Układy sensoryczne stosowane w układach manipulacyjnych i robotach

Maszyna manipulacyjna pracuje w pewnym środowisku (otoczeniu innych urządzeń oraz zdarzeń). Wyróżnić można dwie struktury powiązań maszyny manipulacyjnej ze środowiskiem:

a) otwarta – środowiskowo niezależna,
b) zamknięta - środowiskowo zależna.

W przypadku powiązań otwartych środowisko jest odpowiednio przygotowane, zapewnione są niezmienialne jednakowe dla kadżego cyklu warunki pracy. 

W przypadku powiązań zamkniętych maszyna manipulacyjna poprzez urządzenia i układy sensoryczne rozpoznaje środowisko i wypracowuje sygnały umożliwiające podejmowanie decyzji o realizacji zadań adekwatnie do stanu środowiska.

Urządzenia sensoryczne rozmieszczone mogą być na jednostce kinematycznej robota, chwytaku lub w określonych miejscach stanowiska produkcyjnego oraz maszynach i urządzeniach technologicznych. Układ sensoryczny ma wygenerowć informacje, na podstawie których układ sterowania wypracowuje decyzje sterownicze nie tylko dla samej jednostki kinematycznej i efektora, ale również dla wszystkich elementów i urządzeń tworzących stanowisko produkcyjne. Znaczące zastosowanie mają następujące urządzenia i układy sensoryczne:

1) taktylne – zastępujące zmysł dotyku
2) wizyjne – zastępujące zmysł wzroku.

Typowe zadania układów i urządzeń taktylnych dotyczą:

1) pomiarów i sterowania parametrami chwytania lub obróbki,
2) rozpoznawania położenia i zorientowania obiektu manipulacji, pomiarów umiejscowienia obiektu manipulacji,
3) zabezpieczenia efektorów przed kolizją.

Dla realizacji zadań układów i urządzeń taktylnych najczęściej stosuje się:
– czujniki stykowe,
– czujniki zbliżeniowe,
– przetworniki siły i naprężeń,
przetworniki typu „sztuczna skóra”.

CZUJNIKI STYKOWE

W czujniki stykowe wyposażane są chwytaki robotów dzięki czemu możliwe jest zabezpieczenie chwytaków przed kolizją, wykrywanie obecności obietów w chwytaku lub w miejscu składowania, wyszukiwanie wolnych miejsc na stanowisku składowania (rys. 4.35).

CZUJNIKI ZBLIŻENIOWE

Czujniki zbliżeniowe służą do wykrywania przeszkód znajdujących się na torze ruchu członów jednostki kinematycznej oraz chwytaka lub na określaniu odległości od tych przeszkód.
Najczęściej stosowane są czujniki:
– indukcyjne,
– ultradźwiękowe 
– optyczne

Ze względu na niewielkie gabaryty czujniki zbliżeniowe montowane są najczęściej w chwytaku. Czujniki indukcyjne zbliżeniowe służą do detekcji obiektów metalowych. Czujniki ultradźwiękowe w zależności od zakresu pomiarowgo umożliwiają wykrycie obecności przedmiotu (czujniki zbliżeniowe) lub dokonać pomiaru odległości (dalmierze).

Rys. 4.37. Zasada pomiaru odległości dalmierzem ultradźwiękowym [5]

Do podstawowych zalet stosowania dalmierzy ultradźwiękowych należą:
niezależność wyniku pomiaru od oświetlenia
niska cena,
duży zakres pomiarowy (do klikunastu metrów),
zdolność detekcji obiektów silnie pochłaniających lud odbijających światło.

Spośród czujników optycznych najczęściej stosowane są czujniki laserowe (do pomiaru odległości), fotometryczne oraz światłowodowe.

W czujnikach fotometrycznych źródło promieniowania i detektor sprzężone są optycznie.

Promienie ze źródła promieniowania, którym jest najczęściej dioda elektroluminescencyjna, po odbiciu od powierzchni obiektu trafiają do fotodetektora. W układzie istnieje wspólny obszar źródła promieniowania i detektora zwany obszarem czułości. Obiekt znajdujący się w tym obszarze jest rozpoznawany przez czujnik.

Opracowanie na podstawie materiałów KOWEZiU.