WO2022131962A1 - Способ определения деформации элементов конструкции дельта-робота - Google Patents

Способ определения деформации элементов конструкции дельта-робота Download PDF

Info

Publication number
WO2022131962A1
WO2022131962A1 PCT/RU2021/050409 RU2021050409W WO2022131962A1 WO 2022131962 A1 WO2022131962 A1 WO 2022131962A1 RU 2021050409 W RU2021050409 W RU 2021050409W WO 2022131962 A1 WO2022131962 A1 WO 2022131962A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
deformation
laser light
grid
light source
arm
Prior art date
Application number
PCT/RU2021/050409
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Александр Олегович НЕВОЛИН
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Молодая, Динамично Развивающаяся Компания"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Молодая, Динамично Развивающаяся Компания" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Молодая, Динамично Развивающаяся Компания"
Priority to DE112021006456.8T priority Critical patent/DE112021006456T5/de
Priority to US18/268,275 priority patent/US20240060769A1/en
Publication of WO2022131962A1 publication Critical patent/WO2022131962A1/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/02—Sensing devices
    • B25J19/021—Optical sensing devices
    • B25J19/022—Optical sensing devices using lasers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/003—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics
    • B25J9/0045—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics with kinematics chains having a rotary joint at the base
    • B25J9/0051—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics with kinematics chains having a rotary joint at the base with kinematics chains of the type rotary-universal-universal or rotary-spherical-spherical, e.g. Delta type manipulators
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge

