Hệ thống sensor trong robot

Sensor nội tín hiệuLà loại sensor thu nhận thông tin về vị trí, vận tốc, gia tốc, lực tác dụng trong các bộ phận quan trọng của Robot.. Sensor ngoại tín hiệu Sensor ngoại tín hiệuLà loại

Héi tho¶ khoa häc irf

Néi dung xªmina

HÖ thèng sensor trong robot

Hµ néi 2004Chủ trì: Lê Quang Long

CENTER RESEARCH AND

APPLIED SCIECE- IRF

Bài viết này nhóm nghiên cứu về robot của IRF muốn đưa tới bạn đọc một số ứng dụng của các dạng sensor trong các dạng Robot Hy vọng được

sự quan tâm và đánh giá từ phía bạn đọc để nhóm phát triển hoàn thiện hơn bài viết của mình

Tác giả: Lê Quang Long Mail : lequanglong irfvn.com Mobile: 0989997138

KÕt luËn.

Kết cấu chung của một Robot

Sensor ngoại tín hiệu

Sensor nội tín hiệu

Hệ thống

điều khiển

Hệ thống truyền dẫn động

Vai trò của hệ thống sensor

Thực hiện việc nhận biết và biến đổi thông tin về hoạt động

của Robot và của môi tr ờng đối t ợng mà Robot phục vụ.

Các thông tin đặt tr ớc sensor sẽ đ ợc đ a vào hệ thống điều

khiển, sau khi xử lý bằng máy vi tính rồi tác động vào hệ thống truyền dẫn động của tay máy.

Ph©n lo¹i sensor

• Ph©n lo¹i theo ph¹m vi øng dông

Sensor néi tÝn hiÖu (Internal sensor) Sensor ngo¹i tÝn hiÖu (External sensor)

Ph©n lo¹i theo d¹ng tÝn hiÖu cÇn nhËn biÕt

Sensor lùcSensor gia tècSensor vÞ trÝ

Ph©n lo¹i theo c¸ch thøc nhËn tÝn hiÖu

Sensor kiÓu cam øng

Sensor kiÓu ®iÖn dungSensor kiÓu ®iÖn trëSensor kiÓu ®iÖn quang

Sensor nội tín hiệu

Là loại sensor thu nhận thông tin về vị trí, vận tốc, gia tốc, lực tác dụng trong các bộ phận quan trọng của Robot Các thông tin này

là nhung tín hiệu phan hồi phục vụ cho việc điều chỉnh tự động các hoạt động của Robot.

Sensor nội tín hiệu

Các loại sensor nội tín hiệu

1 Sensor vị trí kiểu chiết áp

Sensor ngoại tín hiệu Sensor ngoại tín hiệu

Là loại sensor cung cấp thông tin về đối tác và môi tr ờng làm việc, phục vụ cho việc nhận dạng các vật xung quanh thực hiện di chuyển hoặc thao tác trong không gian làm việc để làm đ ợc các công việc đó cần có các loại sensor tín hiệu xa, sensor tín hiệu gần, sensor xúc giác và sensor “thị

Sensor vị trí kiểu chiết áp

Nguyên lý hoạt động: đây là loại sensor vị trí kiểu điện trở thay đổi theo nguyên

lý chiết áp rất quen thuộc Sơ đồ nguyên lý dạng cơ ban và dạng bố trí mạch

thực tế nh hinh vẽ:

