Упругие модули силомоментных датчиков

Наиболее распространенным способом определения сил и моментов з устройствах очувствления ПР является непосредственное измере­ние деформаций;упругих модулей одно- и многокомпонентных датчи­ков с помощью тензометрических мостов. Для этих целей в робото­технике используется широкая номенклатура полупроводниковых и проводниковых тензорезисторов [2].

Полупроводниковые тенэорезисторы - пластина кремния длиной 2 - 7 мм, шириной и толщиной 0,2 и 0,15 мм соответственно с при­варенными к ней выводными проводниками. Применяются, когда до­пускается температурная погрешность дрейфа нуля выше 5·10^-2оС и требуется высокая чувствительность при малых габаритных размерах датчика. Проводниковые (проволочные и фольговые) отличаются вы­сокой стабильностью характеристик и низким температурным дрей­фом, однако имеют низкую чувствительность. В СМД роботов исполь­зуются три основные типа упругих модулей с соответствующими схе­мами наклейки и включения в измерительный мост тензорезисторов [2, 3].

1. Упругая балка с прямоугольным профилем поперечного сечения (а х h) длиной L (рис.3.1, а) служит для измерения изгибающих мо­ментов М_х относительно оси параллельной широкой грани поперечно­го сечения балки. Тензорезисторы 1 наклеиваются в центре широких граней балки 2 вдоль их нейтральных линий 3 и включаются по схе­ме (рис.3.1, б).

2. Упругий параллелограмм (рис.3.2, а) состоит из двух жестких оснований 1, соединенных двумя параллельными упругими балками. Тенэорезисторы 3 наклеиваются вдоль нейтральной линии широкой грани одной из балок 2 вблизи жестких оснований включаются в из­мерительный мост по схеме (рис.3.2, б).

3. Модуль для измерения крутящих моментов (рис.3.3) состоит из двух кольцевых фланцев 1, соединенных четырьмя (тремя) упру­гими балками 2 (см.рис.3.1, а), расположенными через 90° (120°) друг от друга на одинаковом расстоянии от продольной оси модуля и ориентированными широкой стороной по радиусу. Тензорезисторы 3 наклеиваются вдоль нейтральной линии широкой балки 2 вблизи от оснований кольцевых фланцев 1 и включаются по схеме (рис.3.2, б).

Требуемые чувствительность и избирательность измеряемых ком­понентов главного вектора сил и моментов обеспечиваются соот­ветствующим выбором параметров поперечного сечения упругих балок (а и h), конструкции модуля, схемой наклейки тензорезисторов на поверхность деформируемых слоев и схемы их включения в измери­тельный мост [2,3].

Одной из перспективных конструкций многокомпонентных СМД, ус­танавливаемых между звеном ротации и схватом ПР, является упру­гий модуль 1, представленный на чертеже (рис.3.4) [1,3].

Модуль позволяет измерять усилие растяжения-сжатия Fe и изги­бающие моменты М_х и М_у. Для этого используются 12 тензорезисто­ров Rl - R12, шесть из которых (Rl - R6) - измерительные-наклеи­ваются вблизи очагов концентрации напряжений, остальные шесть (R6 - R12) - компенсационные-наклеиваются на основание модуля. Для измерения моментов М_х и М_у тенэорезисторы включаются по схе­ме (см.рис.3.1,б), а усилия Fz по схеме (рис.3.2, б).

Рис. 3.1. - Модуль "Упругая балка" (а); схема тензомоста (б) (Rl, R3 - измерительные тенэорезисторы, R2, R4 - компенса­ционные)

Рис. 3.2. Модуль "Упругий параллелограмм" fa), схема тензо-
моста (б) (Rl, R4 - измерительные тенэорезисторы, R2 R3 -
компенсационные)