхность пальцев и некоторые другие выступающие поверхности захвата. [c.48] Матрицы датчиков давления и датчиков касания устанавливают на внутренней поверхности пальцев захвата. Регистрация прикосновения или измерение давления в местах контакта пальцев захвата с поверхностью объекта обеспечивает возможность его опознавания, определения ориентации относительно захвата, силы сжатия захвата и фиксации проскальзывания объекта относительно пальцев. В последнем случае используют также специальные датчики проскальзывания. [c.48] Наличие упругого элемента, сложная технология изготовления и высокая стоимость являются основными причинами, по которым тензорезисторные чувствительные элементы не нашли широкого применения при создании тактильных датчиков. [c.49] Пьезоэлектрические преобразователи, предназначенные для измерения квазистатических сил, находят применение пока только прн конструировании датчиков проскальзывания. Основные трудности их использования в тактильных датчиках связаны с необходимостью усиления сигнала, - ироиорцнонального заряду, что ири большом числе датчиков давления, размещаемых на захвате, трудно осуществимо в реальном масштабе времени. Перспективным является конструирование тактильных датчиков и матриц на основе пьезокерамических трансформаторов. [c.49] Тактильные датчики на основе микропереключателей и других контактных устройств, имеющих заданный порог срабатывания, отличаются простотой конструкции, простотой схем детектирования и обработки сигнала, а также низкой стоимостью. Недостатком таких датчиков является необходимость периодической проверки работоспособности контактов, в особенности при коммутировании значительных токов, и сравнительно низкий ресурс работы. [c.49] Другим примером применения контактных чувствительных элементов является матрица тактильных датчиков касания, установленных с высокой плотностью с межцентровым расстоянием 2,5 мм. Полусферические мембраны в тонкой стальной пластине (рис. 2.20) образуют матрицу с шагом приблизительно 2,5 мм. Каждая сферическая мембрана имеет два устойчивых положения — выгнутое и вогнутое. При отсутствии контакта с объектом давление воздуха, подаваемое в пальцы манипулятора, держит мембраны в первом устойчивом положении. Когда пальцы касаются объекта, сферические мембраны деформируются и переходят во второе устойчивое положение, замыкая контакт. Порог срабатывания одной мембраны не превышает 0,5 Н. [c.50] Необходимость получения высокой разрешающей способности датчиков тактильного очувствления ио полю при одновременом удовлетворении указанных выше требований обусловила применение новых материалов для чувствительных элементов, ранее не используемых в робототехнике. Первоначальные эксперименты проводились с использованием порошкообразного графита в различных матричных формах. Однако для практических целей порошкообразный графит не пригоден, так как поглощение влаги и газов этим материалом может значительно изменить резистивные характеристики элемента, приводя в наихудшем случае к слипанию порошка. [c.50] Конструкция тактильной матрицы размерностью 4X4, в которой используется проводящий силиконовый, каучук, показана на рис. 2.23. Эластомер 5 расположен поверх печатной платы 4, на которой вытравлено шестнадцать пар концентрических проводников. Каждая пара вместе с находящимся над ней участком проводящего силиконового каучука составляет тактильный элемент. [c.51] Эластомер электрически эквивалентен переменному резистору, который соединен последовательно с внешним постоянным резистором. Тактильные элементы образуют делитель напряжения, выходной сигнал которого изменяется в зависимости от деформации эластомера. [c.51] По своей природе материал эластомера представляет собой силиконовый каучук, смешанный с различными металлами или их соединениями, например с медью. На рис. 2.24 показана зависимость удельного сопротивления р образцов эластомеров двух типов от внешнего давления Р. 1Чатериал типа 1 более пригоден для создания тактильных датчиков релейного действия, так как для него характерно быстрое уменьшение удельного сопротивления при увеличении давления от пуля до 30 кПа (кривая 1). Дальнейший рост давления приводит к незначительному изменению удельного сопротивления, и оно остается постоянным иа уровне около 10 кОм-м. Эластомер типа 2 имеет практически экспоненциальную зависимость сопротивления от давления (кривая 2). [c.51] Основной недостаток эластомеров заключается в появлении усталостных изменений в материале, что выражается в образовании микротрещин и приводит к резкому падению удельной проводимости эластомера, вследствие чего он выходит из строя. [c.52] В силу существенно нелинейных характеристик и очень ограниченной зоны пропорциональности силиконовый каучук с наполнителем в виде графитового или металлического порошка целесообразно использовать для тактильных датчиков, когда не требуется высокая разрешающая способность по давлению, а также в датчиках касания. [c.52] В качестве материала для тактильных датчиков могут быть использованы углеродные нити, каждая из которых представляет собой пучок, содержащий до нескольких тысяч волокон диаметром от 7 до 30 мкм. Электрическое сопротивление контакта в месте пересечения двух нитей имеет больпюе значение, вследствие высокой чистоты материала. Р1змеиение сопротивления под действием нагрузки носит плавный характер, что объясняется суммарными свойствами отдельных контактирующих волокон. Таким образом, электрическая проводимость пересечений определяется числом контактов между волокнами. Уровень микрофонного или сейсмического шума такого множественного контакта оказывается довольно низким, так как возникшие контакты весьма устойчивы, а процент ненадежных контактов невелик, причем уровень помех тем ниже, чем больше волокон в каждом пучке. Это объясняется усреднением влияния абсолютного числа соединений. [c.52] Признаки повреждений пучков углеродных нитей наблюдаются начиная с давлений порядка 400 МПа, поэтому углеволоконные датчики целесообразгю использовать прн контактных давлениях, не превышаюш,их 200 МПа. Рассматриваемые тактильные датчики имеют малый гистерезис, который не превышает 1 %. [c.53] Конструктивно тактильный преобразователь из углеродного волокна может быть оформлен как кусок ткани, выполненной из параллельно расположенных четырехмиллиметровых чередующихся нитей стекловолокна и графита, поперечно переплетенных стекловолокном. Два кусочка такой ткани накладывают один на другой так, что включенные в них волокна графита пересекаются под прямым углом,. образуя тактильную пропорциональную матрицу. [c.53] Недостаток углеродного волокна как материала для тактильных датчиков заключается в сложности присоединения к матрице электрических контактов. Однако пути устранения этого недостатка достаточно очевидны — использование механических соединений обжатием волокна электрическим проводником и применение различных о 1верждающих проводящих клеевых соединений. [c.53] Вернуться к основной статье