Файл: Системы очувствления и адаптивные промышленные роботы..pdf

Рнс. 3.11. Схема обзора и состав обзориоинформацнонной системы:

1 — блок управления; 2, 4, 10 — приводы по а 2, а 3, ос4; 3 — измеритель расстояний; 5 — устройство подкачки зеркала; 6 — отклоняющее зеркало; 7 — блок обзора; 8,

ласти внешней среды с целью выделения ее^характерных осо­ бенностей для реализации уп­

равления движением мобильных роботов. Чтобы обеспечить управ­ ление роботом в реальном масштабе времени, необходимо проведе­ ние сложных преобразований и расчетов дальномерно-угловых характеристик внешней среды. Ниже приведены рекомендации по организации этих преобразований в обзорно-информационной си-^" стеме, которые являются достаточно универсальными.

Измеренная дальность и значения углов для наблюдаемой точки поверхности преобразуются в декартовы координаты этой точки следующим образом (кинематическая схема системы приведена на

ос3 и а 4 осей вращения. Обозначим р — единичный вектор вдоль на­

луча измерителя расстояний от зеркала, d — измеренная линейная дальность в направлении текущих измерений S. Координаты из­

68

Рис. 3.12. Способы представления ло­

кационной дальнометрической инфор­ мации в ЭВМ:

ИП — информационное поле

Когда вектор р направлен

по оси вращения а 3, фор­ мулы для координат вектора S, направления измерений (без учета угла а 4) прини­ мают вид

S x = cos2 а х sin 2а2 C O S а 3 — sin 2аcos а 2 sin а3;

S y = cos2 а х sin 2 а 2 sin а 3 -)- sin 2 а х cos а 2 cos а 3;

S z = 1 — 2 cos2 а х cos2 а 2.

Осмотр участков внешней среды может быть обеспечен как за счет движения робота при фиксированных углах а 2, а 3, а 4, так и за счет изменения этих углов. Простейшей операцией при осмотре вторым способом будет наведение обзорной системы в заданную точку по центральному лучу. В этом случае

При а 4 = 0 для а 2, а 3 получим соотношения

Основные способы представления информации о результатах дальнометрического осмотра среды, полученной с помощью обзор­ ной системы при наблюдении из неподвижной точки, иллюстрирует рис. 3.12.

Совокупность данных для измеряемых точек, получаемая при сканировании зеркала, назовем сканом. Последовательность сканов образует матрицу — дальнометрическое описание осматриваемой сцены. Эта матрица получается, например, с помощью блока обзора при развертке поверхности по углу а 2. Осмотр сцены может включать одну или несколько разверток, отличающихся друг от друга углом а 3. Если осмотр состоит из ряда разверток, то получаемую в результате проведения каждой из них информацию, представленную в виде матриц, необходимо «склеить». Эго удобно делать, используя струк­ туры типа информационного поля, например, сферическое поле с (ф> Ф)> гДе с — одна из характеристик осмотра в данном направле­ нии, а сферические углы ср, ф определяются по формулам

<p= a rc tg ' S + а з;

i|> = arctg 2 cos а 2 V sin2 «2 ~г tg2 a i cos22a2 — tg2 а х

Удобно использовать также представление в виде картинного поля с (хк, у к), где х ю у к — координаты, определяющие направле-

69

У,см

300

ние в картинной плоскости (вертикальной или горизонтальной). Так, для горизонтальной картинной плоскости, находящейся на расстоянии Н от точки отражения от зеркала сканирующего луча, будем иметь

ственно в сферическом и картинном полях приведены на рис. 3.13Г

3.4. Электромагнитные локационные датчики

Электромагнитные методы основаны на взаимодействии электро­ магнитного поля с металлическими объектами различной формы. Сигнал преобразователя связан с параметрами объекта сложными функциональными зависимостями и является функцией таких ха­ рактеристик системы преобразователь—объект контроля, как рас­ стояние между преобразователем и объектом, электрическая про­ водимость, магнитная проницаемость, нарушение сплошности ма­ териала объекта, скорость взаимного перемещения объекта и пре­ образователя, форма объекта. В зависимости от частотного диапазона используемых полей выделяют магнитный, вихретоковый и радиоволновый методы. При магнитном методе применяется постоянное или низкочастотное (до 200—300 Гц) магнитное поле. Диапазон частот вихретокового метода 2* 102—5 -107 Гц. В радиоволновом при­ меняют электромагнитные волны сантиметрового или миллиметро­ вого диапазона (как правило, 3 и 8 мм).

Принцип действия магнитных датчиков основан на измерении напряженности магнитного поля вблизи металлических объектов,

70

вых перемещений металлического объекта или его узлов, толщины покрытий или объекта, вибраций (смещений, скорости, ускорений) металлических объектов, механических напряжений в металличе­ ском объекте, а также для обнаружения металлических объектов, нарушений сплошности их материала и структуры материала.

В зависимости от формы объекта и решаемых задач используют вихретоковые преобразователи накладного или проходного и экран­ ного типов. Преобразователи накладного типа представляют собой катушки различной формы (круглой, квадратной или в виде си­ стемы вытянутых проводников), располагаемые вблизи металличе­ ского объекта и питаемые переменным током. Проходные преобра­ зователи выполняются в виде катушки, охватывающей объект. Их используют в основном для контроля объектов цилиндрической формы.

Зона действия преобразователя (расстояние от объекта) зависит от решаемой задачи. Если необходимо провести анализ объекта с большой чувствительностью и высокой локальностью (обнаружение мелких дефектов, измерение толщины стенки, толщины покрытий и т. д.), то эта-зона составляет не более нескольких сантиметров. При увеличении зоны до десятков сантиметров возрастают размеры преобразователя, и локальность контроля снижается.

Ниже приведены технические характеристики вихретоковых пре­ образователей, используемых при решении указанных выше прак­ тических задач.

Определение расстояний до металлических объектов и контроль

'неэлектропроводящих покрытий на электропроводящем основании осуществляются с помощью одинаковых по схемному и* конструктив­ ному решению накладных преобразователей, обеспечивающих ло­

кальность измерений.

Преобразователи позволяют измерять расстояние до объектов с плоскими и криволинейными поверхностями. Минимальный ра­ диус кривизны составляет 8—10 мм. Погрешность измерения рас­ стояния зависит от шероховатости поверхности, стабильности элек­ тромагнитных параметров, ориентации преобразователя относительно объекта, а также ряда других факторов и составляет 3—10 %.

Рассматриваемые преобразователи обеспечивают также изме­ рение толщины электропроводящих покрытий на ферромагнитной основе. Погрешность измерения составляет 10—20% , диапазон измеряемых толщин данного покрытия 10“3—1 мм.

Отсутствие контактов и быстродействие вихретоковых преобра­ зователей позволяют использовать их для измерения зазоров, а также амплитуды и частоты вибраций. За счет применения преобразователей специальных конструкций и схем линеаризаций можно получить линейные зависимости выходных сигналов от зазоров. Малые раз­ меры и простота конструкции позволяют их использовать для изме­ рения зазоров и контроля вибраций в сложных промышленных агрегатах, что дает возможность создавать сравнительно простые системы определения технического состояния промышленных объ­ ектов.

72