Системы очувствления промышленных роботов

Опубликовано admin Апр 16, 2013 в Роботетхника

Создание физических эквивалентов человеческих органов чувств — это одна из наиболее сложных проблем, стоящих перед специалистами по робототехнике и автоматизации производственных процессов. Созданные датчики и системы, реагирующие на внешние воздействия, могут превратить промышленные роботы, которые пока действуют чисто механически, в машины, обладающие способностью к адаптации, умеющие самостоятельно реагировать на изменения окружающей среды и принимать простейшие решения. Необходимо создать роботы, которые обладали бы зрением, слухом, осязанием, а в идеале они должны общаться друг с другом и с людьми на человеческом языке.

Технический прогресс уже давно открыл пути для создания эффективных приборов и устройств, возможности которых значительно превосходят человеческие. Например, радиолокаторы, позволяющие обнаруживать различные объекты за многие километры от наблюдателя. Однако истинные трудности заключаются не в сборе информации, а в ее переработке и наделении робота способностью приходить к правильному выводу, решению.

Необходимость использования оперативной информации появляется, когда робот имеет дело с неориентированными в пространстве предметами различных размеров и форм, с хрупкими изделиями, которые нельзя сильно сжимать, но и нельзя ронять, с деталями на движущемся транспортере, когда робот занимается сборкой, электромонтажом, сваркой или окраской поверхности по сложному контуру, когда мобильный робот встречает неожиданное препятствие.

Для того чтобы получать информацию об окружающей среде, робот наделяется датчиками или сенсорами. При большом потоке данных от сенсорного устройства используют дополнительную ЭВМ.

По принципу получения информации и ее физическому содержанию системы очувствления ПР делятся на тактильные, реагирующие на прикосновения силомоментного очувствления, технического зрения, локационные и системы контроля качества.

Осязанию человека соответствуют ощущения холода, тепла, боли и давления. Распределение рецепторов для каждого из них по телу человека неодинаково, так как чувствительность кожи к ним различна.

Задача контактного очувствления возникла сначала при работе над протезными устройствами, а уж затем им стали наделять робототехнические средства. Простейшим средством контактного очувствления являются микропереключатели, которые срабатывают в момент касания искусственных пальцев руки детали. С помощью датчиков в тактильной системе очувствления определяются момент касания, местоположение точки контакта, контролируется наличие или отсутствие детали в захвате или потеря ее при переносе.

Силомоментные датчики реагируют не только на прикосновение, но и на силу нажатия. Чувствительным элементом в них обычно является тензодатчик (первая часть термина образована от греческого слова, означающего «напряженный, натянутый». Принцип его действия очень прост, он основан на зависимости электрического сопротивления металлической проволоки от ее длины и площади поперечного сечения. Она такова, что при растяжении проволоки ее сопротивление возрастает, так как увеличивается длина и уменьшается сечение. Тензодатчик представляет собой тончайшую проволоку, многократно изогнутую для увеличения длины, или тонкую фольгу, которые наклеиваются на поверхность исследуемой детали или на упругую пластину силомоментного датчика. При изгибе детали (пластины) длина проволоки (фольги) увеличивается, что приводит к увеличению сопротивления в электрической цепи, в которую включен тензодатчик. Современная электронная техника позволяет регистрировать малейшие изменения электрического напряжения и силы тока, вызванные изменением сопротивления, и, соответственно, изменения деформации тензодатчика.

Один из первых очувствленных захватов состоял из пальцев, оснащенных контактными датчиками, которые сигнализировали о контакте захвата со столом, препятствием или объектом. На внутренней плоскости пальцев было расположено по шесть силоизмерительных датчиков, которые выдавали электрические сигналы, пропорциональные силе нажатия на датчик. Располагаясь по всей рабочей плоскости пальцев, они позволяли судить о том, как объект размещен в захвате. На кончиках пальцев захвата также были установлены датчики, дающие информацию о силе сжатия детали и позволяющие получать первичную информацию о размерах ощупываемой ими детали. Кроме того, в захвате имелись фотодатчики, реагирующие на тень объекта.

В качестве чувствительного тактильного датчика может использоваться угольный порошок. Его электрическое сопротивление сильно зависит от плотности: при незначительном уплотнении порошка оно заметно уменьшается. Датчики подобного типа используются в угольных микрофонах телефонов, они же ставятся в протезах кисти руки. Под резиновую оболочку, заменяющую человеческую кожу, помещается угольный порошок, который чутко реагирует на величину прикладываемого усилия.

Совершенно иные возможности появляются у роботов, использующих бесконтактные датчики для работ, при которых не нужно непосредственное механическое воздействие. Бесконтактное очувствление необходимо роботу, например, для обнаружения предметов и определения расстояния до них, для определения контуров объектов, для захватывания движущихся деталей и предотвращения возможности столкновения с ними, для чтения чертежей и маркерных знаков на упаковках различной продукции. Бесконтактные датчики реагируют на различные излучения, в том числе на те, которые недоступны для восприятия человеком. Пьезоэлектрические датчики реагируют на звуковые колебания различной частоты, в том числе на те, которые не слышит ухо человека. Фотодатчики реагируют как на видимые, так и на невидимые излучения. Различные радиоэлектронные системы чувствительны к электромагнитному излучению, они применяются в радиолокации, позволяющей не только обнаружить объект, например самолет, но и определить направление и скорость его движения.

Наиболее совершенной системой для оснащения роботов является система технического зрения, обеспечивающая получение изображения рабочей сцены, его преобразование, анализ, обработку с помощью микроЭВМ или микропроцессора и передачу результатов измерения управляющему устройству робота.