Материал: Методические указания по выполнению лабораторных работ № 4-6 по дисциплине «Информационные устройства и системы в робототехнике». Трубецкой В.А

4. Предварительное задание

4.1. Изучить расположение органов управления на панели СУ-202М.

4.2. Ознакомиться с приемами программирования промышленного робота РФ-202М.

5. Рабочее задание

5.1. Составить программы работы робота по манипулированию заготовками, включающими две части: основную рабочую программу, предусматривающую штамповку заготовок, и дополнительную для работы робота при отсутствии заготовок на паллете (в данном случае возвращение проштампованных заготовок на паллету для передачи на склад) Номер основной программы – 1, номер дополнительной программы - 2. При составлении программ рекомендуется воспользоваться техническим описанием и инструкцией по эксплуатации.

5.2. Отключить (с помощью персонале) датчики очувствления, контролирующие наличие заготовок. Записать в память составленные программы. Запустить программу 1, проследить реакцию робота на отсутствие предметов манипулирования.

5.3. Определить местоположение, принцип работы датчиков очувствления. Определение местоположения датчиков производить при выключенном питании робота

5.4. Подключить (с помощью персонала) датчики очувствления. Изучить процесс функционирования робота, очувствленного по наличию заготовок. Отлаженные программы включить в отчет.

5.5. Объяснить преимущества, приобретаемые роботами при оснащении его средствами адаптации Полученные выводы включить в отчет.

6. Контрольные вопросы

6.1. Поясните преимущества очувствленного робота над неочувствленным.

6.2. Почему на Ваш взгляд, датчики очувствления размещены на технологическом оборудовании, а не на роботе?

6.3. Сколько сигналов технологического оборудования может воспринимать СУ-202М и сколькими единицами оборудования управлять?

6.4. Какие еще типы датчиков можно использовать для контроля наличия заготовок на паллете? Покажите их преимущества и недостатки.

6.5. Возможно ли осуществить останов робота при отсутствии заготовок на паллете и как это сделать?

6.6. Как осуществить переход управления на другую программу? Можно ли осуществить переход на разные программы в зависимости от условий работы?

6.7. Какова приоритетность программ при переходе управления с одной на другую?

Лабораторная работа №6

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ИНДУКЦИОННОГО ДАТЧИКА БЛИЖНЕЙ ЛОКАЦИИ

1. Цель работы

1. . Снять статические характеристики датчика для установленных вариантов размещения обмоток возбуждения.

2. . Экспериментально определить зависимость дальнодействия датчика от его параметров.

3. . Определить чувствительность сенсора к направлению углового и линейного перемещений.

2. Теоретические сведения

Для определения параметров объектов манипулирования в машиностроении (в том числе в робототехнических системах) широко используется вихретоковый контроль. Вихретоковый метод контроля обладает следующими положительными качествами: бесконтактность, малая зависимость результатов измерений от физических параметров рабочей среды, высокая надежность сенсоров, способных работать в экстремальных условиях. В робототехнических системах вихретоковый метод контроля используется для измерения линейных, осевых, радиальных и угловых смещений и перемещений, амплитуд и частот вибраций, обнаружения дефектов поверхности объектов манипулирования, а также при активном контроле параметров технологических операций, например, динамических в системе захват - инструмент (датчик) -обрабатываемая (сканируемая) деталь.

Основу вихретокового контроля объектов составляет закон электромагнитной индукции, в соответствии с которым интенсивность распределения возбужденных в контролируемом объекте вихревых токов зависит от его пространственных координат, геометрических и электромагнитных параметров. Вихревые преобразователи (ВТП) разделяют на две группы - параметрические и трансформаторные. В параметрических ВТП пропорционально измеряемым параметрам изменяются составляющие комплексного сопротивления обмотки (возбуждающая и измерительная обмотки совмещены). Такие датчики называют индуктивными сенсорами ближней локации. В трансформаторных ВТП, которые имеют отдельные возбуждающие и измерительные обмотки, выходным сигналом ВТП служит напряжение измерительной обмотки. Эти преобразователи обладают более высокой температурной стабильностью, чем параметрические. Включают трансформаторные ВТП обычно по дифференциальной схеме. Такие датчики называют индукционными сенсорами ближней локации.