Definitions

  • the invention relates to measuring technology, in particular, to means for measuring deformations of structural elements of devices, preferably a delta robot, which appear only in the process of its movement.
  • a device for measuring deformation of a structure which contains a channel, a transmitter connected to the first end of the channel, a receiver connected to the second end of the channel, and a controller.
  • the channel is deformable, the controller instructs the transmitter to transmit a signal, instructs the receiver to capture one or more measurements of the transmitted signal, and determines the channel bend based on the one or more measurements.
  • the transmitter is a light source
  • the channel is an optical fiber
  • the receiver is a photodiode.
  • the channel is made of a material whose refractive index changes depending on the applied mechanical stress.
  • the strain measurement device may also include a polarizer located between the transmitter and the channel, and a wave plate located between the channel and the receiver (US 10429210 B 1 , 10/01/2019).
  • the device provides a system for detecting the deformation of the object based on laser measurements.
  • the strain detection system comprises a laser radiation unit, a light uniformization unit, a light filtering unit, a light condensation unit, a photoelectric conversion unit, a signal conversion unit, a signal analysis and processing unit, a storage unit, a display unit, and an input unit.
  • the deformation detection system projects a light strip at a position perpendicular to the contour of the object being measured.
  • the photoelectric conversion unit is used to receive the light strip, so that one part of the light of the light strip is blocked by the measured object, another part of the light is projected onto the photoelectric conversion unit, an electrical signal is output, then the deformation of the measured object is calculated according to the change in the electrical signal, after which it is stored and displayed .
  • the technical solution provides an object deformation detection system based on laser measurement, which improves the accuracy and efficiency of anti-interference when measuring object deformation (CN 209147939 U, 07/23/2019). Closest to the presented technical solutions is a device for measuring the displacement, deformation and/or deformation force of a mechanical component.
  • the device contains means for emitting and receiving a light beam, while the aforementioned means are mechanically combined with a common base.
  • Optical transmission means are also provided, which intercept the light beam, ensuring its transmission (FR 2599138 A1, 11/27/1987).
  • the task to be solved by the present invention is the development and creation of a highly efficient and publicly available method for determining the deformation of the structural elements of a delta robot, which manifests itself directly during its movement, which eliminates the above disadvantages.
  • the technical result of the claimed invention is to increase efficiency and reduce operating costs when determining the deformation of the delta robot arm during its movement.
  • a method for determining the deformation of the delta robot lever, which manifests itself only in motion according to which a laser light source is first installed on one side of the lever, a grid of photodiodes is installed on the other side of the lever, and the laser light source and the grid of photodiodes are installed so that in the absence of deformation of the lever, the laser light source is directed exactly to the center of the grid of photodiodes, after which the delta robot moves directly during which the location of the laser light source relative to the center of the grid of photodiodes is determined, in case of detecting a displacement of the laser light source relative to the center of the grid from photodiodes make a conclusion about the presence of deformation of the lever.
  • a lever can be used as a structural element.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a device designed to implement the presented method for determining the deformation of the structural elements of the delta robot, which appears only in the process of its movement.
  • the implementation of this method for determining the deformation of the delta robot structural elements, which manifests itself only in the process of its movement, will be considered using the example of the deformation of the upper and lower arms of the delta robot.
  • the Delta Robot is a high-speed piece of equipment that moves using a carriage.
  • accelerations on the carriage can reach 15g, i.e. during the movement of the delta robot, its levers (both upper and lower) experience significant loads, the result of which is their deformation.
  • there is a need to detect it in a timely manner since the presence of deformation of the levers affects the positioning accuracy, since if the lever is slightly bent, then the geometry of the delta robot has changed, the position of the carriage will differ from the calculated position.
  • a laser light source is attached to the upper arm on one side, i.e. beam-point, on the other side of the lever, a grid of photodiodes is installed, preferably consisting of 4 identical segments.
  • the laser light source and the grid of photodiodes are installed as follows. that in the absence of deformation of the lever, the beam-point is directed clearly to the center of the grid of photodiodes. The beam-point, falling on all 4 sectors of the photodiode, produces the same signal on them (the same output voltage).
  • the process of its movement begins. Directly during which the location of the beam-point relative to the center of the grid of photodiodes is determined. In the event that, for example, during movement, the photodiode matrix shifts down relative to the beam, and the laser spot is higher than the starting point, then the lever is bent down.
  • the proposed method allows you to record signals with any frequency and does not require additional calculations.
  • the typical laser beam diameter is 3 mm. This means that with a shift of 0.5 mm there should be a significant change in the signal from the photodiode. Accordingly, the increase in the area of the illuminated area should be more than 10% of the total area of the photodiode (due to the measurement error).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к средствам измерения деформаций элементов конструкции устройств, предпочтительно, дельта– робота, проявляющиеся только в процессе его движения. Способ определения деформации рычага дельта–робота, проявляющейся только в движении, характеризуется тем, что предварительно на одну сторону рычага устанавливают источник лазерного света, на другую сторону рычага устанавливают сетку из фотодиодов, причем источник лазерного света и сетку из фотодиодов устанавливают так, что при отсутствии деформации рычага источник лазерного света направлен в центр сетки из фотодиодов, после чего осуществляют движение дельта-робота непосредственно в течение которого определяют расположение источника лазерного света относительно центра сетки из фотодиодов, в случае обнаружения смещения источника лазерного света относительно центра сетки из фотодиодов делают вывод о наличие деформации рычага. Изобретение позволяет повысить эффективность и снизить эксплуатационные затраты при определении деформации рычага дельта–робота в процессе его движения.

