Фотоимпульсный датчик линейных перемещений

Размещено на http://www.allbest.ru

РЕФЕРАТ

по курсу: «Робототехника»

на тему: «Фотоимпульсный датчик линейных перемещений»

2017 г.

Сложно себе представить современный мир и настоящую промышленность без робототехники. Она используется практически во всех отраслях науки и техники, так как позволяет обеспечивать полную автоматизацию различных технологических процессов, научных исследований и других видов хозяйственной и промышленной деятельности человека. Ключевым объектом робототехники является электропривод, осуществляющий ориентацию различных управляющих органов робота в пространстве и выполняющий всевозможные перемещения в пространстве, как отдельных подвижных частей робота, так и всего устройства в целом.

Теория электропривода берёт своё начало ещё с начала прошлого века, однако создание современных объектов с электроприводом требует применение высокоточных ориентационных механизмов привода. Отсюда возникает необходимость в рассмотрении различных вопросов, связанных с принципами измерения положения ротора электродвигателя, а также положения различных управляющих органов в пространстве.

Существует большое количество разнообразных датчиков всевозможного назначения. В автоматизированном электроприводе для робототехники разнообразие датчиков несколько менее обширное, но, всё-таки, некоторую классификацию провести можно. На рисунке 1 представлена классификация датчиков для робототехники.

Рисунок 1 - Классификация датчиков для робототехники

датчик робототехника фотоимпульсный перемещение

Датчики для робототехники

Всё разнообразие датчиков можно разделить на несколько типовых структурных схем, представленных на рисунке 2.

Рисунок 2 - Структурные схемы датчиков: а - двухзвенного, б - со схемой каркасного соединения, в - с дифференциальной схемой, г - с компенсационной схемой: 1 - чувствительный элемент; 2 - выходной преобразователь; 3 - промежуточный преобразователь; 4 - вычитающий элемент; 5 - усилитель; 6 - генератор компенсирующей величины

Одной из разновидностью датчиков, применяемых в робототехнике являются цифровые фотоимпульсные датчики. Они применяются для измерения основных кинематических параметров работы электропривода:

· скорости;

· положения вала.

Развитие современных датчиков положения началось достаточно недавно. Ещё не так давно, для измерения положения того-же ротора электродвигателя применялись электромашинные датчики - сельсины и тахогенераторы, работа которых основывается на принципе возбуждения электродвижущей силы в датчике или приёмнике. Применение же цифровых датчиков имеет явные преимущества перед аналоговыми практически по всем ключевым показателям.

Принцип рвботы фотоимпульсных датчиков заключается в прохождении света от светодиодов к приёмнику света на основе фотодиодов через прозрачный диск со специальными метками. В абсолютном фотоимпульсном датчике положения диск имеет особую комбинацию меток, соответствующей каждому угловому положения, а инкрементный фотоимпульсный датчик имеет равномерно распределенные по диску одинаковые метки. Когда свет от светоисточника проходит через метки к светоприёмнику, генерируется электрические импульсы, которые затем обрабатывются специальными электронными устройствами:

· программируемым логическим контроллером;

· преобразователем постоянного и переменного тока;

· различными счетчиками.

Принцип работы фотоимпульсных датчиков положения

Стеклянный диск (СД) является основным элементом фотоимпульсного датчика, вал диска соединяется с валом измеряемого устройства. СД состоит из нескольких колец, число которых определяет точность датчика так как оно определяет количество двоичных разрядов числа (рис. 3).

Рисунок 3 - Фотоимпульсный датчик положения

На представленном рисунке число колец СД, А значит и число разрядов составляет 4, но в основном применяют более 10. Каждое разрядное кольцо разделяется на прозрачные и непрозрачные части:

· внутреннее кольцо разделено на две части, что соответствует старшему разряду числа;

· второе кольцо разделено на четыре части;

· третье - на 8 частей;

· внешнее - на 16.

Осветители ОС (светодиоды) расположены с одной стороны СД, дающие узкий пучок светового излучения. Напротив них, с другой стороны от стеклянного диска располагаются приемники света - фотошколы ФД. Количество ФД и ОС должно соответствовать числу колец диска, то есть разрядности преобразования. Освещение фотодиода вызывает в нём электрический ток, который дальше поступает на вход усилителей РУ с релейной характеристикой:

· если на фотодиод поступает свет, то на выходе его усилителя появится базовое напряжение, что воспримется в цифровом коде как двоичная 1;

· если на фотодиод не поступает свет - то 0.

Таким образом, любому положению измеряемого объекта будет соответствовать строго определённый уникальный двоичный код, что и позволяет судить о положении этого объекта в пространстве.

Фотоимпульсный датчик линейных перемещений

Фотоимпульсный датчик может применяться и для оценки и изменения линейных перемещений исследуемого или контролируемого объекта. При этом, принцип работы датчика остаётся прежним: светодиод испускает пучки светового излучения, проходя через щели специального растра, свет попадает на соответствующие фотодиоды, что в итоге и приводит к формированию на выходе датчика двоичного сигнала, определяющего положение объекта или контролируемого органа в пространстве. Схема фотоимпульсного датчика линейных перемещений представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 - Фотоимпульсный датчик линейных перемещений: 1 - источник света, 2 - конденсор, 3 - линейка с тремя растворами a, b, c, 4 - фотоприёмники.

Конденсор служит для собирания лучей света от источника и направления их на необходимые реестры и соответсвенно фотоприёмники. Фотоимпульсные датчики весьма просты в конструкции: конструкция фотоимпульсного датчика уголового положения представлена на рисунке 5а, конструкция фотоимпульсного датчика линейного перемещения - на рисунке 5б.

а)

б)

Рисунок 5 - Конструкция фотоимпульсный датчиков: а - датчик угловых перемещений, б - датчик линейных перемещений

Технические параметры фотоимпульсных датчиков

В качестве примера рассмотрим технические параметры фотоимпульсного датчика ЛИР-212А, схема и характеристики фотоимпульсного датчика представлены на рисунке 6.

Рисунок 6 - Схема и характеристики фотоимпульсного датчика ЛИР-212А.

Список использованной литературы

1. Справочник по автоматизированному электроприводу. / Под редакцией Е. А. Елисеева, А. В. Шинянского. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 616 с.

2. Шифрин Я.А. Промышленная робототехника. - Москва: Машиностроение, 1982. - 411 с.

3. Крауиныш Д.П. Автоматизированный привод: Курс лекций. Лекция 6 "Датчики автоматизированных электроприводов". - Томск: Издательство Томского политехнического университета, 2011. - 128 с.

4. Лукинов А.П. Проектирование мехатронных и робототехнических устройств: Учебное пособие. - Спб: Издательство "Лань" , 2012. - 608 с.

Размещено на Allbest.ru