6. Требования к отчету

Общие требования к оформлению отчета изложены в п. 6 лабораторной работы № 1.

7. Контрольные вопросы

7.1. Что представляет собой прямая и обратная задачи динамики исполнительных механизмов промышленных роботов?

7.2. Какое практическое применение имеют решения прямой и обратной задач динамики в процессе проектирования ПР?

7.3. Почему метод определения уравнений движения манипулятора, основанный на уравнениях Лагранжа, не позволяет учитывать возмущающие воздействия среды на ПР?

7.4. Объясните, чем обусловлена взаимосвязь между степенями подвижности манипулятора? Можно ли из расчетной схемы манипулятора установить наличие такой взаимосвязи без аналитического решения задач динамики?

7.5. Каким образом определить момент инерции звена манипулятора, совершающего плоскопараллельное движение?

7

34

.6. Докажите, что звено, центр масс которого расположен посередине, имеет момент инерции относительно оси вращения, проходящей через конец звена , где – длина звена, – его масса.

7.7. Изобразите структурную схему динамической модели своего варианта манипулятора, позволяющую определять значения требуемых управляющий усилий по заданным функциям изменения обобщенных координат.

7.8. От каких параметров зависят моменты инерции звеньев манипулятора?

7.9. Определите требования к конструкции исполнительного механизма ПР, позволяющие уменьшить взаимовлияние его степеней подвижности друг на друга.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

МОДЕЛИРОВАНИЕ ИМПУЛЬСНОГО ОПТИЧЕСКОГО ДАТЧИКА ПОЛОЖЕНИЯ

1. Цель работы

Целью работы является исследование имитационной модели импульсного оптического датчика положения, а также построения на его основе информационного канала измерения скорости.

2. Теоретические сведения

Важнейшей функцией робота как системы является воспроизведение рабочим органом манипуляционного устройства программных движений с требуемой точностью и быстродействием. Выполнение этих функций в автоматическом режиме требует наличия информации, как о состоянии элементов манипулятора, так и окружающей среды. На основе этой информации и входных управляющих воздействий в системе управления формируются сигналы задания для приводов исполнительной системы робота.

Ф

35

ункции измерения физических величин, преобразования и передачи полученной информации в систему управления возложены на информационную систему робота. По каждой измеряемой величине формируется свой информационный канал, который включает в себя преобразовательный элемент – датчик. К датчикам предъявляются следующие требования: точность, малая инерционность, чувствительность к знаку измеряемой величины и т.д.

В работе предлагается изучить принцип действия и исследовать имитационную модель импульсного оптического датчика положения (ОДП), преобразующего значение перемещения исполнительного механизма в унитарный код, т.е. последовательность импульсов, число которых пропорционально перемещению. Современные импульсные ОДП, как правило, включают следующие основные модули: оптико-механическую систему (первичный преобразователь), электрическую схему считывания и схему определения знака.

Оптико-механическая система содержит блок осветителя, кодирующую шкалу и фотоэлементы. Кодирующая шкала датчика содержит несколько дорожек и смещенных на нецелое число шагов фотоэлементов. При такой схеме расположения измерительная система формирует и подает на счетчик два импульса с обеих дорожек – по переднему и заднему фронту каждого штриха-сегмента. Поэтому при вращении вала на один оборот шкалы возбуждается в два раза больше числа делений (рис. 1).

Рис. 1. Импульсный ОДП:

а – схема расположения дорожек; б – диаграммы сигналов;

1

36

, 2 – импульсы с наружной и внутренней дорожек соответственно; 3 – счетные импульсы

Для определения направления вращения необходимо оценивать опережают или отстают по фазе импульсы наружной дорожки от импульсов внутренней. В зависимости от знака смещения фазы Δφ счетчик, подсчитывающий число импульсов n, работает либо на увеличение счета, либо на его уменьшение.

Определить угловое положение исполнительного механизма можно по формуле:

, (1)

где – число импульсов за оборот.

Последовательность импульсов, получаемую на выходе импульсного ОДП, можно использовать для вычисления угловой скорости исполнительного механизма. Для этого необходимо подсчитывать количество импульсов за фиксированный интервал времени . Выражение для вычисления скорости выглядит так:

. (2)

На рис. 2 показана модель «черный ящик» импульсного ОДП, входом которой является угловое положение исполнительного механизма , а выходом – пропорциональное ему число импульсов n.

Рис. 2. Модель «черный ящик» импульсного ОДП

И

37

з рис. 2 видно, что для реализации модели нет необходимости в моделировании сигналов, показанных на рис. 1,б, а затем суммирования импульсов с учетом знака смещения фазы Δφ. Выходной сигнал модели можно получить квантованием входного сигнала q по уровню, соответствующему разрешающей способности ОДП. Для операции квантования сигналов в разделе Discontinuities есть блок .

Вычисление углового положения и скорости исполнительного механизма по формулам (1) и (2) можно выполнить при помощи блока Chart библиотеки StateFlow. Краткое описание средств и возможностей этой библиотеки приведено в инструкции на странице 3.