Осязание

Категория:
Роботы в промышленности


Осязание

Существуют две разновидности очувствления: осязание, или контактное очувствление,— очувствление посредством контакта с объектом и неконтактное очувствление— очувствление на расстоянии посредством таких способов, как техническое зрение и т. д. Осязание может принимать множество форм с различной степенью сложности и используется в захватных устройствах робота.

В простейшей форме осязание осуществляется с помощью контактных преобразователей бинарного очувствления, которые способны лишь определять, коснулось ли их что-нибудь или нет. Такие устройства выполнены в виде микропереключателей, размещенных, например, на пальцах захватного устройства таким образом, что они вдавливаются, когда захват берет объект. Более подробную информацию о касании можно получить, размещая несколько переключателей. Вместо переключателей в некоторых системах используются силометриче-ские датчики, что позволяет получать количественные значения, а не ответ типа «да» или «нет». Бинарные, или непрерывно меняющиеся, системы, имеющие преобразователи в нескольких точках, относят к простым датчикам касания, чтобы отличить их от полных устройств тактильного очувствления, состоящих из набора непрерывно меняющихся силовых датчиков, генерирующих структуру и способных обеспечивать ответ различной степени, который позволяет определить характер физической поверхности. Более сложные виды тактильного очувствления еще находятся в стадии разработки.

Простые контактные датчики используются, например, в сборочных роботах, контактное обследование иногда применяется для определения размеров. Если простейшее бинарное переключение не используется, то напряжение и усиление измеряются косвенно величиной деформации резистивиого деформационного измерительного устройства (ДИУ). ДИУ состоят из тонкой полоски резистивного материала, например медно-никелевого сплава, протравленного соответствующим образом, на тонком гибком листе подложки. Номинальное сопротивление на таких датчиках составляет примерно 100 Ом, но когда гибкая подложка согнута или покороблена, сопротивление изменяется в зависимости от длины полоски и физических характеристик сплава. Эти изменения сопротивления измеряются обычно путем включения устройства в мостиковую схему.

Широкое распространение резистивные материалы для осязания получили благодаря их дешевизне, теплостойкости и легкости изготовления, однако проблемы, возникающие в связи с явлением гистерезиса и неудовлетворительным динамическим диапазоном, заставляют предполагать, что в будущих системах могут использоваться другие технологии.

Пьезоэлектрическое преобразование, при котором деформация кристалла вызывает небольшие электрические напряжения, имеет недостатки: во-первых, не имеет характеристики постоянного тока, во-вторых, фиксирует лишь изменения. Тем не менее в некоторых приложениях это может найти применение, хотя в настоящее время данные устройства слишком хрупки для использования в промышленных условиях. Очувствление с использованием емкостных устройств слишком чувствительно к влиянию внешних электромагнитных полей, чтобы иметь практическое значение. Кроме того, как и при индукционном очувствлении, его реакция слишком сильно зависит от вида соприкасаемого материала.

Тактильное очувствление, хотя и носит в основном экспериментальный характер, но уже широко применяется во многих областях, таких, например, как заводская сборка, быстрое адаптивное захватывание произвольно ориентированных деталей, манипуляция гибкими материалами, определение массы и центра инерции, а также в качестве дополнения к системам технического зрения. В то время как искусственное зрение можно использовать для определения местоположения и идентификации объектов, тактильное очувствление — для последующих манипуляций, где важно знать силу, давление и податливость.

Простой пример, который раскрывает значение осязания для человека, — это навинчивание гайки на болт.

Гайка обычно провертывается в обратном направлении, пока не «попадет» в виток резьбы, поэтому, чтобы не сорвать нарезку, ее осторожно закручивают при постоянной проверке. Техническое зрение в данном примере не используется. Это тот уровень сложности, с которым тактильные системы стремятся состязаться путем слежения за касанием, силой, давлением и проскальзыванием.

Подход к проектированию таких систем заключается в создании набора датчиков на тонкой гибкой подложке, которая может быть помещена на захвате. Подложка должна быть податливой, а вся конструкция — долговечной. Набор, состоящий из 10 X Ю силовых чувствительных элементов на площади 5 см2, достаточен для решения многих задач. Каждый элемент должен быстро реагировать с чувствительностью, которая позволяет регистрировать объекты от 0,001 до 1 кг при слабом гистерезисе. Многие конструкции были созданы с использованием некоторой разновидности проводящей пластмассы, соединенной с решеткой вытравленных электродов на инертной подложке. Контактные усилия вызывают местные деформации, которые в свою очередь определенным образом изменяют местное сопротивление полосы. Затем проводятся измерения электродной решеткой и составленный «образ» можно обрабатывать.

В образце, разработанном в университете Карнеги-Меллон (США), инертная подложка заменена сверхбольшой интегральной схемой, которая действует как параллельный компьютер специального назначения, так что тактильный датчик выполняет не только преобразование усилий, но и обработку данных об «образце».


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум