Способ определения деформации элементов конструкции дельта-робота, которая проявляется только в процессе его движения
METHOD FOR DETERMINING DEFORMATION OF STRUCTURAL ELEMENTS OF DELTA ROBOT, WHICH MANIFESTS ITSELF ONLY IN PROCESS OF ITS MOVEMENT

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к средствам измерения деформаций элементов конструкции устройств, предпочтительно дельта-робота, которые проявляются только в процессе его движения.
1
Известно устройство для определения осевого положения объекта контроля, движущегося линейно по рольгангу и одновременно вращающегося по спирали, которое содержит раму, рычажный механизм, корпуса с роликами. Каждый ролик обработан по сферической поверхности радиусом R и установлен в корпус на подшипниках с возможностью вращения вокруг своей оси. Корпусы в сборе с роликами установлены на цепь, надетую на звездочки таким образом, чтобы ось вращения каждого ролика была параллельна, а ось вращения звездочек перпендикулярна оси объекта контроля, например, трубы; делительный диаметр звездочек выбран таким, что радиус огибающей цилиндрической поверхности роликов R больше или равен радиусу R обработки ролика, опорная планка установлена так, что вершины роликов, располагающихся между звездочками, находятся на общей касательной к двум огибающим цилиндрическим поверхностям. В этом случае в контакте с объектом контроля находятся несколько роликов. Датчик угловых перемещений, например, энкодер. установлен на одной оси с одной из звездочек и вращается вместе со звездочкой. При этом при контакте всего ролика с объектом контроля, который движется не только в осевом направлении, но и вращается, к примеру, на рольганге с поворотными роликами, энкодер снимает только осевое перемещение точки объекта контроля, а вращательное перемещение объекта контроля не оказывает влияния на измерение осевой координаты (RU 158847 U1, 20.01.2016).
Известен стенд для поверки уровнемеров, содержащий неподвижную и подвижную части с закрепленными на каждой из них основаниями, измеритель расстояния от подвижной части до неподвижной в виде измерительной ленты, средство считывания показателей измерителя, при этом на основании неподвижной части жестко закреплен поверяемый уровнемер, а на основании подвижной части закреплен отражатель, причем поверяемый уровнемер установлен таким образом, что его горизонтальная ось перпендикулярна плоскости отражателя, имеется средство для перемещения отражателя в горизонтальной плоскости по неподвижной линейной части стенда, снабженное элементами фиксации его в неподвижном состоянии в заданных точках и включающее в себя подвижную часть, на которой закреплено основание с отражателем, и направляющие для его перемещения в виде алюминиевых профилей, закрепленных на опорах и служащих ложементом для укладки измерительной ленты, натяжение которой обеспечивается грузом, при этом он снабжен температурными датчиками, в основании неподвижной части стенда расположен датчик положения, а в качестве средства считывания показателей измерителя использован линейный энкодер (RU 140028 U1, 27.04.2014).
Известен вытяжной тросовый датчик положения штока гидравлического цилиндра, содержащий корпус, размещенный в корпусе силовой барабан с центральной осью и с намотанным на нем тросом, а также механизм возврата троса в виде спиральных пружин и энкодер, при этом он снабжен дополнительным измерительным барабаном, на котором намотано не менее двух витков троса, при этом ось измерительного барабана с одной стороны соединена с энкодером, а с другой стороны с червячным редуктором, на конце выходного вала которого установлен циферблат со стрелкой (RU 166504 U1, 27.11.2016).
Наиболее близким к представленным техническим решениям относится мобильный робот, который содержит: платформу, установленную на транспортном средстве, устройство для обнаружения препятствия, систему управления с блоком управления движением транспортного средства и устройством для обнаружения препятствия, манипулятор, шарнирно установленный на платформе и выполненный в виде снабженных приводами и шарнирно соединенных между собой звеньев, на конечном из которых размещено устройство для обнаружения препятствия, имеющее подвижный щуп с наконечником и позиционно-чувствительный датчик. При этом блок управления движением транспортного средства подключен к блоку питания, связанному с последовательно соединенными микроконтроллером. шестым усилителем и электроприводом, входы микроконтроллера соединены с выходами датчиков текущею положения, скорости, углового и линейного перемещений, выполненных в виде энкодеров, зубчатки которых установлены на каждом колесе транспортного средства (RU 2487007 С1, 10.07.2016).