Description

Способ определения деформации элементов конструкции дельта-робота
Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к средствам измерения деформаций элементов конструкции устройств, предпочтительно, дельтаробота, проявляющиеся только в процессе его движения.
Известно устройство для измерения деформации конструкции, которое содержит канал, передатчик, подключенный к первому концу канала, приемник, подключенный ко второму концу канала, и контроллер. Канал является деформируемым, контроллер дает команду передатчику передать сигнал, дает команду приемнику зафиксировать одно или несколько измерений переданного сигнала и определяет изгиб канала на основе одного или нескольких измерений. В одном варианте осуществления передатчик представляет собой источник света, канал представляет собой оптическое волокно, а приемник представляет собой фотодиод. При этом, канал сделан из материала, показатель преломления которого изменяется в зависимости от приложенного механического напряжения. Устройство измерения деформации может также включать поляризатор, расположенный между передатчиком и каналом, и волновую пластину, расположенную между каналом и приемником (US 10429210 В 1 , 01.10.2019).
Известна техническое решение, согласно которому в устройстве предусмотрена система обнаружения деформации объекта на основе лазерных измерений. Система обнаружения деформации содержит блок лазерного излучения, блок униформизации света, блок фильтрации света, блок конденсации света, блок фотоэлектрического преобразования, блок преобразования сигнала, блок анализа и обработки сигнала, блок хранения, блок отображения и блок ввода. Система обнаружения деформации проецирует световую полосу в положение, перпендикулярное контуру измеряемого объекта. Блок фотоэлектрического преобразования используется для приема световой полосы, так что одна часть света световой полосы блокируется измеряемым объектом, другая часть света проецируется на блок фотоэлектрического преобразования, выводится электрический сигнал, затем деформация измеряемого объекта рассчитывается в соответствии с изменением электрического сигнала, после чего сохраняется и отображается. Техническое решение обеспечивает систему обнаружения деформации объекта, основанную на лазерном измерении, которая повышает точность и эффективность защиты от помех при измерении деформации объекта (CN 209147939 U, 23.07.2019). Наиболее близким к представленным техническим решениям относится устройство для измерения смещения, деформации и/или силы деформации механического компонента. Устройство содержит средства для излучения и приема светового луча, при этом вышеупомянутые средства механически объединены с общим основанием. Также предусмотрены средства оптической передачи, которые перехватывают световой луч, обеспечивая его передачу (FR 2599138 А1, 27.11.1987).
Основным недостатком указанных технических решений является трудоемкость их реализации, в связи с необходимость использования сложного и дорогостоящего оборудования.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка и создание высокоэффективного и общедоступного способа определения деформации элементов конструкции дельта - робота, которая проявляется непосредственно во время его движения, который устраняет вышеуказанные недостатки.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение эффективности и снижение эксплуатационных затрат при определении деформации рычага дельта - робота в процессе его движения.
Для достижения указанного технического результата предложен способ определения деформации рычага дельта - робота, которая проявляется только в движении, согласно которому предварительно на одну сторону рычага устанавливают источник лазерного света, на другую сторону рычага устанавливают сетку из фотодиодов, причем источник лазерного света и сетку из фотодиодов устанавливают так, что при отсутствии деформации рычага источник лазерного света направлен точно в центр сетки из фотодиодов, после чего осуществляют движение дельта-робота непосредственно в течении которого определяют расположение источника лазерного света относительно центра сетки из фотодиодов, в случае обнаружения смещения источника лазерного света относительно центра сетки из фотодиодов делают вывод о наличие деформации рычага.
Возможно, при реализации способа, использование сетки из фотодиодов состоящей из 4 сегментов.
Возможно, что при реализации способа, в качестве элемента конструкции использовать рычаг.
На фиг.1 представлено схематичное изображение устройства, предназначенное для реализации представленного способа определения деформации элементов конструкции дельта - робота, которая проявляется только в процессе его движения. Реализация данного способа определения деформации элементов конструкции дельта - робота, которая проявляется только в процессе его движения будет рассмотрена на примере деформации верхних и нижних рычагов дельта-робота.
Дельта-робот, это высокоскоростное оборудование, которое перемещается с использованием каретки. При этом, ускорения на каретке могут достигать 15g, т.е. во время движения дельта-робота его рычаги (как верхние, так и нижние) испытывают значительные нагрузки, результатом которых является их деформация. В связи с этим, существует необходимость ее своевременно выявления, поскольку наличие деформации рычагов влияет на точность позиционирования, т.к. если рычаг незначительно изогнулся, то геометрия дельта-робота изменилась, положение каретки будет отличаться от расчетного положения.
Предварительно на верхний рычаг с одной стороны крепиться источник лазерного света, т.е. луч-точка, на другой стороне рычага устанавливают сетку из фотодиодов, предпочтительно, состоящую из 4 одинаковых сегментов. Источник лазерного света и сетку из фотодиодов устанавливают так. что при отсутствии деформации рычага луч-точка направлен четко в центр сетки из фотодиодов. Луч-точка, попадая на все 4 сектора фотодиода, вырабатывает на них одинаковый сигнал (одинаковое выходное напряжение).
После того, как необходимое оборудование установлено, к примеру, на верхнем рычаге дельта-робота, начинает процесс его движения. Непосредственно в процессе которого определяют расположение луча-точки относительно центра сетки из фотодиодов. В том случае, если, к примеру, во время движения фотодиодная матрица сместиться вниз, относительно луча, а пятно от лазера окажется выше исходной точки, то рычаг изогнулся вниз.
Предложенный способ позволяет снимать сигналы с любой частотой и не требует дополнительных вычислений.
Далее, приведен конкретный пример проведения способа. При этом, специалисту в данной области техники очевидно, что данный пример приведен только как один из вариантов реализации предложенного способа и не может считаться единственно возможным вариантом для осуществления.
Предположим, что на максимальном ускорении робота на рычаг действует изгибающая сила примерно в 50 Н, (в том случае если 3 рычага перевозят груз 1 кг с ускорением 15g, суммарно это 150 Н, поскольку рычагов 3 - то получается по 50 Н на рычаг).
Статические испытания показывают, что при таком усилии рычаг может выгибается до 5 мм. Если отклонение 5 мм, то достаточно разрешающей способности метода в 0,5 мм.
Далее, рассчитывают площадь фотодиода.
Устанавливают погрешность измерения сигнала светодиода в 10%.
Необходимо отличить 0,5 мм. Типовой диаметр лазерного луча - 3 мм. Значит, при сдвиге в 0,5 мм должно быть значимое изменение сигнала с фотодиода. Соответственно, увеличение площади засвеченного участка должно быть более 10% от общей площади фотодиода (ввиду погрешности измерения).
Далее, нужно рассчитать, как изменится площадь засвеченного участка при сдвиге луча на 0,5 мм.
Для чего используют формулу: D * delta / 2, где
D - диаметр луча, мм
Delta - сдвиг, мм.
Соответственно при сдвиге 0.5 мм: 3 * 0,5 / 2 = 0,75 мм2.
Соответственно площадь фотодиода должна быть 0,75 * 10 = 7.5 мм2, что соответствует квадрату размером 2.7 мм.
Все выше представленное подтверждает, что данное изобретение обеспечивает создании высокоэффективного, общедоступного способа определения деформации элементов конструкции дельта-робота, которая проявляется только в его движении, который не предусматривает использование сложного и дорогостоящего оборудования при его реализации, т.е. достигается повышение эффективности и снижение эксплуатационных затрат при определении деформации рычага дельта - робота в процессе его движения.

