Тактильный сенсор

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ м, РЕСПУБЛИК (st)s B 25 J 19/00, 19/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4876617/08 (22) 22,10.90 (46) 15,12.92.. Бюл, N 46

" (71) Белорусский государственный университет им.В.И.Ленина (72) Л.А.Андарало, И.И,Васильев, В.И.Прокошин и В.А.Ярмолович (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1323379, кл. В 25 J 19/02, 1987. (54) ТАКТИЛЬНЫЙ С Е Н С О Р (57) Использование; в робототехнике. Сущность изобретения: матрица состоит из магнитной (М) системы в виде большого (Б) цилиндрического (LQ магнита и штоков (Ш), выполненных в виде меньших Ц магнитов, Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано для получения информации об определении положения объекта в схвате робота, о форме контактирования поверхности губок захвата с удерживаемым предметом, о силе воздействия схвата на участки предмета.

Известна конструкция тактильного сенсорного устройства, в котором выступ в форме штыря (чувствительный элемент) может перемещаться в цилиндрическом канале поверхностного слоя губки схвата и по изменению электрической емкости между штырем и нижней металлизированной lto верхностью датчика можно судить о положении предмета в схвате.

Недостатком данного устройства является необъяснимость параметров электронной емкости, например, вследствие изменения влажности, Поэтому обработку информации о степени погружения штыря,» SU 1781029 А1

2 способных перемещаться в зазорах. Полюса меньших Ц магнитов направлены встречно полюсу Ц магнита, Часть меньших магнитов, наиболее удаленная от В магнита, выполнена сферической для удобства фиксации проскальзывания. Чувствительные элементы на планарном эффекте Холла расположены на внутренней поверхности отверстий, в которых перемещаются LU, а сами

Ш размещаются s плоскостях, проходящих через оси симметрии Б магнита и каждого из Ш в окрестности точек, где составляющая вектора индукции М поля, параллель1 ная оси симметрии Ш, обращается в нуль. 4 ил, приводит по состоянию "1" или "0", определяемым порогом электрической емкости.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является тактильный датчик, содержащий каркас с магнитной системой, матрицу элементов

Холла и расположенные на его рабочей поверхн ости стержни, имеющие возможность осевого перемещения относительно каркаса. Магнитная система выполнена в виде двух ферромагнитных пластин, установленных с зазором параллельно друг другу, двух постоянных магнитов, направленных одноименными полюсами в одну сторону и расположенных в зазоре между пластинами.

Стержни выполнены из ферромагнитного материала, установлены в каркасе из неферромагнитного материала, в каркасе и в одной из пластин сделаны соосные отверстия, причем стержни являются подпружиненными относительно каркаса. Регистрация сиг1781029 налов производится матрицей элементов

Холла, расположенных на второй пластине в зазоре между этой пластиной и каркасом при перемещении стержней в магнитной системе, Однако данная конструкция имеет недостаточную надежность определения процесса контактирования с поверхностью предмета произвольной формы в условиях проскальзывания. Так, из-эа того, что выступающие на поверхность стержни имеют цилиндрическую форму в случае контактирования с предметом сложной

10 формы возможно не только утапливание стержней, но и их изгиб при тангенциальных относительно поверхности датчика уси15 лиях. Последнее имеет место при проскальзывании предмета. Кроме того, предмет острыми частями, например углом, 20 может цепляться за выступающие стержни, Силовые воздействия на стержни могут приводить к заклиниванию последних, изменению рабочих характеристик датчика.

Цель изобретения — повышение надеж25

30 ности регистрации процесса контактирования с поверхностью предмета произвольной формы, в том числе проскальзывающего предмета, Это достигается тем, что в тактильной сенсорной матрице магнитная система выполнена в виде одного большого цилиндрического магнита и ферромагнитной пластины, расположенных параллельно друг другу с зазором, а также штоков, выполненных на основе постоянных магнитов в форме миниатюрных цилиндров, обра35 щенных одноименными полюсами к такому же полюсу большого магнита с прикреплен ными к ним неферромагнитными частями в виде полусфер, выступающих над пластиной, причем каркас выполнен из неферро40 магнитного материала и установлен между большим магнитом и пластиной, имеющей менты выполнены на основе пленки магнитомягкого материала, например пермаллоя, функционируют на планарном эффекте Холла и расположены в плоскостях, 50

55 проходящих через оси симметрии большого магнита и каждого иэ штоков в окрестности точек, где составляющая вектора индукции магнитного поля, параллельная оси симметрии штока, обращается в нуль.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемая тактильная сенсорная матрица отличается тем, что магнитная система выполнена в виде одного большого цилиндрического магнита и ферромагнитной пластины, расположенных с каркасом соосные отверстия для размещения штоков, а магниточувствительные эле- 45 параллельно друг другу с зазором, а также штоков, выполненных на основе постоянных магнитов в форме миниатюрных цилиндров, обращенных одноименными полюсами к такому же полюсу большого магнита, с прикрепленными к ним неферромагнитными частями в виде полусфер, выступающих над пластиной, причем каркас выполнен из неферромагнитного материала и установлен между большим магнитом и пластиной, имеющей с каркасом соосные отверстия для размещения штоков, а магниточувствительные элементы выполнены на основе пленки магнитомягкого материала (например, пермаллоя), функционируют на планарном эффекте Холла и расположены в плоскостях, проходящих через оси симметрии большого магнита и каждого из штоков в окрестности точек, где составляющая вектора индукции магнитного поля, параллельная оси симметрии штока, обращается в нуль.