При внедрении робототехнических систем первоочередное значение приобретает решение задач сопряжения исполнительных механизмов с основным технологическим оборудованием, для чего на предприятиях разрабатывается вспомогательное оборудование, а также используются различные сенсоры. В настоящее время серийно выпускается большое количество вихретоковых сенсоров - толщиномеры серии ВТ, дефектоскопы и структуроскопы типов ВД и ВС, виброметры типа ВВ и т.д. Следует подчеркнуть, что для измерения линейных, радиальных и угловых смещений находят применение специально спроектированные индукционные сенсоры.

Контроль перекосов электропроводящих поверхностей осуществляется при помощи накладных преобразователей с ортогональными катушками (рис. 1). Возбуждающую катушку обычно располагают параллельно плоскости контролируемого объекта, а измерительную - перпендикулярно. По амплитуде напряжения измерительной катушки U определяют перекос (угол φ), а по фазе ψ_u его направление.

Использование индукционного датчика ближней локации позволяет получить непрерывный сигнал, пропорциональный линейному перемещению. Рациональный выбор конструктивных и режимных параметров обеспечивает приемлемое дальнодействие датчика. Последнее повышает конкурентоспособность канала связи с индукционным датчиком линейных перемещений по сравнению с использованием ряда дискретных электромагнитных или фотоэлектрических сенсоров в системах, замкнутых по положению.

Применение двух обмоток возбуждения, размещенных в одной плоскости (рис. 2, 3), позволяет обеспечить инвариантность выходного сигнала к параметрам внешней среды (например, наличию ферромагнитных материалов в зоне измерений). При встречном включении первичных обмоток фаза выходного напряжения меняется на 180 градусов. На участке АБ (рис. 4) датчик чувствителен к перемещению, то есть дает возможность определять направление движения. В точке х=0 напряжение равно нулю, что важно для решения задачи точного позиционирования.

Расчет напряжения измерительной обмотки возможен на основе решения задачи по теории поля, то есть при известных законах распределения электрического и магнитного векторных потенциалов в зоне измерений. С точки зрения инженерной практики наиболее рациональным является решение данной задачи методом физического моделирования.

3. Описание лабораторной установки

В состав лабораторного стенда (рис. 4) входят блок питания БП, генератор синусоидального напряжения. G, индукционный сенсор угловых смещений Д1, индукционный сенсор линейных перемещений Д2, кинематическая передача К1 регулировки угла электропроводящей поверхности, кинематическая передача К2 регулировки линейного перемещения измерительной обмотки Д2. Выход G соединен с гнездами Х₁ Х₂ на лицевой панели стенда.

Выводы обмотки возбуждения Д1 соединены с гнездами Х₃, Х₄. Выводы обмоток возбуждения Д2 соединены с гнездами Х₅ –Х₈, на которых помечены начала катушек для выбора варианта соеди­нения (согласное, встречное). Выводы измерительных обмоток Д1, Д2 соединены соответственно с гнездами Х₉, Х₁₀, Х₁₁, Х₁₂. Стенд подключается к сети при помощи переключателя Q1. О включении сигнализирует светодиод VD1. Питание к G подается от стабилизированного источника постоянного напряжения 15 В при помощи переключателя Q2, Ручка для регулирования частоты напряжения с выхода G размещена на лицевой панели стенда. Регулирование величин угловых и линейных перемещений осуществляется в относительных единицах пропорционально количеству делений на соответствующей шкале Р1, Р2 от ручек, размещенных на лицевой панели стенда. Все измерения электрических величин осуществляются при помощи осциллографа.

4. Предварительное задание

1. Предложить и теоретически обосновать план эксперимента для получения статических характеристик и индукционного датчика угловых смещений (ИДУС)

2. Привести выражения для оценки линейности чувствительности ИДУС.

3. Изобразить качественный вид зависимостей фазы напряжения измерительной обмотки ИДУС при изменении угла пластины по часовой стрелке (рис. 4). Пояснить, будет ли зависеть от частоты тока обмотки возбуждения Д1.

4. Предложить и теоретически обосновать план эксперимента для получения статических характеристик индукционного датчика линейных перемещений (ИДЛП), чувствительного к направлению движения.

4.5. Привести выражение, позволяющее количественно определить параметр «дальнодействие» ИДЛП. Предложить план эксперимента по исследованию зависимости дальнодействия от конструктивных параметров ИДЛП.

5. Рабочее задание

5.1. Снять зависимости и ИДУС при различных значениях f_r, установленных вариантом задания.