Claims

Формула изобретения
Способ определения деформации рычага дельта-робота, проявляющейся только в движении, характеризующийся тем, что предварительно на одну сторону рычага устанавливают источник лазерного света, на другую сторону рычага устанавливают сетку из фотодиодов, причем источник лазерного света и сетку из фотодиодов устанавливают так, что при отсутствии деформации рычага источник лазерного света направлен в центр сетки из фотодиодов, после чего осуществляют движение дельта-робота непосредственно в течение которого определяют расположение источника лазерного света относительно центра сетки из фотодиодов, в случае обнаружения смещения источника лазерного света относительно центра сетки из фотодиодов делают вывод о наличие деформации рычага.
5
PCT/RU2021/050409 2020-12-17 2021-12-02 Способ определения деформации элементов конструкции дельта-робота WO2022131962A1 (ru)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE112021006456.8T DE112021006456T5 (de) 2020-12-17 2021-12-02 Verfahren zur Bestimmung der Verformung von Strukturelementen eines Deltaroboters
US18/268,275 US20240060769A1 (en) 2020-12-17 2021-12-02 Method for Determining the Deformation of Structural Elements of a Delta Robot

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020141901A RU2766916C1 (ru) 2020-12-17 2020-12-17 Способ определения деформации элементов конструкции дельта-робота, которая проявляется только в процессе его движения
RU2020141901 2020-12-17

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022131962A1 true WO2022131962A1 (ru) 2022-06-23

Family

ID=80736790

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2021/050409 WO2022131962A1 (ru) 2020-12-17 2021-12-02 Способ определения деформации элементов конструкции дельта-робота

Country Status (3)

