по дисциплине: «Система управления робототехническими комплексами» на тему: «Контрольно-измерительные робототехнические системы» (стр. 2 из 5)

Рис. 4

При измерении параметров движущихся объектов рекомендуется при
менять синхронизацию изображения объекта с воспринимающей системой
телекамеры при помощи стробоскопа или использовать механический зат-
вор в устройстве телекамеры. Система очувствления робота, в которой применяется устройство управления механическим затвором телекамеры, содержит следующие блоки (рис.5): телекамеру 1, диск 2, шаговый двигатель 3, телевизионную трубку 4, объектив 5, источник освещенности б, датчик 8 наличия дета ли 7, частотный преобразователь 9, блок управления механическим затвором 10,, командное устройство 11, блок распознавания изображений 12, интерфейсное устройство 13 для связи с ЭВМ, управляющей роботом. Вращающийся с постоянной угловой скоростью диск с прорезями, укрепленный на валу шагового двигателя, располагается между телевизионной трубкой и объективом. При этом частота переключения механического затвора согласуется с внешней строчной разверткой телекамеры при формировании изображений. Качество изображения эквивалентно качеству, получаемому посредством стробоскопического метода. Эффективный диаметр в системе "Фудзи электрик" составляет 15 мм, допустимое время движения изображения не более 2 мс, время перемещения механического затвора 420 мкс.

Рис. 5

Применение управляемого механического затвора значительно улучшает динамические свойства системы и в первую очередь — ее разрешающую способность. Так, при скорости движения подвижного объекта, равной 500 мм/с, применение механического затвора повышает разрешающую способность в 10 раз.

Улучшение качества распознавания двумерных движущихся объектов достигается при использовании многооконной системы технического зрения с твердотельной телекамерой и с механическим затвором .

Широкие исследования ведутся по созданию трехмерных систем технического зрения. Известны действующие трехмерные системы технического зрения на базе телекамер и ПЗС-матриц, соединенные технически и программно с устройствами управления промышленных роботов. Эти системы предназначены для обеспечения технологических процессов сборки, сварки, автоматического контроля и взаимодействия с подвижными транспортными средствами.

Она предназначена для определения расстояния до разных частей объекта и первичной обработки изображения для передачи в управляющую ЭВМ робота. Система (рис. 6) состоит из многослойной матрицы 1 с фоточувствительными элементами, специального осветительного устройства инфракрасного излучения 2, системы линз 3, 4. Свет, отраженный от освещенного участка 5 объекта 6, попадает через систему линз на матрицу 1, электрические сигналы с выходов которой поступают во встроенное микропроцессорное устройство обработки первичной информации. Встроенное микропроцессорное устройство включает: логический блок управления источниками инфракрасного излучения, преобразователи ввода данных с многослойной фотоматрицы, мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), микропроцессор, устройство параллельного ввода данных в управляемую ЭВМ.

Рис. 6

Рассмотрим схемы и характеристики некоторых пневматических датчиков, предназначенных для использования в КИРС. Датчик следящего схвата, предназначен для организации коррекции движения руки робота, в зависимости от изменения внешних условий контроля. Следящая рука КИРС (рис.7) имеет шарнирно связанные между собой звенья 1, систему приводов этих звеньев 2, схват 3 с диагностической головкой 4 (или инструментом), кронштейн 5, пневмодатчик 6, устройство управления 7. Пневмодатчик 6 крепится на кронштейне 5 и располагается над исследуемой поверхностью детали 8. В ходе технологического процесса пневмодатчик отслеживает положение обрабатываемой поверхности детали относительно диагностической головки или рабочего инструмента 4 и при отклонении от рабочего режима, например, при уходе с кромки или при изменении расстояния до поверхности обработки выдает пневматические сигналы на устройство управления 7 по двум независимым каналам. Устройство управления 7 преобразует пневматические сигналы, содержащие информацию о режиме обработки, и при необходимости вносит коррекцию, формируя управляющие сигналы и воздействуя на систему приводов 2 манипулятора для компенсации отклонений посредством трех каналов, связанных с приводами звеньев руки манипулятора.