5.2. Рассчитать коэффициенты нелинейности полученных характеристик, определить абсолютные значения амплитудной и фазовой погрешностей ИДУС.

5.3. Снять зависимости ИДЛП с согласным и встречным включением обмоток возбуждения при различных значениях f_r, установленных вариантом задания.

5.4. Рассчитать коэффициент нелинейности полученных характеристик, определить уровень остаточного напряжения измерительной обмотки для схемы с согласным включением обмоток и значение абсолютной погрешности для схемы с встречным включением обмоток.

5.5. Получить зависимости дальнодействия ИДЛП от частоты f_r, провести соответствующие измерения для определения зависимостей дальнодействия от параметров у и l.

6. Методические рекомендации

1. . К п. 5.1. При получении зависимостей использовать двухлучевой осциллограф. Обмотку возбуждения Д1 присоединить к выходу G при помощи коммутационных проводов.

2. . К п. 5.2. Значения фазовой и амплитудной погрешностей Д1 измеряются в положении P₁=0 (точность φ = 0)

3. . К п. 5.3. Для соответствующих схем соединения обмоток возбуждения Д2 учитывать направление их намотки в соответствии с обозначениями на лицевой панели стенда. Обмотки возбуждения Д2 присоединить к выходу G при помощи коммутационных проводов.

4. . К п.5.4. Значения остаточного напряжения в схеме с согласным включением обмоток возбуждения и абсолютной погрешности в схеме с встречным включением измеряются в положении P₂ = 0 (то есть х=0).

5. . К п.5.6. Дальнодействие Д2 с встречным включением обмоток возбужде­ния (чувствительного к перемещению) определяется углом наклона статической характеристики сенсора и интервалом, соответствующим участку АБ кривой на рис. 3.

7. Контрольные вопросы

1. . Какие методы компенсации температурной погрешности вихретоковых сенсоров ближней локации вам известны ?

2. . Какие параметры контролируют в робототехнических системах при помощи вихретоковых сенсоров ближней локации?

3. . Пояснить, как осуществляется контроль параметров при помощи знакочувствительных сенсоров ближней локации.

4. . Пояснить принцип работы индукционных сенсоров линейных перемещений.

5. . Какие задачи позволяет решить использование двух обмоток возбуждения в индукционных сенсорах линейных перемещений 7

6. Как обеспечить линейность статической характеристики индукционного сенсора с встречным включением обмоток возбуждения?

7. Пояснить смысл понятия дальнодействие. Как повысить дальнодействие индукционного сенсора линейных перемещений?

7.8. Как связаны диапазон измеряемых перемещений, чувствительность и дальнодействие индукционных сенсоров?

7.9. Как определить дальнодействие индукционного датчика линейных перемещений с согласным включением катушек возбуждения, индукционного датчика угловых перемещений?

7.10. Какие факторы определяют значения абсолютных амплитудной и фазовой погрешностей индукционного датчика угловых перемещений?

7.11. Как влияет уровень остаточного напряжения измерительной обмотки индукционного датчика линейных перемещений с согласным включением обмоток возбуждения на значение абсолютной погрешности сенсора?

7.12. Как влияет частота токов в обмотке возбуждения на значения абсолютных погрешностей датчиков, исследуемых в работе? Обоснуйте ответ на основе анализа физических процессов для каждого из рассмотренных сенсоров.

7.13. Как конструктивные параметры датчиков, исследуемых в работе, влияют на их дальнодействие? Приведите качественный вид таких зависимостей и обоснуйте их вид на основе анализа физических процессов.

7.14. Какие виды погрешностей, кроме температурной, имеют место в индукционных сенсорах ближней локации?

7.15. Почему измерительная обмотка сенсора угловых перемещений установлена перпендикулярно обмотке возбуждения, а в сенсоре линейных перемещений - параллельно?

7.16. Какой вариант включения обмоток возбуждения в индукционном сенсоре линейных перемещений, используемом в системе, замкнутой по положению, предпочтительнее? Обоснуйте это с позиции теории автоматического управления.

7.17. За счет каких мероприятий возможно уменьшить коэффициент нелинейности статических характеристик исследуемых в работе сенсоров?

7.18. Какое питание обмоток возбуждения индукционных сенсоров, исследуемых в работе, является предпочтительным с точки зрения уменьшения значений абсолютных погрешностей: импульсное или синусоидальное? Поясните для каждого датчика на основе анализа физических процессов