Основным недостатком указанных технических решений является трудоемкость их реализации, в связи с необходимостью использования сложного и дорогостоящего оборудования.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка способа определения деформации элементов конструкции дельта-робота, которая проявляется непосредственно во время его движения, который устраняет вышеуказанные недостатки.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в создании высокоэффективного, общедоступного и легко реализуемого способа определения деформации элементов конструкции дельта-робота, которая проявляется только в процессе его движения, не предусматривающего использование сложного и дорогостоящего оборудования при его реализации.
Для достижения указанного технического результата предложен способ определения деформации элементов конструкции дельта-робота, которая проявляется только в процессе его движения, согласно которому предварительно с одной стороны элемента конструкции устанавливают ось вращения, на другую сторону элемента конструкции устанавливают линейный энкодер, при этом ось вращения внутри линейного энкодера ходит свободно, после чего осуществляют движение дельта-робота, непосредственно в течение которого определяют наличие смещения оси внутри энкодера относительно ее изначального положения, в случае обнаружения данного смешения делают вывод о наличие деформации элемента конструкции.
При реализации способа, в качестве элемента конструкции можно использовать рычаг самого робота.
На фиг. 1 показано схематичное изображение устройства, предназначенного для реализации представленного способа определения деформации элементов конструкции дельта-робота, которая проявляется только в процессе его движения.
На фиг. 2 Представлено схематичное изображения рычага.
Реализация данного способа определения деформации элементов конструкции дельта-робота, которая проявляется только в процессе его движения, будет рассмотрена на примере деформации верхних и нижних рычагов дельта-робота.
Дельта-робот - это высокоскоростное оборудование, которое перемещает каретку. При этом ускорение на каретке может достигать 15g, т.е. во время движения дельта-робота его рычаги (как верхние, так и нижние) испытывают значительные нагрузки, результатом которых является их неизбежная деформация. В связи с этим существует необходимость ее своевременного выявления, поскольку наличие деформации рычагов влияет на точность позиционирования, т.к. если рычаг незначительно изогнулся, то геометрия дельта-робота изменилась, положение каретки будет отличаться от расчетного положения.
Предварительно, к примеру, на верхний рычаг с одной стороны крепится ось, на другой стороне рычага устанавливают линейный энкодер. Ось и линейный энкодер устанавливают так, что ось свободно перемещалась внутри линейного энкодера. При этом энкодер измеряет сдвиг оси внутри себя. После того, как необходимое оборудование установлено на верхнем рычаге дельта-робота он приводится в движение. Далее, непосредственно в процессе движения определяют расположение оси внутри линейного энкодера. В том случае если во время движения ось внутри энкодера перемещается, то рычаг в данный момент изгибается (деформируется). В том случае если во время движения положение оси внутри линейного энкодера остается без изменений, то рычаг в данный момент не подвергается деформации.
Далее приведен конкретный пример применения способа. При этом специалисту в данной области техники очевидно, что данный пример приведен только как один из вариантов реализации предложенного способа и не может считаться единственно возможным вариантом для осуществления.
Предположим, что на максимальном ускорении робота на рычаг действует изгибающая сила в 50Н (в том случае если 3 рычага перевозят груз 1 кг с ускорением 15g. требуемая суммарная сила составляет 150Н, но поскольку рычага три, то на каждый рычаг приходится приблизительная сила в 50Н).
Статические испытания показывают, что при таком усилии рычаг может выгибаться до 5 мм, а необходимая точность измерения - 0,5 мм.
Далее проводят расчет разрешения энкодера, согласно которому нужно обеспечить 1 метку энкодера на такое линейное перемещение, которое даст изгиб рычага на 0,5 мм.
Для этого необходимо рассчитать это линейное перемещение (обозначим его как Delta).
Представим, что изогнувшийся рычаг состоит из 2 отрезков, АВ и BD, длина которых равна и составляет половину длины L рычага (см. фиг. 2).
Перемещение оси внутри энкодера - разница между L и AD. Следовательно, необходимо найти длину отрезка AD.
CD известно - это требуемая разрешающая способность по изгибу, равная 0,5 мм.
Согласно теореме Пифагора:
Далее, определяем длину AD как гипотенузу треугольника ACD.
Поскольку все составляющие известны, определяем перемещение Delta оси внутри энкодера по вышеприведенной формуле:
Искомая величина - количество меток на мм перемещения энкодера - будет равна обратной величине, 1/Delta.
Все выше представленное подтверждает, что данное изобретение обеспечивает создание высокоэффективного, общедоступного способа определения деформации элементов конструкции дельта-робота, которая проявляется только в его движении, который не предусматривает использование сложного и дорогостоящего оборудования при его реализации.