Рис. 7

Рис. 8

Пневматический датчик (рис. 8) имеет корпус 7, измерительные каналы 2, входные (3) и выходные (4) пневматические сопротивления, питающую емкость 5, струйные сопла 6, а также конструкцию регулирования межсопельного расстояния 7. Работа пневматического датчика происходит следующим образом. В питающую емкость 5 подается сжатый воздух, предварительно прошедший фильтр и стабилизатор давления. Проходя через входные пневматические сопротивления 3, воздух попадает в измерительные каналы 2, давление в которых зависит от положения струйных сопел 6 относительно поверхности обрабатываемой детали или иной задающей поверхности.

В режиме слежения за кромкой давление в измерительном канале с соплом, расположенным над поверхностью, будет соответствовать расстоянию до поверхности, а в канале с соплом, расположенным за кромкой, будет минимальным. При отклонении в ту или иную сторону давления в каналах будут соответственно изменяться. Точность позиционирования датчика в каждом конкретном случае зависит от межсопельного расстояния, которое можно менять с помощью кронштейна 5 (см. рис. 7) при грубой настройке и с помощью конструкции регулирования межсопельного расстояния 7 при точной настройке. Давления в измерительных каналах 2 передаются через выходные пневматические сопротивления 4 на устройство управления, которое преобразует информационные пневматические сигналы управления приводами руки манипулятора. Наличие адаптивной системы управления рукой манипулятора с использованием пневматического датчика позволяет повысить точность обработки и устранить брак из-за случайных отклонений формы заготовок, который, например, в процессе сварки достигает 4%.

На рис. 9 представлены экспериментальные характеристики двухсопельного датчика: зависимость выходного давления р_вых от расстояния до объекта s и давления питания p_вых . Как видно из графика, чувствительность возрастает с увеличением давления питания, при этом увеличивается также дальнодействие. Ограничением на величину давления питания являются допустимое значение расхода воздуха, а также необходимость нахождения в докритическом режиме истечения воздуха на выходе пневматических сопротивлений. Здесь d_пит, (d_Bых — диаметры питающего и выходного сопел соответственно). На рис. 10 показана зависимость чувствительности первого капала датчика от режима работы второго канала. Характеристика S₂₁ получена при синхронном измерении расстояний s от сопла датчика до контролируемой поверхности в обоих каналах. Характеристика S₂₂ г отражает изменение информационного давления на выходе р_аых в первом канале в зависимости от расстояния s при нахождении второго сопла от контролируемой поверхности на расстоянии, большем величины дальнодействия датчика, что соответствует режиму слежения за кромкой. Из характеристик видно, что в режиме слежения за кромкой чувствительность датчика на малых расстояниях ниже по сравнению с кривой для режима s = 0,1 — 0,4 мм.

Рис. 9

Рис. 10

В КИРС для исследования поверхностей сложной формы перспективно применение струйно-акустических преобразователей, представляющих собой резонаторы Гельмгольца со встроенными в его корпус капиллярами (рис. 11).

Рис. 11

Действие этих преобразователей основано на эффекте разрушения ламинарной струи газа, протекающей через капилляры, когда давление в полости резонатора превышает давление во входном сечении приемного капилляра.

Резонатор Гельмгольца, как известно , является многочастотной колебательной системой, низшая резонансная частота которой равна

Здесь R — радиус входной трубки резонатора, / - длина этой трубки, V -объем полости резонатора, ᵧ=1, 4- показатель адиабаты воздуха,р_и, р₀ соответственно давление и плотность окружающего воздуха, а - скорость распространения звука. Свободные колебания (частоты ω₀) воздуха в полости резонатора с учетом слабого затухания, обусловленною вязкостью газа в трубке, приближенно описываются уравнением

Здесь p(l, t) - избыточное давление газа в полости резонатора. µ- ею динамическая вязкость. Известно, что для вынужденных колебаний (с частотой ω₀) осциллятора выполняется приближенное равенство