Quan hệ gi a giá trị điện áp đầu vào v

và điện áp đầu ra V:

v = V.r/R

Ưu điểm: giá thành thấp, độ bền sử

dụng t ơng đối cao, độ tuyến tính cao

Nh ợc điểm: Làm việc tin cậy với tốc

độ thấp, chất l ợng chỗ tiếp xúc của bộ

phận tr ợt có thể gây nhiễu và giam độ

nhạy

ứng dụng: Loại sensor này đ ợc ứng dụng rất rộng rãi trong xác định độ dịch

chuyển góc của các trục quay của robot, từ đó vi phân bậc nhất đại l ợng dịch chuyển ta đ ợc vận tốc góc, vi phân bậc hai đại l ợng dịch chuyển ta đ ợc gia

tốc góc

Vận tốc kế

Ngày nay, phạm vi sử dụng vân tốc kế (tachometer) và gia tốc kế

(accelerometer) trở nên thu hẹp, thông dụng hơn là xác định theo số gia của các thông tin cam biến vị trí bằng kỹ thuật số hay kỹ thuật vi mạch Cách làm

đó đạt độc chính xác cao hơn và ngày càng rẻ hơn Và ng ời ta th ờng dùng các thiết bị sau để thực hiện chức nang của vận tốc kế:

• Phát tốc dòng một chiều Khi stato đ ợc kích từ tạo nên từ thông thi trong các cuộn cam trên stato có suất điện động tự cam với giá trị trung binh tỷ lệ với góc quay của roto

• Phát tốc không đồng bộ dòng xoay chiều: khi dòng xoay chiều chạy qua

cuộn dây sơ cấp của stato thi điện áp trên các đầu dây cuộn thứ cấp của stato

sẽ có cùng tần số, biên độ và tỷ lệ thuận với vân tốc góc của roto

• Phát tốc đồng bộ: Nam châm vĩnh cửu trên stato gây dòng điện cam trong cuộn dây của stato Tần số và giá trị điện áp của nó tỷ lệ thuận với vận tốc của roto

• Phát tốc xung: đĩa quay có khe rãnh đạt tr ớc nguồn sáng tạo ra các xung có tần số tỷ lệ với vận tốc góc quay

Sensor vị trí kiểu biến áp

Nguyên lý làm việc: hoạt động theo nguyên lý của một biến áp sai động

(differential transfomer) lõi từ chuyển động t ơng đối so với hai cuộn dây cố

định và làm việc thay đổi dòng cam ứng gi a chúng

Sơ đồ nguyên lý biến áp xoay: Roto có

một cuộn dây, stato có một hoặc một vài

cuộn cam ứng đồng bộ

Ur là điện áp cấp vào Ur = U sinωt

Us1, Us2 là các điện áp cam ứng xuất

hiện trên các cuộn dây của stato

Us1 = kUr cosr sin(ωt + ϕ)

Us2 = kUr cosr sin(ωt + ϕ)

K là hệ số biến áp ϕ là độ lệch pha

Từ đây ta xác định đ ợc góc r

Do sự biến động đồng bộ điện áp làm giam độ chính xác tính toán bởi vậy ng

ời ta th ờng sử dụng ph ơng pháp giai điều biến đồng bộ (Synchronous

Demodulation) trên cơ sở đối chiếu với tín hiệu chuẩn (không trùng với điện áp cấp vào) và sử dụng kết hợp bộ biến áp xoay với bộ biến đổi điện tử số để nâng cao độ chính xác

Ưu điểm của loại này: làm việc tin cậy, chính xác và phù hợp với dai rộng vận tốc quay (đến 9000 vg/ph – vi không dùng tiếp điểm)

Nh ợc điểm của loại này: đòi hỏi độ chính xác cao về chế tạo và lắp ráp nên giá thành cao

Khi có chuyển động tịnh

tiến ta dùng sensor vị trí

kiểu biến áp sai động thay

đổi tuyến tính LVDT (linear

cuộn dây thứ cấp sẽ biến đổi tuyến tính theo độ dịch chuyển của nó

ứng dụng: loại sensor này đ ợc dùng chủ yếu trong các cơ cấu nâng hạ của

robot Ngoài ra nó còn đ ợc dùng trong cơ cấu định vị quay của robot SCARA, robot trụ, robot cầu và một số cơ cấu chấp hành khác

Sensor điện từ – maguetic

tachometer

Nguyên lý làm việc: Dùng để đo vận tốc hoặc độ dịch chuyển Và hoạt động theo ngytên lý nh sơ đồ d ới đây

