Манипуляторы: принципы их действия

Введение

Ни одна область приборостроения сегодня не обходится без автоматизированных систем. Важным средством упрощения производства является его автоматизация, которую можно достичь благодаря вовлечения в производство роботизированных систем. Одним из основных направлений развития технологии приборостроения является совершенствование существующих и разработка новых неразрушающих способов контроля как изделий, так и производственных процессов.
Поскольку сегодня отрасль приборостроения набирает неустанные обороты, имеет смысл создание новых методик проведения неразрушающего контроля дефектов в приборах, деталях, механизмах и материалах. Однако сегодня в области производства и эксплуатационного контроля изделий существует ряд проблем, одной из которых является влияние человеческого фактора на результат контроля.
На сегодня в современной технике применяется много роботов-манипуляторов, которые между собой делятся на множество разновидностей, но все эти манипуляторы способны самостоятельно осуществлять определенные операции и все же требуют вмешательства технического специалиста.
Поэтому, рассмотрение принципа действия компьютерных манипуляторов является достаточно актуальной задачей на сегодня.


1. Теоретические понятия компьютерных манипуляторов

Необходимость исследования и совершенствование систем управления манипуляторами, прежде всего, обусловлена их широким применением. Подобные устройства используются в компьютерной индустрии (мышки, трекболы и т.д.), строительной отрасли (краны-манипуляторы), металлургии (прокатные состояния, ковочные манипуляторы), горнодобывающей промышленности (бурильные машины), химической промышленности (манипуляторы для работы с токсичными и радиоактивными материалами), судостроительной и авиационной отраслях (сварочные и сборочные манипуляторы, манипуляторы для резки металлов) и других областях.
Несмотря на различное техническое исполнение, любой манипуляционный робот состоит из нескольких звеньев, которые обеспечивают соответствующие степени подвижности исполнительных механизмов (двигателей), приводящие эти звенья в движение. Для перемещения звеньев манипулятора, в зависимости от назначения робота, чаще всего используются шаговые двигатели или сервоприводы различной мощности. Отметим, что шаговым двигателям отдается предпочтение в случае, если скорость перемещения звеньев робота не является критическим параметром. Например, данный тип приводов может использоваться при построении грузовых манипуляторов. Если же нужно обеспечить высокую скорость движения робота (например, манипулятора, который проводит сборки деталей), то наиболее целесообразно использовать сервоприводы [1].
Манипуляторы (мышь, джойстик и др.) - это специальные устройства, которые используются для управления курсором.
Мышь имеет вид небольшой коробки, полностью умещающейся на ладони

. Мышь связана с компьютером кабелем через специальный блок - адаптер, и её движения преобразуются в соответствующие перемещения курсора по экрану дисплея. В верхней части устройства расположены управляющие кнопки (обычно их три), позволяющие задавать начало и конец движения, осуществлять выбор меню и т.п.
Процесс разработки робота-манипулятора состоит из двух этапов:
разработка механической части робота (выбор материала для изготовления составляющих частей, а также типа исполнительных механизмов);
разработка системы управления манипулятором (выбор контроллера, выбор средства программирования, разработка алгоритмов управления).
На сегодняшний день разработаны системы управления роботизированным манипулятором на основе микропроцессорной системы управления звеньями работа и программным интерфейсом оператора, который реализован на ПК или ноутбуке. При этом предполагается работа оператора (управление манипулятором) непосредственно территориально расположенного вблизи робота-манипулятора.
Для управления курсором при работе за персональным компьютером чаще всего используются манипуляторы типа компьютерные мыши, трекболы.
Виды манипуляторов представлены на рисунке 1. Современный рынок предлагает большое количество видов конструктивных решений устройств ввода графической информации. Каждый вид обладает своими уникальными характеристиками, позволяющими успешно применять его в той или иной ситуации.

Рисунок 1 - Виды манипуляторов

Тачпад – сенсорная панель обладает всеми способностями стандартной компьютерной мыши, имея при этом расширенный функционал. Посредством касаний и жестов задаётся местоположение курсора. Жесты применяются аналогично горячим клавишам клавиатуры: изменение масштаба, поворот моделей. Удобство проявляется также в возможности встроить тачпад в клавиатуру портативного компьютера. Основным недостатком подобных устройств является пониженная точность размещения курсора за счёт площади касания подушечкой пальца, а также аппаратными недостатками тачпадов [2].
Тачскрин – сенсорный экран, полностью повторяющий функционал тачпада, работая с жестами и касаниями подушечек пальцев, но реагирующий на тактильное воздействие.
Компьютерная «мышь» – механический манипулятор, преобразующий механическое движение в движение курсора на экране за счет перемещения на плоскости подвижного сенсорного шара. С помощью «мыши» обеспечивается взаимодействие пользователя с интерфейсом программы САПР.
2. Принцип действия компьютерных манипуляторов

В данной главе рассмотрим принцип действия таких компьютерных манипуляторов как джойстик, роллеры и трекболы, джойстики для управления ртом.
Типовой компьютерный джойстик включает в свой функционал все действия выполнимые и джойстиком и компьютерной мышью