7. Системы тактильного типа
7.1. Общие сведения
Системы тактильного типа наиболее часто используют в задачах механической обработки и сборки, абразивной зачистки, шлифовки поверхностей, упаковке, разборе деталей из навала и т. д. Представляют интерес процессы контроля сил при обработке резанием и сборке деталей, при регулировании давления в гидравлических системах станочного и специального оборудования и во всех других случаях, когда необходимо обеспечить заданные силовые показатели.
Обычно для силового (тактильного) очувствления манипулятора используют определенные зоны, расположенные либо на исполнительном механизме, т. е. на манипуляторе робота или его захватном устройстве (схвате), либо непосредственно на объекте работы (например, на опорах стола, на котором установлена деталь). В соответствии с этим будем рассматривать две структуры информационной системы: открытую (объект) и связанную (захватное устройство и манипулятор робота).
Силомоментные информационные системы используют для определения возникающих в зоне контакта силовых факторов в целях распознавания сенсорной функции.. Принципы построения таких систем предполагают «локализацию» сенсорной функции, т. е. оснащение датчиками сравнительно небольшого объема манипулятора или объекта манипулирования (внешней среды). При этом механическую жесткость системы «манипулятор — объект» полагают достаточно высокой, чтобы ее упругость «сосредоточивалась» непосредственно в датчиках, т. е. в местах разрыва кинематической цепи. Датчики сил и моментов, или многокомпонентные силомоментные датчики (СМД), используют для нахождения силовых параметров в зоне контактного взаимодействия в векторном пространстве силовых факторов.
В отличие от них тактильные датчики служат для определения характеристик контактного пятна в целях получения тактильного образа. Их структура инвариантна к жесткости системы «манипулятор — объект» и построена по принципу информационных поверхностей. Тактильные датчики применяют для геометрического распознавания внешней среды в двух- и трехмерном геометрическом пространстве.
7.3. Принципы силомоментного очувствления роботов
Системой силомоментного очувствления (ССО) робота называется информационная система, которая включена в его контур управления и предназначена для измерения компонент главного вектора сил и моментов, действующих на схват или инструмент манипулятора, и формирования логического или непрерывного управляющего воздействия на исполнительный механизм в проекциях на связанную со схватом систему координат. Типовая структура ССО приведена на рис. 7.2. В отличие от СТЗ вычислительные средства ССО обычно размещены в конструкции манипулятора и построены на базе контроллеров и однокристальных ЭВМ.
В
общем случае определение реакции между
предметом в захватном устройстве
робота и некоторой поверхностью (при
абразивной обработке) или
двумя предметами (при сборке) возможно
несколькими способами.
Чаще всего применяют способ прямого измерения с «очувствлением» рабочей среды (в этом случае объект устанавливают на оснащенную датчиками платформу) или «очувствлением» захватного устройства робота (губок или запястья), а также способ косвенного измерения, когда информацию об усилиях, действующих на приводы робота, получают через следящую систему.
Следовательно, внешняя сила F может быть вычислена косвенно через моменты в приводах Мдв при известной кинематической схеме манипулятора J(q). Однако очевидное достоинство способа, связанное с его практичностью и дешевизной решения, не компенсируется недостатками, важнейший из которых — изменение статических моментов в сочленениях манипулятора в зависимости от его конфигурации, наличия груза, упругости в шарнирах и др. Все это требует очень точного моделирования динамики манипулятора.