Павантек Электроникс

робототехника

             Инерциальные измерительные устройства (ИИУ), такие как акселерометры и гироскопы, широко применяются в робототехнике для решения различных задач, связанных с навигацией, управлением движением и ориентацией. Вот несколько примеров их использования:

• Определение ориентации и положения: Инерциальные датчики могут использоваться для определения положения робота в пространстве. Это особенно важно для мобильных роботов и дронов, которые должны "знать" своё местоположение в трёхмерном пространстве.
• Стабилизация: Гироскопы используются для стабилизации полёта квадрокоптеров и других летательных аппаратов.
• Дедреконинг: В условиях отсутствия GPS-сигнала (например, в помещении) данные с инерциальных датчиков можно использовать для расчета перемещений робота относительно его начального положения методом инерциальной навигации (дедреконинг).
• Слияние данных: Используя алгоритмы слияния данных (фильтры Калмана, фильтры частиц), информация с инерциальных приборов может быть объединена с данными из других систем навигации (GPS-приемники, лидары) для повышения точности оценки состояния робота.
• Контроль жестов: В носимой электронике и экзоскелетах инерциальные приборы помогают распознавать движение пользователя и транслировать эти данные для управления устройством или интерактивного ответного действия.
• Управление протезами: Для компаний, разрабатывающих продвинутые бионические протезы конечностей, акселерометры и гироскопы могут служить ключевой частью систем управления двигательными функциями протезированных конечностей на основании информации об оставшихся естественных движениях пользователя.
• Тестирование производительности роботизированных систем: При испытаниях новых моделей роботизированной техники инерциальные приборы используются для записи параметров движений при выполнении задач на различной местности или под разными нагрузками.

            В целом инерциальные приборы играют ключевую роль в обеспечении автономности и точного контроля в самых различных областях современной роботехники.

авиация, морская и наземная техника

        Инерциальные приборы играют ключевую роль в системах навигации авиационной, морской и наземной техники. Они позволяют определять положение, ориентацию и движение объектов без необходимости внешних сигналов, таких как GPS.

 

                Авиация

• Инерциальные измерительные блоки (ИИБ) — ядро системы инерциальной навигации самолетов и вертолетов. Они обеспечивают информацию о скорости, угловой скорости и ускорении летательного аппарата.
• Автоматические системы управления полетом — используют данные от инерциальных измерительных приборов для поддержания заданного курса и высоты полета.
• Системы предупреждения столкновений (TCAS) — анализируют данные об относительном движении других воздушных суден для предотвращения столкновений.

 

                Морская техника

• Маяки гиростабилизированные — помогают сохранять направление корабля к заданной точке даже при сильном волнении.
• Автопилоты — используют информацию от гирокомпасов и акселерометров для поддержания заданного курса судна.
• Гидроакустические системы навигации — сочетают данные инерциальных датчиков с эхолокацией для точного определения местоположения подводных лодок или беспилотников.

 

                Наземная техника

• Системы управления боевых машин — инерциальные датчики контролируют стабильность платформ оружия на боевых машинах, что повышает точность стрельбы.
• Навигация роботизированных транспортных средств — автономные транспортные средства используют ИИБ для определения своего местоположения и пути движения без GPS в условиях ограниченной видимости или под землей.
• Динамическая стабилизация зданий и сооружений — акселерометры фиксируют колебания зданий при землетрясениях или других экстремальных условиях, чтобы активировать систему противодействия колебаниям.

 

        Таким образом, инерциальные приборы являются неотъемлемой частью навигационных систем различного типа техники, обеспечивая её безопасность и эффективное функционирование.

Энкодеры

                Кодеры (или энкодеры) угла и датчики угла используются во многих областях техники и промышленности для измерения углового положения, скорости вращения или угловой ориентации различных объектов. Вот некоторые из их применений:

• Робототехника: Для контроля положения роботизированных суставов, точного позиционирования манипуляторов и контроля двигателей.
• Автоматизация производства: Кодеры используются на производственных линиях для отслеживания положения конвейерных лент, определения скорости движущихся частей машин или для точной настройки рабочих инструментов.
• Автомобилестроение: В системах стабилизации автомобилей (ESP), а также в системах контроля за положением рулевых колес или газ-балансировочных системах.
• Аэрокосмическая промышленность: Для определения положения элементов космических аппаратов, таких как солнечные батареи, антенны; в авиационной технике для контроля поворотных элементов шасси самолётов.
• Ветровая энергетика: Используются для определения направления и угла поворота лопастей ветровых турбин для оптимального перехвата ветра.
• Медицина: Применяются в медицинском оборудовании, например, в компьютерных томографах для отслеживания углового положения пациента или частей аппарата при сканировании.
• Электроника и бытовая техника: В фотоаппаратах и видеокамерах кодеры помогают отслеживать положение объектива при фокусировке и зуммировании; также они используются в бытовой технике типа стиральных машин.

