Тактильный сенсор

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХма РЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ЕНТНОЕ И ИЗОБРЕТЕН К АВТОРСКО ДЕТЕЛ ЬСТВ(21) 4 (22) 2 (46) 1(71) сите (72) КОШИ ах. Полюны встреч- меньших В магнита, бства фикительные Холла рас- НОСТИ ОТШ, а сами арст и уни о.И,Васильев,вичтельство ССС,) 19/02, 1987 СЕНСОРв робототехнике. Сущматрица состоит из маг-в виде большого (Б)магнита и штоков (Ш), е меньших Ц магнитов,оходящих и каждого оставляю- араллелья в нуль. 4 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 поверхностью 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 е ааааааааа 876617/082,10.905,12.92 Бюл,Белорусский гот им.В.И,ЛенинЛ.А,Андарало, Ин и В.А.Ярмоло(57) Использование;ность изобретения:нитной (М) системьцилиндрического (Ц)выполненных в вид 9 й 3 а и 1 78 1 029 5)5 В 25,) 19/00, 19/02 способных перемещаться в зазор са меньших Ц магнитов направле но полюсу Ц магнита, Часть магнитов,наиболееудаленная от выполнена сферической для удо сации проскальзывания. Чувств элементы на планарном эффекте положены на внутренней поверх верстий, в которых перемещаются Ш размещаются в плоскостях, пр через оси симметрии Б магнита из Ш в окрестности точек, где с щая вектора индукции М поля, и ная оси симметрии Ш, обращаетс приводит по состоянию а 1 а или "0", определяемым порогом электрической емкости.Наибол е близким по техническому решению к предлагаемому является тактильный датчик, содержащий каркас с магнитной системой, матрицу элементов Холла и расположенные на его рабочей поверхности 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 сигналов 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 усилиях, 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 надеж 25 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, оасположенных параллельно друг другу с зазором, а также штоков, выполненных на основе постоянных магнитов в форме миниатюрных цилиндров, обра 35 щенных одноименными полюсами к такому же полюсу большого магнита с прикрепленными к ним неферромагнитными частями в виде полусфер, выступающих над пластиной, причем каркас выполнен из неферро 40 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 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 составляющаявектора 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(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 миниатюрйого 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,Угде на линии А-А существует окрестность в области точки Л, в которой составляющая индукции магнитного поля параллельно А- А и равна нулю, В точку Л и помещается 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 продукции:Э = (С 1+ ЕнК 1) - (С 2+ ЕнК 2 А 2 где Э - годовой экономический эффект, руб; С 1 - себестоимость единиць 1 продукции но базовому варианту, руб; С 2 - себестоимость единицы продукции по новому объекту, руб; К 1 - удельные капитальные вложения в производственные фонды для базового объекта, руб; К 2 - удельные капитальныевложения в" проиэвбдственнь 1 е фонды нового объекта, руб: Ен - нормативный коэффициент капитальных вложений (0,15); А 2 - годовой 5 объем пройзводстеа грбдукции-с помощьюновой техники, шт.Определяя стоимость единицы продукции по базовому и новому вариантам как С 1=34 руб, С 2=28 руб, а удельные капиталь ные вложения йа йроизводствеййые фондыпо базовому"и йбйдйуобъекту как К 1 = 30, руб; К 2 = 40 руб и, зная примерный годовой объем производства роботов, можно определитьгодовой экономический эффект от 15 использованИя йбвбй техники в народномхозяйствеЭ = (34 + 0,15 30) - (28 + 0,15 40 Я 10=450000 руб. 20 Формула изобретенияТактильный сенсор, содержащий каркас с магйитной системой, преобразователи Холла и расположенные на его рабочей поверхности штоки, имеющие возможность 25 осевого перемещения относительно каркаса, о т л и ч а ю щи й с я тем, что, с целью повышения надежности в работе, магнитная система выполнена в виде плоского маг нита и ферромагнитной пластины, 30 расположенных параллельно друг другу сзазором, при этом штоки выполнены в виде постоянных магнитов, обращенных одноименными пол 1 осами к аналогичному полюсу плоского магнита, причем на штоках 35 закреплены неферромагнитн ые части в виде полусфер, выступающих над пластиной, кроме того, каркас выполнен из неферромагнйтяого материалайрасположен-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.1781029 еда Тираж Подписноеарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4)5 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 Заказ 4242 ВНИИП