Country Link
DE (1) DE112021006456T5 (ru)
RU (1) RU2766916C1 (ru)
WO (1) WO2022131962A1 (ru)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08157188A (ja) * 1994-12-08 1996-06-18 Kobe Steel Ltd クレーンにおけるブームのたわみ検出方法及び作業半径算出方法並びに作業半径算出装置
CN106363605A (zh) * 2016-09-21 2017-02-01 河南理工大学 带连杆变形误差检测的三自由度并联机构
CN209468052U (zh) * 2019-01-25 2019-10-08 大连恒亚仪器仪表有限公司 起重机拱度、挠度、导轨平顺度综合检测仪

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2599138B1 (fr) 1986-05-20 1991-04-12 Sealol Dispositif de mesure de deplacement, de deformation et/ou d'effort de deformation d'une piece mecanique
RU2474787C1 (ru) * 2011-08-12 2013-02-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ" (ФГУП "ВНИИОФИ") Устройство для измерения формы поверхности трехмерного объекта
CN104634244A (zh) * 2014-12-31 2015-05-20 河南理工大学 三自由度并联机构运动平台位姿检测装置及其检测方法
US10429210B1 (en) 2016-09-20 2019-10-01 Facebook Technologies, Llc Birefringence deformation sensing apparatus having a controller to instruct the function of a transmitter and a receiver
RU2671787C1 (ru) * 2017-07-10 2018-11-06 Общество с ограниченной ответственностью "Эйдос - Робототехника" Способ повышения точности позиционирования промышленного робота

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08157188A (ja) * 1994-12-08 1996-06-18 Kobe Steel Ltd クレーンにおけるブームのたわみ検出方法及び作業半径算出方法並びに作業半径算出装置
CN106363605A (zh) * 2016-09-21 2017-02-01 河南理工大学 带连杆变形误差检测的三自由度并联机构
CN209468052U (zh) * 2019-01-25 2019-10-08 大连恒亚仪器仪表有限公司 起重机拱度、挠度、导轨平顺度综合检测仪

Also Published As

Publication number Publication date
DE112021006456T5 (de) 2024-02-22
RU2766916C1 (ru) 2022-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8348611B2 (en) Wind turbine having a sensor system for detecting deformation in a wind turbine rotor blade and corresponding method
CN101750023B (zh) 非接触式厚度测量装置
KR900005779B1 (ko) 실리카다이아프램을 갖춘 고온고압트랜스듀우서
CN201130015Y (zh) 真空断路器触头磨损量检测装置
JPH10227611A (ja) 位置感知検出器、光ビームの動きの検出システム及び振動検出システム
CN110375781B (zh) 一种ofdr中可变测量范围的自适应数据采集系统
JPH10267750A (ja) モニタシステム、モニタ及び制御システムならびにプリンタシステム
CN101469971B (zh) 检测真空断路器触头磨损量的方法及其装置
CN105547201A (zh) 平面度测量装置
CN103940341A (zh) 一种位移和倾角一体化测试仪器
WO2022131962A1 (ru) Способ определения деформации элементов конструкции дельта-робота
CN1110397A (zh) 使用相位变异的光学测距装置及其方法
CN112710256B (zh) 扫描光栅微镜的机电性能测试系统及方法
US20240060769A1 (en) Method for Determining the Deformation of Structural Elements of a Delta Robot
US5212392A (en) Optical sensing apparatus for detecting linear displacement of an object and method of operation thereof with detector matrix and centroid detection
CN1412538A (zh) 一种宽带光源信号检测方法及检测器
CN114719754B (zh) 一种高铁简支梁伸缩缝微米位移低相干光学监测系统及方法
CN211426269U (zh) 一种光路装置以及oct成像系统
CN111879960A (zh) 基于激光测距的直线拉杆断路器速度测试系统及试验方法
JPS5828615A (ja) 移動量測定装置
CN218864946U (zh) 一种光电开关动作距离检测器
RU206351U1 (ru) Тестовый образец волоконно-оптического датчика
CN103293667A (zh) 一种带闭环控制系统的微机电干涉平台及其控制方法
CN214747763U (zh) 一种基于psd的工业机器人重复性和协同性测量装置
JPS61114120A (ja) 走査形厚さ測定装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21907222

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 18268275

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 112021006456

Country of ref document: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21907222

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 17.11.2023)