САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНСТИТУТ МЕТАЛЛУРГИИ, МАШИНОСТРОЕНИЯ И ТРАНСПОРТА ОТДЕЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ МАШИНОСТРОЕНИЯ Кафедра «Мехатроника и роботостроение» (при ЦНИИ РТК) ВЫПУСКНАЯ РАБОТА БАКАЛАВРА Тема: Определение статических характеристик тактильных датчиков на основе МЭМС барометра Выполнил студент гр. 43328/1 А. В. Щерба Научный руководитель А. В. Рехлов 1
Цель и задачи Цель работы: исследование статических характеристик ТД на основе МЭМС барометра MPL 115 A 2 Задачи: - проведение аналитического обзора; - разработка измерительного стенда и ПО; - проведение серии экспериментов; - обработка полученных данных. 2
Обзор средств тактильного очувствления Предназначение Технические характеристики Пьезоэлектрический Для выявления подслизистых опухолей Размеры составляют 22, 0 × 4, 0 × 0, 8 мм; Отклик датчика пропорционален модулю Юнга в диапазоне 1, 01 – 3, 51 МПа Пьезорезистивный массив датчиков предназначен для использования в сенсорных панелях. Массив определяет амплитуду и положение приложенной силы Чувствительность датчика составляет 0, 42 м. В/м. Н Волоконно–оптическая тактильная головка зонда, предназначенная для пальпации тканей при хирургии Имеет диаметр равный 14 мм. Каждый ЧЭ может измерять силы от 0, 0 до 0, 5 Н с разрешающей способностью 0, 05 Н Тип датчика Оптический Изображение 3
Ёмкостной - Барометрический Для измерения абсолютного атмосферного давления Гибкий ёмкостной массив с микроструктурой игл из 4 × 4 датчиков с размерами 0, 7 × 0, 5 см^2; начальная ёмкость каждой ячейки составляет 0, 86 п. Ф. Ячейка имеет чувствительность равную 3, 26 %/м. Н Датчик имеет размеры: 29 × 24 × 2 мм. Вес: 25 г. Измеряет давление в диапазоне от 50 к. Па до 115 к. Па. В режиме сна потребляет 1 мк. А, в работе с периодом измерений 1 сек – 5 мк. А. Напряжение питания 2. 4 – 5. 5 Вольт. Сохраняет работоспособность в диапазоне температур – 40…+ 105 °C. 4
Диафрагма и микроконтроллер барометрического датчика давления MPL 115 A вскрытого после заливки силиконом 5
Описание макета ТД и стенда для измерения его характеристик 6
Для измерения характеристик ТД – зависимости показаний давления от величины приложенной силы, собран измерительный стенд Линейная направляющая и датчик 7
Получение и обработка показаний с датчиков Результаты пяти серий измерений зависимости показаний ЧЭ от действующего на первый ТД 8
Результаты пяти серий измерений зависимости показаний ЧЭ от действующего на второй ТД 9
Зависимости среднеквадратичных ошибок от степеней аппроксимирующих экспериментальную зависимость полиномов для двух исследованных ТД 10
Аппроксимация для первого ТД 11
Аппроксимация для второго ТД 12
Сравнение показаний двух ТД 13
Заключение На основании исследования вынесено предположение, что нелинейность и наличие нечувствительной зоны первого датчика связаны с дефектом изготовления. Для того чтобы подтвердить, что выявленная в процессе исследования первого датчика нелинейность является единичным дефектом изготовления, необходимо проведение дополнительной серии испытаний с большим числом ТД, изготовленных в одинаковых условиях. В случае, если предположение о дефектности будет подтверждено, данные датчики будут применены для тактильного очувствления окончаний педипуляторов малогабаритного шагающего робота. Поскольку вес шагающего робота, для которого разрабатываются данные датчики, не превышает 500 г, целесообразно изготовление датчиков с меньшим диапазоном измерений, не превышающим 250 -300 г, для чего необходимо уменьшить толщину слоя эластомера, покрывающего барометр. 14
Спасибо за внимание! 15
Скачать презентацию САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНСТИТУТ МЕТАЛЛУРГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ И ТРАНСПОРТА
Диплом.pptx