Подбор датчика перемещений для протеза верхней конечности

Student

Ufa State Aviation Technical University

Russian Federation, Ufa

In this work, the choice of a sensor for the prosthesis of the upper limb is performed. Having considered a certain number of models, we dwell on the most popular and relevant. A comparison of parameters and characteristics is made. The main parameters for work are highlighted. The best option is selected.

SENSORS, POSITION AND DISPLACEMENT SENSOR, ANGLE SENSOR, POTENTIOMETRIC SENSOR, WIRE.

Датчик перемещения – это прибор, предназначенный для определения величины линейного или углового механического перемещения какого-либо объекта. Разумеется, подобные приборы имеют колоссальное количество практических применений в самых разнообразных областях, поэтому существует множество классов датчиков перемещения, которые различаются по принципу действия, точности, цене и прочим параметрам. Следует сразу отметить, что все датчики перемещения можно разделить на две основных категории -датчики линейного перемещения и датчики углового перемещения. Нас интересует второй вариант, так при помощи рычажного двузвенника реализация работы всей системы является более надежной и простой. Из всех рассмотренных видов и типов (индуктивные, ёмкостные, оптические и т.д.) был выбран потенциометрический датчик угловых перемещений, так как является одним из самых точных, с меньшим количеством ограничений и удобных для нас, так включение в работу микроэлектродвигателя проще совершить манипуляцией напряжения.

Потенциометрический датчик представляет собой переменный резистор, к которому приложено питающее напряжение, его входной величиной является угловое перемещение токосъемного контакта, а выходной величиной - напряжение, снимаемое с этого контакта, изменяющееся по величине при изменении его положения.

Каркас выполняют из диэлектрического материала (текстолита, эбонита и др.) или металла (оксидированного алюминия). Для обмотки используют тонкий провод из константана, манганина, нихрома, а также сплавы из благородных металлов на основе платины, серебра и др. Провод датчика может быть покрыт либо эмалью, либо слоем окислов, изолирующих соседние витки друг от друга. Диаметр провода выбирают в пределах 0,03 - 0,1 мм для прецизионных датчиков и 0,3 - 0,4 мм - для датчиков низкого класса точности. Подвижный контакт (движок, щетка) выполняется либо из двух-трех проволок, изготовленных из сплава платины с иридием или из платины с бериллием, либо в виде пластинчатых щеток из серебра или фосфористой бронзы.

Подбирая модели потенциометрических датчиков положений и перемещений, было рассмотрено огромное количество моделей, на рисунках представлены популярные модели последних лет.

1. Датчик положения и перемещения угловой P-4501-A502 (рис.1)

Рис. 1. Датчик положения и перемещения угловой P-4501-A502

P-4501-A502 представляет собой поворотный датчик потенциометрического типа. Прибор имеет металлический корпус с шариковым подшипником, а проводящий резистивный элемент амортизирован эластомерами.

Таблица 1. Технические характеристики Датчик положения и перемещения угловой P-4501-A502.

Напряжение питания, В	0...42
Род тока	DC
Степень защиты оболочки	IP50
Угол, °	0…350
Точность угла, %	±0,075

Сопротивление резистора, кОм	5
Рабочая температура, °C	-40...+100
Температура окружающей среды, °C	-40...+100
Материал корпуса	Элоксированный алюминий

2. Датчик положения и перемещения угловой RFC-4851-636-111-202 (Рис.2)

Рис.2. Датчик положения и перемещения угловой RFC-4851-636-111-202

RFC-4851-636-111-202 это датчик угла поворота, спроектированный по технологии с раздельным корпусом. Предназначен для широкого промышленного применения по части измерения углов до 360° с точностью

0,5%.

Таблица 2. Технические характеристики Датчик положения и перемещения угловой RFC-4851636-111-202

Напряжение питания, В	18...30
Род тока	DC
Тип выхода	Аналоговый
Степень защиты оболочки	IP67

Угол, °	360
Точность угла, %	±0,5
Сопротивление резистора, кОм	5кОм
Рабочая температура, °C	-40...+125
Температура окружающей среды, °C	-40...+125

3. Датчик положения и перемещения угловой P-2201-A502

Рис.3. Датчик положения и перемещения угловой P-2201-A502

P-2201-A502 представляет собой поворотный датчик потенциометрического типа. Прибор имеет металлический корпус с шариковым подшипником, а проводящий резистивный элемент амортизирован эластомерами. Все модели поддерживают работу на высоких рабочих скоростях (10000 min-1).

Таблица 3. Технические характеристики Датчик положения и перемещения угловой P-2201-A502

Напряжение питания, В	0...42
Род тока	DC
Тип выхода	Делитель напряжения
Диапазон угловых отклонений, °	0…345

Точность угла, %	±0,2
Сопротивление резистора, кОм	5
Степень защиты оболочки	IP50
Рабочая температура, °C	-40...+100
Температура окружающей среды, °C	-40...+100

Выводы:   изучив технические характеристики и особенности рассмотренных угловых потенциометрических датчиков положений и перемещений можно выделить модель P-4501-A502, так как на фоне остальных выделяется данный датчик самой важной для манипулятора характеристикой – точностью. Его точность является самой высокой, относительно других датчиков, что позволит приблизить эксплуатацию разрабатываемого технического средства к цели – полноценная замена отсутствующей конечности. Подключение датчика, как уже было сказано выше, следует произвести проводами диаметром 0,03 – 0,1 мм. Рассмотрев провода, используемые для электроустановок, следует отметить МФГТЭ (в нашем случае подключение провизводится в разъемы, поэтому был выбран экранированный провод). Важным параметром является многожильность провода. При нашем допустимом низком диаметром сечения хорошо подходит провод МГТФЭ, диаметром 2х0,05 (ТУ 16-505.093-76).