IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012

 Ультразвуковые технологии находят широкое применение в различных областях науки и техники. Одним из приоритетных направлений использования информационно-измерительных систем на основе ультразвуковых (УЗ) технологий является оценка методов локальной навигации для роботов, манипуляторов. При построении системы навигации роботов возникает ряд технических задач, так, например, чтобы двигаться к цели, роботу необходимо сформировать достаточно точный образ окружающего его пространства. В сфере использования промышленных манипуляторов - оценка погрешности перемещения рабочего органа, связанная с работой шаговых двигателей промышленного манипулятора. С целью решения данных технических задач разработана система измерения пространственного положения подвижного объекта (рисунок 1).

На рисунке 1 представлены структурные элементы разработанной установки: ПО1 - алгоритм обработки измерительной информации на ЭВМ; ПО2 - алгоритм связи контроллера и ЭВМ по интерфейсу USB; S1, S2, S3 - УЗ передатчики; R - УЗ приёмник; MR - подвижный объект. ЭВМ является средством для управления контроллером, акустически активным объектом измерений и визуализации результатов измерений.

Процесс, происходящий по ультразвуковому каналу, опишем следующим уравнением: 

где  - преобразование Фурье от  (образ спектра излученного сигнала); - преобразование Фурье от  (образ спектра принятого сигнала);  - вещественная акустическая спектральная передаточная функция. [2]

где - вектор параметров, зависящий от собственных характеристик датчиков (приемника и передатчика) и частотной характеристики среды.  и  можно принять неизменными, в то время как  варьируется.

В результате проведенных экспериментов были получены графические зависимости, отражающие процесс распространения ультразвуковой волны от передатчиков к приёмнику с последующей цифровой обработкой (рисунок 2).

По оси абсцисс данного графика расположены отсчёты времени, а по оси ординат - дискреты АЦП. На графике (рисунок 2) видим две контрольные точки (первая и последняя), которые означают, что пакет данных пришел без искажений. Совокупность точек, которые расположены в нижней левой части графика, даёт представление о длительности прохождения волны. Период УЗ колебания равен 8 измерениям, одно измерение равно 3 мкс. Так как на выходе АЦП восемь бит, то максимальное значение по оси ординат - 256, а условный ноль соответствует 128. Полученный экспериментальный график позволяет выделить отсчеты 20-40 как особенные и интерпретировать их как результат интерференции основной и отраженной волн. [1]

Макет данной информационно-измерительный системы можно использовать для реализации интеллектуального управления промышленными манипуляторами с целью модернизации оборудования. Алгоритм работы УЗ информационно-измерительная система контроля управления манипулятором представлена на рисунке 3.

Схема размещения УЗ датчиков в рабочей зоне представлена на рисунке 4, где ШД1, ШД2, ШД3 - шаговые двигатели; Пр - УЗ приёмник; П - УЗ передатчик.

Рабочая зона УЗ измерений насыщена объектами, создающими отражения УЗ волны, поэтому необходимо обеспечить минимальную длительность измерительных импульсов.

В результате исследований установлено: резонатор имеет высокую добротность (50-200); имеется возможность сформировать короткий УЗ импульс со стабильным передним фронтом. В реальном времени проведена оценку точности проводимых измерений, которая составила 1-5 мм.

Список литературы

1. Канцедалов Д.А., Капля В.И. Разработка ультразвуковой системы измерения пространственного положения подвижного объекта. Материалы V Международной научной конференции «Научный потенциал XXI века». Том первый. Естественные и технические науки. - г. Ставрополь: СевКавГТУ, 2011. С. 24-27.
2. Ластовенко О.Р., Лисютин В.А., Ярошенко А.А. Моделирование передаточных и импульсных характеристик гидроакустических волноводов. Акустичний вiсник, 2007. Том 10, №4. С. 59-69.

Код для цитирования: Скопировать