Магнитная система выполнена в виде одного большого цилиндрического магнита и ферромагнитной пластины, расположенных параллельно друг другу с зазором, а также штоков, выполненных на основе постоянных магнитов в форме миниатюрных цилиндров, обращенных одноименными полюсами к такому же полюсу большого магнита с прикрепленными к ним неферромагнитными частями в виде полусфер, выступающих над пластиной, причем каркас выполнен из неферромагнитного материала и установлен между большим магнитом и пластиной, имеющей с каркасом соосные отверстия для размещения штоков, а магниточувствительные элементы выполнены на основе пленки магнитомягкого материала (например, пермаллоя), функционируют на планарном эффекте Холла и расположены .в плоскостях, проходящих через оси симметрии большого магнита и каждого из штоков в окрестности точек, где составляющая вектора индукции магнитного поля, параллельная оси симметрии штока, обращается в нуль. -

На фиг.1 представлен внешний вид тактильной сенсорной матрицы; на фиг.2— сечение тактильной сенсорной матрицы по радиусу; на фиг,3 — изображение линий индукции магнитного поля в плоскости, проходящей через оси симметрии большого магнита и штока; на фиг,4 — выходное напряжение планарного элемента Холла от перемещения штока.

Тактильная матрица содержит (фиг,1) большой постоянный магнит цилиндрической формы 3, немагнитный каркас 2, ферромагнитную пластину 1, а так же шток

1781029 (фиг.2) состоящий из миниатюрного цилиндрического магнита 5 и немагнитной полусферы 4, а также магниточувствительный элемент 6. .Устройство работае следующим образом при контакте части штока (немагнитной полусферы) с предметом под действием силы, составляющая которой параллельна оси штока происходит отрывание MlhHHBTK)pH0ro магнита 5 (фиг.2) от ферромагнитной пластины 1 и движение в отверстиях немагнитного каркаса 2. Магниточувствительные элементы выполнены иэ пленки магниточувствительного материала, например, пермаллоя толщиной 200-400 А и расположены в отверстиях каркаса в плоскостях, проходящих через оси симметрии большого магнита и каждого из штоков.

Расположение элемента пояснено на.фиг.3, I где на линии А-А существует окрестность в области точки Л, в которой составляющая индукции магнитного поля параллельно АА и равна нулю, В точку Л и помещается

t магниточувствительный элемент."Это сде лано.для того, чтобы выходной сигнал был равен нулю в отсутствие механическото воздействия на шток. При смещении. чувствительного элемента вверх или вниз по оси

А-А устройство регистрации так же работоспособно, Типичная зависимость выходного сигнала от смещения штока показана на фиг.4.

Экономическая эффективность изобретения рассчитана для случая применения матрицы как сенсора в системах адаптации роботов. Проведя расчет по формуле, учитывающей экономию производственных ресурсов при выпуске одной и той же и родукции:

Э = ((С1+ ЕнК1) (С2+ ЕнК2)) А2 где Э вЂ” годовой экономический эффект, руб;

С1 — себестоимость единицы продукции но базовому варианту, руб; С2 — себестоимость единицы продукции по новому объекту, руб;

К1 - удельные капитальные вложения в производственные фонды для базового объекФормула изобретения

Тактильный сенсор, содержащий каркас с магйитной системой, преобразователи

Холла и расположенные на его рабочей поверхности штоки, имеющие возможность

25 осевого перемещения относительно каркаса, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности в работе, магнитная система выполнена в виде плоского маг нита и ферромагнитной пластины, 30 расположенных параллельно друг другу с зазором, при этом штоки выполнены в виде постоянных магнитов, обращенных одноименными полюсами к аналогичному полюсу плоского магнита, причем на штоках

35 закреплены неферромагнитн ые части в виде полусфер, выступающих над пластиной, кроме того, каркас выполнен из неферромагнвяого матерйалай расположен-между плоским магнитом и пластиной, в которой

40 выполнены отверстия, соосные с отверстиями каркаса и в которых размещены штоки, а преобразователи Холла выполнены на основе пленки магнитомягкого материала на планарном эффекте Холла и расположены в

45 плоскостях, проходящих через оси симметрии плоского магнита и каждого из штоков.

20 та, руб; К2 — удельные"капитальные вложения в проиэводственнь1е фонды нового объекта, руб; Ен — нормативный коэффициент капитальных вложений (0,15); А2 — годовой

5 объем-npoa3BaAeraa г рбдукции-с помощью новой техники, шт.

Определяя стоимость единицы продукции по базовому и новому вариантам как

С1 34 руб, Cz =28 руб, а удельные капиталь10 ные вложения йа производствейные фонды по базовому"и йбйдйу объекту как Ki = 30, руб; К2 = 40 руб и, зная примерный годовой объем производства роботов, можно определить годовой экономический эффект от

15 испольэования йбвбй техники в народном хозяйстве

Э = ((34+ 0,15 30) — (28+ 0,15 40))10

=450000 руб.

1781029

1781029 ups ь/К

Уерег ЕЩ80иЕ

Редактор

Заказ 4242 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4)5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Г

„.— б

l

Фиг.4

Составитель Л.Андарало

Техред М,Моргентал Корректор З.Салко