đầu đo 1 gồm cuộn dây cam 2 cuốn xung

quanh lõi nam châm vĩnh cửu 3 Trên đầu

trục quay 5 gắn một đĩa có vấu 4

Khi trục quay quay k/cách t ơng đối gi a

đỉnh vấu hoặc nam châm vấu so với vị trí

lõi nam châm là khác nhau nên tạo ra sự

thay đổi từ thông và gây ra xung điện đầu

ra

ứng dụng: loại sensor này đ ợc dùng nhiều trong các robot SCARA, Robot trụ, Robot cầu,

và một số loại khác

Sensor điện quang

Nguyên lý làm việc: (sơ đồ) gồm các đĩa (với tr ờng hợp quay) hoặc các th ớc (với các tr ờng hợp tịnh tiến) có vạch tối sáng đều nhau Một bên đặt nguồn sáng

1, một bên đặt các quang trở 2 Do thay đổi vị trí t ơng đối của các phần tử cố

định nên tần số và l ợng ánh sáng lọt vào quang trở cũng thay đổi Tín hiệu qua

bộ khuyếch đại 3 và tạo các xung, từ đó suy ra độ dịch chuyển hoặc vận tốc

Tín hiệu đầu ra của các loại sensor này là tín hiệu

số nên rất thuận tiện cho việc ghép nối với máy tính

để xử lý tín hiệu mà không cần bộ chuyển đổi A/D

nào đi kèm

ứng dụng: đ ợc dùng nhiều trong cơ cấu đo vận tốc,

gia tốc, hay dò đ ờng của các loại Mobile Robot

xuất hiện trong khi lắp ráp các chi

tiết máy đôi khi để nhận tín hiệu

lực trong các khớp động

Th ờng đ ợc lắp trong các khớp quay,

khớp cổ tay, hay trực tiếp trên bàn

kẹp

Sensor xúc giác

Sensor tín hiệu gần

Công dụng: Dùng để xác định sự có mặt của đối t ợng trong phạm vi không gian ngay sát bên chỗ thao tác để kẹp vật hoặc di chuyển vòng qua ch ớng ngại

Phân loại: Sensor loại này gồm các nhóm sensor

+ Sensor từ cam: đây là loại sensor hoạt động

theo nguyên tắc thay đổi độ từ cam khi thay đổi

cự li gi a các vật thể kim loại và sensor để nhận đ

ợc tín hiệu ra từ sensor loại này cần có sự chuyển

động t ơng đối gi a sensor và đối t ợng

+ Sensor Hall: là loại sensor hoạt động dựa trên

nguyên tắc của hiệu ứng Hall là hiệu ứng liên hệ

điện thế gi a 2 đầu dây dẫn hoặc bán dẫn với từ tr

ờng

+ Sensor điện dung: Có kha nang phát hiện đ ợc tất ca các vật thể rắn cũng nh lỏng Nguyên tắc nhận biết các vật thể qua sự biến đổi của điện dung phụ thuộc vào khoang cách tới vật thể đó

+ Sensor siêu âm: Loại này vấn đề vật liệu của vật thể không anh h ởng gi đến độ nhạy của sensor

Giíi thiÖu mét sè lo¹i sensor

Sensor m·

ho¸ quang häc (Optical encorders) g¾n trªn b¸nh xe cña Robot

Giíi thiÖu mét sè robot octopus (b¹ch tuéc)

KÕt luËn

Thanks and see you

end

Tài liệu tham khao

[1] - Kỹ thuật Robot PGS.TS đào Van Hiệp

[2] - Robot Công nghiệp PGS.TS đào Van Hiệp

[3] - Robot Công nghiệp GS.TSKH Nguyễn Thiện Phúc

[4] - Robot Builder’s Bonanza Gordon – McComb McGraw – Hill.[5] - www.google.com.vn