РОБОТОТЕХНИКА

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.