Измерительная система для учебно- исследовательского комплекса "Мобильные роботы"

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ УЧЕБНО -ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО КОМПЛЕКСА & quot-МОБИЛЬНЫЕ
РОБОТЫ& quot-
К. А. Сергеев, А. В. Котов, Д. Н. Кокшаров
Разработаны датчики внутреннего состояния, предназначенные для контроля скорости и угла поворота колесных модулей. Рассмотрен принцип работы. Приведены результаты обработки текущей информации, приходящих с датчиков.
Введение
Для обучения студентов методам обработки информации и управления транспортным роботом был создан учебно-исследовательский комплекс & quot-Мобильные роботы& quot-. Этот комплекс предназначен для моделирования систем управления различными типами транспортных роботов, отладки алгоритмов управления, апробирования алгоритмов управления, управления транспортным роботом в режиме реального времени [1].
А0512
Рабочее место оператора
Радиоканал
Аккнна
Передающее устройство
Аккнн
Робот-тележка
Пщеишк
Привод тягового управления
Привод двигателя рулевого упрщзпопна
1 Г Датчики-измерители
Датчик скорости
Датчик угла поворота

Рис 1. Состав учебно-исследовательского комплекса & quot-Мобильные роботы& quot-
На рис. 1 представлен состав учебно-исследовательского комплекса & quot-Мобильные роботы& quot-. Здесь изображена система измерений внутреннего состояния колесного робота, предназначенная для обеспечения возможности его движения в пространстве и использующая датчики угла поворота рулевого привода и скорости вращения заднего привода.
Датчики положения и перемещения находят широкое применение, так как определение положения является одним из основных элементом функционирования робототехнических систем. Существует два базовых способа измерения перемещения [2].
Первый основывается на выработке сигнала, который является функцией положения одной из частей подвижного органа объекта управления, а измерение этого сигнала отражает соответствующее перемещение. В таких датчиках в основном используется зависимость электрического импеданса от положения подвижного элемента.
Второй базируется на выработке единичного импульса на каждом элементарном перемещении. Положение и перемещение определяются подсчетом суммы или разности генерированных импульсов в зависимости от направления перемещения, т. е. такие датчики являются датчиками последовательного приращения.
Выбор реализации и измерительных схем данной системы измерений основывался на простоте реализации и дешевизне технических средств. Поэтому в качестве датчика угла поворота был выбран потенциометрический датчик, который относится к первому типу измерений, а в качестве датчика скорости заднего привода -оптоэлектронный датчик, реализующий второй способ.
Датчик угла поворота рулевого привода
Чтобы понять, какой датчик необходимо выбрать, рассмотрим работу рулевой машинки.
Рулевой привод представляет собой устройство, преобразующее канальный импульс в соответствующее установочное значение, т. е. является серводвигателем [3]. Электрическая часть этого механизма, называемая сервоэлектроникой, состоит из следующих блоков:
а) генератора опорных импульсов-
б) каскада сравнения-
в) усилителя-
г) серводвигателя.
Рис. 2. Схема рулевого привода
Как видно из рис. 2, серводвигатель 2 связан при помощью редуктора 6 с потенциометром, причем генератор опорных импульсов 5 начинает функционировать после прихода канального импульса и выдает эталонный сигнал. Затем этот эталонный импульс сравнивается с пришедшим канальным, и остаточный сигнал управляет усилителем 3. Серводвигатель 2 подсоединен к выходу усилителя 3 и в зависимости от рассогласованного сигнала осуществляет вращение в ту или иную сторону. При этом, вращаясь, он с помощью редуктора 6 меняет сопротивление потенциометра опорного генератора 5 таким образом, чтобы длительность опорного импульса постепенно менялась в сторону сближения с длительностью канального импульса. Остаточный импульс с течением времени исчезает, и серводвигатель 2 останавливается в данном
положении. Для того чтобы процесс регулировки протекал быстро, но без качения, в схеме предусмотрено эффективное демпфирование (гашение колебаний).
