ДАТЧИКИ СИЛОВОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ
Часто бывает желательно, чтобы управляющая сервосистема вырабатывала сигнал обратной связи, соответствующий механическому усилию, развиваемому на выходе. Это особенно важно
в тех случаях, когда пальцы робота должны захватывать разнообразные, иногда хрупкие, предметы.
Аналогичная проблема возникла при работе над протезными устройствами. Оказалось, что в настоящее время лучшим устрой - ством для обеспечения сигнала обратной связи является, по - видимому, тензодатчик, построенный на кристаллах кремния, которые создают незначительный гистерезисный эффект.
Для типичного протезного устройства требуется сигнал порядка 2мВ/Н, который можно получить, используя мостик Уитстона, состоящий из двух тензодатчиков на кремнии p-типа проводимости, которые установлены на противоположных концах бруска, сделанного из мягкой стали и имеющего постоянный момент. Такое устройство работает на постоянном токе и дает линейное соотношение между создаваемой деформацией и выходным напряжением. При компоновке схемы следует предусмотреть возможность замены тензодатчиков в случае выхода их из строя, что нетрудно сделать. Кроме того, за счет небольшого смещения устройства в исходном положении обычно создается легкий прижим порядка 2 Н. Для защиты тела тензодатчика от чрезмерного растяжения можно установить переходное устройство.
Если движение в позицию захватывания происходит иа большой скорости, необходимо учитывать кинетическую энергию движения и прикладывать обратный момент для сокращения времени торможения.
В качестве гидростатического манометра [44] можно использовать диод Зенера, что приведет, вероятно, к созданию малогабаритных устройств для применения в робототехнике.
В первых протезных устройствах механический контакт между гранулами проводящего вещества, например углерода, использовался для создания силовой обратной связи, например, в протезе кисти, где гранулы помещались под ее резиновую «кожу». Этот метод не требует больших затрат и хорошо испытан, поскольку базируется на принципе построения всем известного микрофона телефонной трубки. Кроме того, метод позволяет получить большую величину выходного напряжения, обычно 4—10 В. К сожалению, вряд ли данный метод достаточно надежен для применения в роботе общего назначения.
В одном из образцов искусственной кисти использовалось множество губчато-угольных накладок и кожа перчатки кисти также была подбита губчатой резиной, так что давление во всех точках передавалось на накладки. Накладки-датчики дают линейную реакцию в определенном диапазоне усилий, верхняя граница которого одкако ограничена.
Желательно поместить датчики усилий в запястье кисти робота, с тем чтобы кисть по существу выполняла функции своеобразного весового прибора. Полученную информацию можно использовать для обеспечения движения руки, а также в аварийных ситуациях. Целесообразно предусмотреть также дополни - 40
тельные датчики, которые обычно не подвергаются нажатию, но могут нажиматься человеком в аварийных условиях для снятия давления захвата.
В настоящее время испытывается потребность в новых типах силовых датчиков для применения в роботах и протезирования. Они должны обладать высоким уровнем выходного напряжения, быть прочными, нечувствительными к температурным изменениям и иметь небольшую массу. Возможным вариантом датчика, отвечающим некоторым из этих требований, является датчик с высокочувствительным пьезокристаллическим элементом, усилие к которому передается через жидкость, содержащуюся в той же оболочке, что и датчик.
Независимо от вида силовых датчиков обратной связи их необходимо наделить соответствующей фильтрующей способностью для устранения сигналов, зависящих от таких внешних факторов, как сильный шум и вибрация.
В некоторых протезных устройствах важно защитить систему управления от повреждения, которое может быть причинено ей при случайном выходе из строя тензодатчика. Для этого применяются как электрические, так и механические методы защиты, а в некоторых случаях сочетание обоих методов. В качестве предосторожности при попытке поднятия чрезмерного груза иногда используется автоматическое отключение приводного двигателя.
Датчики осязания у человека очень чувствительны и многочисленны, что позволяет использозать их для различения формы. Было бы очень желательно наделить подобной способностью робот, но в настоящее время эта задача представляется очень трудной из-за чрезмерных размеров имеющихся датчиков. Существует поэтому потребность в датчиках очень малых размеров и по возможности в интегральном исполнении, что позволит применять их в схемах, подобных тем, которые необходимы для сетчатки глаза робота. К счастью, столь тонкая различительная способность осязания потребуется, по-видимому, лишь в одной точке — на кончике единственного пальца робота. Что же касается сетчатки, то ее важной характеристикой будет способность к обнаружению краев.