• Спутниковые антенны: Для точного наведения антенны на спутник необходимо использовать датчик угла, который обеспечит корректное позиционирование антенны даже при изменении условий окружающей среды.

• Искусство и развлечение: Эффектные светомузыкальные шоу часто задействуют оборудывание с кодерами, которые помогают светодинамическим инсталляциям изменять ориентацию светильников с высокой точностью.

        Кодеры бывают инкрементальные (определяющие изменение) и абсолютные (определяющие конкретное положение). Благодаря использованию кодеров можно значительно повысить точность двигательной функциональности различного оборудывания, что является ключевым фактором автоматизации процессов по всему мирy.

Испытательное оборудование

                Испытательное оборудование для инерциальных приборов используется в процессе разработки, калибровки и проверки точности инерциальных измерительных устройств, таких как акселерометры, гироскопы и инерциальные измерительные блоки (ИИБ), которые широко применяются в авиации, космической отрасли, военном деле и автомобилестроении.

                Основное назначение испытательного оборудования – имитировать условия работы инерциальных приборов для оценки их характеристик. Вот несколько примеров применения такого оборудования:

• Стенды поворота: позволяют имитировать изменение углового положения объекта в пространстве. Используются для проверки гироскопических систем на стабильность и точность.
• Вибрационные стенды: создают контролируемые вибрации для проверки устойчивости работы приборов к внешним возмущениям.
• Центрифуги: моделируют условия повышенной перегрузки, что необходимо для тестирования приборов, предназначенных для использования в экстремальных условиях.
• Температурные камеры: позволяют проверять работу инерциальных приборов при различных температурных режимах.
• Системы эмуляции движения (motion simulation systems): комплексно моделируют двигательную активность объекта с использованием программного обеспечения и роботизированных платформ.
• Калибровочные столы: предназначены для высокоточной настройки параметров измерительного оборудования с целью минимизации систематических ошибок.

            Вышеупомянутое оборудование помогает производителям инерциальной техники проводить всесторонние испытания своей продукции до выпуска её на рынок или использования в специализированных отраслях промышленности или научно-исследовательских проектах.

технологические материалы

                Технологические материалы, используемые для изготовления инерциальных приборов, должны обладать высокой точностью и стабильностью своих свойств. Вот краткое описание некоторых из них:

• Кварц — широко используется в качестве резонатора в гироскопах и акселерометрах благодаря его пьезоэлектрическим свойствам. Кварцевые гироскопы отличаются высокой точностью благодаря стабильности колебаний кварцевого резонатора.
• Кремний — материал, который часто применяется в микроэлектромеханических системах (МЭМС), которые находят применение в инерциальных датчиках. Кремний обладает хорошей механической прочностью и совместим с технологиями полупроводникового производства.
• Инвар — сплав железа и никеля с очень низким коэффициентом теплового расширения, что делает его полезным для создания элементов инерциальных приборов, размеры которых не должны изменяться при колебаниях температуры.
• Суперинвары — это улучшенные сплавы на основе инвара, имеющие ещё более низкий коэффициент теплового расширения. Они используются в наиболее ответственных деталях инерциальных систем.
• Боросиликатное стекло — тип стекла с хорошей химической и теплостойкостью, а также относительно низким коэффициентом теплового расширения. Эти свойства делают его подходящим для использования в оптико-инерциальных системах.
• Фоторезистивные материалы — чувствительные к свету полимерные материалы, которые применяются при производстве МЭМС компонентов посредством фотолитографии для создания миниатюризированных механических элементов.
• Пьезокерамические материалы — это вид керамики со способностью генерировать электрический потенциал при механическом давлении (пьезоэлемент). Эти материалы часто используются в акселерометрах и других датчиках за счет этого уникального свойства.
• Керамические материалы, такие как окись алюминия (Al2O3) — обладают хорошей механической прочностью; подходят для ответственных элементов.

                    Важно отметить, что выбор материла зависит от способности минимально изменять свое состояние под действием различного рода факторов: темпратурным перепадам, механическому изнашиванию и нагрузкам.