Как видно из сказанного, самым простым решением для определения угла поворота является потенциометрический датчик. Датчик такого типа имеет простой принцип действия, что приводит к конструированию дешевой измерительной техники. Измеряемый сигнал, который он позволяет получать, может иметь весьма высокий уровень и не требовать специальной электрической схемы обработки.
Сигнал, приходящий с потенциометра Я, поступает в плату ввод/вывода АО 512, а затем с помощью специально разработанного программного обеспечения осуществляется определение угла поворота переднего колесного модуля.
Диапазон измерения данного датчика — от минус 35,84 ° до 25,16 ° с точностью до
4,51°.
Датчик скорости вращения заднего привода
В наиболее простой форме датчик скорости вращения заднего привода состоит из источника света 1 и оптического приемника 4 — фотодиода.
Вращающееся тело 5 соединяется с диском, имеющим попеременно прозрачные и непрозрачные сектора, который располагают между фокусирующей линзой 2, входящей в состав источника 1, и приемником света 4 (см. рис. 3).
Рис. 3. Схема датчика скорости вращения заднего привода
Принцип действия датчика скорости состоит в следующем. Получив модулированный скачкообразными изменениями пропускания поток, фотоприемник выдает электрический сигнал с частотой, пропорциональной скорости вращения, и амплитудой, не зависящей от этой скорости.
Диапазон измеряемых скоростей зависит, с одной стороны, от числа импульсов, с другой стороны — от полосы пропускания приемника и связанных с ним электрических схем.
Применение двух приемников, сдвинутых на четверть периода по пространству, позволяет определять направление вращения. Если осуществляется вращение в положительном направлении, то сигналы, приходящие с приемника 1 и приемника 2, совпадают. В противном случае имеет место рассогласование между сигналами приемников. Электрическая схема усиливает сигналы приемников. Затем эти сигналы поступают в плату ввод/вывода АО 512, и с помощью специально разработанного
программного обеспечения в среде программирования МЛТЬЛВ осуществляется определение скорости вращения колеса.
Достоинством датчика является высокое быстродействие (ширина полосы 1 ГГц), низкий уровень шума, простота в обработки.
Измерительная схема
Сигнал с датчиков скорости и угла поворота имеют недостаточную амплитуду для согласования с платой ввода-вывода ЛВ 512. С этой целью используется электрическая схема, представленная на рис. 4. На этой схеме резистор Я является потенциометрическим датчиком рулевой машинки, Ю служит для регулировки выходного напряжения, Я2 предназначен для определения коэффициента усиления, Я3 — для компенсации дрейфа нуля, Я4 — для ограничения тока диода, Я5 — для установки порога срабатывания компаратора. является операционным усилителем, который усиливает сигнал с датчика угла поворота до уровня, соответствующего уровню опорного напряжения платы ввода-вывода ЛВ 512. Б2 — компаратор, предназначенный для выделения полезного сигнала с датчика скорости [4].
ВЫ X 1
1
ВЫ X 2
1
Рис. 4. Согласующая электрическая схема
На рис. 5−6 приведены сигналы, снимаемые с датчиков угла поворота и скорости, а также определенные значения скорости и угла поворота. Проведенные экспериментальные исследования показали работоспособность разработанных измерительных устройств.
Рис. 5. Результаты эксперимента
Рис. 6. Результаты эксперимента
Литература
1. Гель П Как превратить персональный компьютер в измерительный комплекс: Пер. с франц. 2-е изд., испр. М.: ДМК, 1999.
2. Аш Ж. и соавторы. Датчики измерительных систем: В 2-х книгах. Пер. с франц. М.: Мир, 1992.
3. Миль Г. Модели с дистанционным управлением: Пер. с нем. Л.: Судостроение, 1984.
4. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: В 2-х т. Т. 2. Пер. с англ. Изд. З-е, стереотип. М.: Мир, 1986.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой