Разработка функциональной схемы, алгоритма процесса идентификации плоских деталей произвольной формы акустической локационной системы
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Анализ технического задания
2. ПОСТРОЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ МОДЕЛИ ОБЪЕКТА ПРОИЗВОДСТВА
3. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ
4. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ИДЕНТИФИКАЦИИ
5. РАЗРАБОТКА ПРИКЛАДНОЙ ПРОГРАММЫ
5.1 Назначение и логическая структура
5.2 Вызов и загрузка
5.3 Руководство пользователя
Выводы
Перечень ссылок
ВВЕДЕНИЕ
Адаптивные промышленные роботы представляют собой новую ступень развития робототехники, для которой характерно создание гибкопрограммируемых устройств, оснащенных средствами очувствления для получения информации об окружающей среде, предмете производства и состоянии механизмов робота. Адаптивные роботы предназначены для работы в условиях с заранее неизвестными изменениями окружающей среды.
Адаптивный робот является производственной машиной с большими возможностями. К числу основных функций, выполняемых адаптивными роботами, относятся функции, выполняемые человеком в процессе его трудовой деятельности, а именно: восприятие внешней среды с помощью технических средств очувствления, принятие решений (микропроцессорная обработка информации), активное воздействие на внешнюю среду с помощью манипулятора.
Развитие адаптивных промышленных роботов обусловило создание многочисленных датчиков силомоментного и тактильного очувствления, систем технического зрения и локационных дальномеров.
Система очувствления промышленного робота методами локации, являющаяся одной из сенсорных систем восприятия информации о свойствах и состоянии объектов манипулирования и внешней среды, позволяет обеспечить целенаправленные движения робота.
Посредством датчиков локации обеспечивается измерение таких параметров, как расстояние до объектов, скорость движения, их размеры, обнаружение препятствий, а также исследование механических, электрофизических, акустических и других параметров объектов.
Измерительная информация локационных систем получается и преобразуется на основе ряда физических методов преобразования: акустических, магнитных, оптических, радиационных, радиоволновых, тепловых, электрических, электромагнитных и др. На базе этих методов для локационных систем проводят разработку и усовершенствование многих типов преобразователей.
Рассматриваемые датчики по своему назначению могут быть разделены на информационные локационные датчики для формирования управления роботом и локационные датчики безопасности, используемые для защиты исполнительного органа от столкновения с посторонними предметами. Информационные локационные датчики могут также быть использованы для определения положения объекта в пространстве относительно выбранной системы координат.
Предметом данного курсового проекта является разработка функциональной схемы, алгоритма процесса идентификации плоских деталей произвольной формы акустической локационной системы.
Акустические локационные системы (АЛС) классифицируют по пяти основным признакам:
1) по назначению — дальномеры, охранные устройства и системы безопасности, дефектоскопы и томографы;
2) по типу первичного преобразователя — пьезоэлектрические, магнитострикционные и электростатические;
3) по характеру частотного спектра сигнала — широкополосные и резонансные;
4) по типу модулирующего воздействия — непрерывные и импульсные;
5) по избирательности — интерференционные и с широкой диаграммой направленности.
АЛС имеют чрезвычайно широкую область практического применения. Условно выделяют три основных направления применения АЛС: получение информации об объекте, прием и передача сигналов и активное воздействие на вещество. В рамках первого направления разрабатывают различные дефектоскопы, уровне- и толщиномеры, системы медицинской диагностики и звуковидения, гидролокационные приборы (эхолоты и гидролокаторы), работающие в диапазоне 10 ...1011 Гц. Второе направление в основном связано с созданием средств связи, а также ультразвуковых процессоров. Устройства этой группы функционируют на частотах 105...1010 Гц. Наконец, в акустических системах, активно воздействующих на вещество (например, хирургические инструменты, устройства механической обработки материалов и сварки), применяются колебания с высокой интенсивностью 1...10 Вт/м с частотой 10 …10 Гц.
Ультразвуком называются упругие колебания и волны, частота которых превышает 15 кГц. Таким образом, АЛС в основном работают в ультразвуковом диапазоне.
До недавнего времени считалось, что ультразвук редко встречается в природе, однако исследования последних лет показали, что наш мир — это мир звуков высокой частоты. Его источниками являются как живые существа, так и природные источники: леса, горы, молнии, ветер. Интенсивность излучателей ультразвука варьируется в широких пределах.
В робототехнике и мехатронике под АЛС понимают совокупность акустических датчиков и средств первичной обработки информации, предназначенных для определения геометрических и физических характеристик объектов в зоне контроля, а также их ориентации относительно выбранной системы координат. В робототехнике локационные системы очувствления обычно реализуют в соответствии с концепцией «очувствленная рука», при этом АЛС включают в контур управления роботом, а акустические датчики монтируют на каждом звене кинематической цепи.
Для описания основных принципов построения АЛС необходимо напомнить важнейшие характеристики звука. Так, распространение звука в некоторой среде описывается волновыми уравнениями
где u — амплитуда волны, или смещение частиц среды; r, с —соответственно дальность распространения и скорость волны; p , — давление и плотность среды.
Частотное уравнение для звука имеет тот же вид, что и для других волновых процессов. Оно определяет длину волны гармонического колебания (тона), распространяющегося со скоростью с:
Нижняя граничная частота ультразвука, отделяющая ее от области слышимого звука, определяется субъективными свойствами человеческого слуха и является условной (обычно принимают н = 20 кГц). Верхняя граничная частота в ультразвука обусловлена физической природой упругих волн, которые могут распространяться лишь при условии >>, где — длина свободного пробега молекул в газах или межатомное расстояние в жидкостях и твердых телах. Следовательно, в=1/. Для газов при нормальном давлении в =109 Гц, а для жидкостей и твердых тел достигает 1012... Гц.
В зависимости от длины волны ультразвук обладает специфическими особенностями передачи и распространения, поэтому область ультразвуковых частот удобно разделить на три диапазона, Гц: 1,5-... — низкие, ... — средние и ... — высокие частоты. Частоты от до Гц называют гиперзвуковыми.
Для АЛС по сравнению с ЭЛС характерна значительно меньшая (на несколько порядков) скорость распространения сигналов. Для газов она составляет 0,2... 1,5 км/с, для жидкостей — 0,5...2 км/с, для твердых сред — 2...8 км/с. Такие малые скорости, а следовательно, малые длины волн намного повышают разрешающую способность ультразвуковых методов по отношению к электромагнитным при равных частотах.
Длина звуковой волны зависит от частоты и среды распространения. Так, для воздуха в самой низкочастотной области значения А. не превышают нескольких сантиметров. В случае высоких частот значения А. в воздухе составляют 0,34...34 мкм, в воде 1,5... 150 мкм и в стали 5...500 мкм.
Для оценки звуковой волны используют следующие параметры: упругое смещение и и колебательную скорость частиц среды, акустическое давление р. Колебательную скорость следует отличать от скорости распространения волны с (скорости звука). Так, для плоской звуковой волны , а следовательно, «с. В свою очередь, характеристикой акустического давления в среде является интенсивность, или сила звука, определяемая через энергию звуковой волны.
Интенсивностью J называется величина, которая равна средней по времени энергии, переносимой звуковой волной через перпендикулярную направлению ее распространения единичную площадку в единицу времени. Для плоской синусоидальной бегущей волны
Параметр получил название характеристического импеданса среды. Зависимость интенсивности от акустического импеданса приводит к тому, что в более плотных средах меньшие звуковые давления вызывают большую интенсивность звука. В частности, при излучении в воду можно получить ту же интенсивность при давлении в 60 раз меньшем, чем при излучении в воздух.
Громкость слышимых звуков одинаковой интенсивности зависит от их частот. За единицу громкости принят сон — громкость тона (чистого звука) частотой 1 кГц при интенсивности 40 дБ. Громкость звука в децибелах вычисляют по формуле
= 20lg(p/),
где = 2*10 5Па — минимальное давление, которое способно воспринять человеческое ухо, т. е. порог чувствительности.
К основным законам распространения звука относят: законы отражения и преломления звука на границах сред, законы дифракции и рассеяния звука при наличии препятствий и неоднородностей на границах и закон волно-водного распространения в ограниченных участках среды.
В данном курсовом проекте в качестве объекта идентификации акустичексой локационной системы выступает плоская деталь призвольной формы. Согласно техническому заданию рассматривается плоская деталь круглой формы диаметром 125мм. Толщина рассматриваемой детали составляет 0.05мм. Деталь имеет отверстие произвольной формы, расположенное в центре детали. Диаметр отверстия составляет 27±0,05мм.
Наглядное изображение рассматриваемой детали представлено на рисунке 2.1
Рисунок 2.1 Схематическое изображение исследуемой детали.
Чертеж детали в двух проекциях представлен в Приложении В.
Датчики АЛС подразделяют по двум основным признакам:
Страницы: 1, 2, 3
