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

Контрольно-измерительные робототехнические системы для исследования поверхностей сложных форм.

КИРС, выполняющие функции обследования поверхностей сложных форм, могут измерять геометрические и механические параметры, чистоту поверхности, отклонение каких-либо ее характеристик от требуемых, а также находить трещины и другие дефекты. Различные особенности поверхностей устанавливаются посредством измерения диагностическими датчиками неоднородностей наводимых физических полей. Локационные датчики КИРС при этом служат для ориентации системы диагностических датчиков, например, для расположения чувствительных элементов по нормали к исследуемой поверхности и для организации обратной связи в системе. Рассмотрим схему функционирования робота, обеспечивающего отслеживание некоторой поверхности (рис. 25). Требуется поддерживать заданное расстояние схвата до поверхности по нормали и обеспечивать необходимую скорость движения. Сигналы, принимаемые от датчика, должны преобразовываться посредством матриц поворота, а затем поступать в устройство управления приводами. Датчики, расположенные в запястье руки робота, измеряют положение и скорость, после чего происходи!' сравнение сигналов, соответствующих действительному и требуемому положениям руки.

Рис. 25

Датчики, расположенные в запястье руки робота, измеряют положение и скорость, после чего происходит сложение сигналов, соответствующих действительному и требуемому положению рук. Введем системы координат: неподвижную ()₀Х₀ Y₀Z₀, связанную с основанием робота; подвижную O₁X₁F₁Z₁, связанную с датчиком; подвижную O₂X₂F₂Z₂, связанную с рассматриваемой точкой контролируемой поверхности. (Координатные оси Z₀,Z₁ и Z₂ перпендикулярны к плоскости чертежа.) Координатная ось Y₁ совпадает с осью датчика (рис. 25а), ось Y₂ нормальна к поверхности в рассматриваемой точке а_т. Пусть M_l0(t) и М₂₂(t) - матрицы поворота первой и второй подвижной систем координат относительно неподвижной системы, М₁₂ (t) — матрица поворота второй подвижной системы относительно первой, а транспонированная матрица М^T₂₁ = М₁₂ определяет поворот датчика по отношению к участку отслеживаемой поверхности. Имеем М₁₂ (t) =M₁₀(t)M₂₀(t).

Текущее положение рассматриваемой точки в системах координат O₀X₀Y₀ и O₂Y₂Z₂ соответствует координатам Х_0д, Y_0д и Х_2д,Y_2д, а требуемое положение датчика в системах координат O₀X₀Y₀ и О₁ Х₁ Y₁, определяется координатами Х_0т, Y_0t и X_0т, Y_0т. Сигналы а_г и а_д (рис. 26) определяют соответственно положение рассматриваемой точки и конечного звена манипулятора в неподвижной системе координат. С помощью сигналов β_1с и β_2с формируются управляющие воздействия на приводные системы, при этом- ∆∆β_с = βо — β2с, ∆а_т⁼ а_т-а_д Сигналы а_0д определяют угловые координаты в шарнирах звеньев манипулятора. Сигнал ∆β_с может управлять приводом, встроенным непосредственно в шарнир руки манипулятора таким образом, чтобы произошло совпадение систем координат О₁Х₁ Y₁, и 0₂Х₂ Y₂ (рис. 25 б). В этом случае диагностическая головка будет ориентирована нормально к исследуемой поверхности. Условиями 'такого управления являются:

Β_1с = М₀₁ (а_т — а_д); β_2c =M₁₂β_lc.

Структурная схема КИРС, предназначенная для исследования сложной поверхности, предусматривает (рис.26) наличие датчиков, контроллера, преобразователя координат, устройства управления системой приводов. В работах указывается на опыт применения кодовых датчиков углов поворота двух звеньев робота, потенциометров и тахометров для определения линейных,угловых перемещений и скоростей третьего звена, четырех полупроводниковых преобразователей для измерения давления в цилиндрах. Измерение расстояний до поверхности производится посредством индуктивных датчиков или двумя потенциометрами по дифференциальной схеме.

Рис. 26

Применение КИРС позволяет производить измерения в большом числе точек подлежащего диагностике объекта. В частности, в работе приводится пример использования роботов для определения формы винтов кораблей. Отметчик Система содержит манипулятор с серво-приводими, обладающий четырьмя степенями свободы, лазерный измерительный детектор, два тактильных датчика для отслеживания формы поверхности, а также устройство управления с мини-ЭВМ. Точность измерений составляет 0,1 мм. Степени свободы манипулятора КИРГ
данного типа (рис. 27) включают поворот винта (ось вращения l), поступательное движение к оси l и в противоположном направлении (степень свободы 2), поступательные движения по вертикали (степени свободы 3, 4), обеспечивающие перемещение диагностических головок с тактильными датчиками.

Рис. 27

Лазерные датчики могут перемещаться в направлениях 2, 3. Привод каждой степени свободы - цифровой с шаговыми сервомоторами постоянного тока и усилителями мощности. Корректирующие воздействия выполняются с помощью управляющей ЭВМ. Применение лазерного детектора (рис. 28) обеспечивает измерение расстояний до поверхности винта. При вращении винта вокруг оси l происходит сканирование исследуемой поверхности лазерным лучом и прием отраженного сигнала приемником. В качестве тактильных датчиков применяются механоэлектрические щупы, установленные непосредственно в сердечниках дифференциальных трансформаторов.

Рис. 28

В КИРС (рис. 29), предназначенной для автоматизации процесса измерения профилей лопаток мощных турбин, а также для выполнения доводочной шлифовки с помощью технологического промышленного робота , использован новый способ измерения профилей сложной формы.

Рис. 29

Процесс измерения происходит последовательно в параллельных секущих плоскостях. Способ основан на анализе информации от двух датчиков расстояния, используемых для построения траектории движения робота. Измерение расстояния между инструментом и поверхностью происходит через определенные промежутки времени. На базе расчета информационных оценок производится ориентирование положения датчика относительно поверхности в определенном направлении. Дальнейшее управление движением производится с учетом обработки измерительной информации. Движение робота адаптируется к форме поверхности. Управление движением осуществляется в декартовой системе координат. Для формирования сложной криволинейной траектории перемещения производятся по нескольким координатам. Схват имеет два вращения: вокруг вертикальной оси (на угол а) и перпендикулярной ей продольной оси (на угол β). Расположение электромагнитных датчиков расстояния и результаты измерений приведены на рис. 30 В процессе ориентирования одного датчика (рис. 30а) выполняется его поворот на углы а и β. Расположение руки КИРС с двумя датчиками А и В относительно поверхности контролируемого изделия (рис. 30б,в) измеряется и в дальнейшем поддерживается постоянным с подачей корректирующего сигнала в систему управления. Окончание построения рабочего профиля (рис. 30г ) в фиксированных точках одной из секущих плоскостей (х,у) позволяет КИРС перейти к следующей секущей плоскости. Основные характеристики системы: поддержание расстояния от датчика или инструмента до поверхности по нормали от 3 до 10 мм, точность ± 0,5 мм, скорость до 50 мм/с.

Рис. 30

Список литературы.

1. Черноусько Ф.Л. и др. Манипуляционные роботы: динамика, управление, оптимизация. – М.: Наука, 1989.