工業(yè)機器人的傳感器

1、.工業(yè)機器人的傳感器一工業(yè)機器人的感覺系統(tǒng)工業(yè)機器人的傳感器主要分為： 1.工業(yè)機器人的感覺系統(tǒng) 2 . 工業(yè)機器人內(nèi)部傳感器 3 . 工業(yè)機器人外部傳感器 4 . 工業(yè)機器人傳感器應(yīng)用其中工業(yè)機器人的感覺系統(tǒng)的基本組成為： 視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺、平衡感覺和其他，而工業(yè)機器人傳感器按用途可分為內(nèi)部傳感器和外部傳感器。其中內(nèi)部傳感器裝在操作機上，包括位移、速度、加速度傳感器，是為了檢測機器人操作機內(nèi)部狀態(tài)，在伺服控制系統(tǒng)中作為反饋信號。外部傳感器，如視覺、觸覺、力覺距離等傳感器，是為了檢測作業(yè)對象及環(huán)境與機器人的聯(lián)系。工業(yè)機器人傳感器的一般要求有精度高、重復(fù)性好，穩(wěn)定性和可靠性好，抗干擾

2、能力強，質(zhì)量輕、體積小、安裝方便。其特定要求有適應(yīng)加工任務(wù)要求，滿足機器人控制的要求，滿足安全性要求以及其它輔助工作的要求。二工業(yè)機器人內(nèi)部傳感器在工業(yè)機器人內(nèi)部傳感器中，位置傳感器和速度傳感器，是當(dāng)今機器人反饋控制中不可缺少的元件。現(xiàn)已有多種傳感器大量生產(chǎn)，但傾斜角傳感器、方位角傳感器及振動傳感器等用作機器人內(nèi)部傳感器的時間不長，其性能尚需進(jìn)一步改進(jìn)。內(nèi)部傳感器功能分類有：.1）規(guī)定位置、規(guī)定角度的檢測檢測預(yù)先規(guī)定的位置或角度，可以用開/關(guān)兩個狀態(tài)值，用于檢測機器人的起始原點、越限位置或確定位置。微型開關(guān)：規(guī)定的位移或力作用到微型開關(guān)的可動部分(稱為執(zhí)行器 )時，開關(guān)的電氣觸點斷開或接通。限

3、位開關(guān)通常裝在盒里，以防外力的作用和水、油、塵埃的侵蝕。光電開關(guān)：光電開關(guān)是由led 光源和光敏二極管或光敏晶體管等光敏元件組成，相隔一定距離而構(gòu)成的透光式開關(guān)。當(dāng)光由基準(zhǔn)位置的遮光片通過光源和光敏元件的縫隙時，光射不到光敏元件上，而起到開關(guān)的作用2）位置、角度測量測量機器人關(guān)節(jié)線位移和角位移的傳感器是機器人位置反饋控制中必不可少的元件。a)電位器b)旋轉(zhuǎn)變壓器c)編碼器3）速度、角速度測量速度、角速度測量是驅(qū)動器反饋控制必不可少的環(huán)節(jié)。有時也利用測位移傳感器測量速度及檢測單位采樣時間位移量，但這種方法有其局限性：低速時測量不穩(wěn)定的危險；高速時，只能獲得較低的測量精度。最通用的速度、角速度傳感

4、器是測速發(fā)電機或成為轉(zhuǎn)速表的.傳感器、比率發(fā)電機。測量角速度的測速發(fā)電機，可按其構(gòu)造分為直流測速發(fā)電機、交流測速發(fā)電機和感應(yīng)式交流測速發(fā)電機。4）加速度測量隨著機器人的高速比、高精度化，機器人的振動問題提上日程。為了解決振動問題，有時在機器人的運動手臂等位置安裝加速度傳感器，測量振動加速度，并把它反饋到驅(qū)動器上。a)應(yīng)變片加速度傳感器b)伺服加速度傳感器c)壓電感應(yīng)加速度傳感器d)其他類型傳感器三工業(yè)機器人外部傳感器工業(yè)機器人外部傳感器的作用是為了檢測作業(yè)對象及環(huán)境或機器人與它們的關(guān)系，在機器人上安裝了觸覺傳感器、視覺傳感器、力覺傳感器、接近覺傳感器、超聲波傳感器和聽覺傳感器，大大改善了機器人

5、工作狀況，使其能夠更充分地完成復(fù)雜的工作。由于外部傳感器為集多種學(xué)科于一身的產(chǎn)品，有些方面還在探索之中，隨著外部傳感器的進(jìn)一步完善，機器人的功能越來越強大，將在許多領(lǐng)域為人類做出更大貢獻(xiàn)。外部傳感器功能分類：.（ 1）觸覺傳感器觸覺是接觸、沖擊、壓迫等機械刺激感覺的綜合，觸覺可以用來進(jìn)行機器人抓取，利用觸覺可進(jìn)一步感知物體的形狀、軟硬等物理性質(zhì)。一般把檢測感知和外部直接接觸而產(chǎn)生的接觸覺、壓力、觸覺及接近覺的傳感器稱為機器人觸覺傳感器（ 2）力覺傳感器力覺是指對機器人的指、肢和關(guān)節(jié)等運動中所受力的感知.主要包括：腕力覺、關(guān)節(jié)力覺和支座力覺等，根據(jù)被測對象的負(fù)載， 可以把力傳感器分為測力傳感器

6、(單軸力傳感器 )、力矩表 (單軸力矩傳感器 ) 、手指傳感器 (檢測機器人手指作用力的超小型單軸力傳感器 )和六軸力覺傳感器。力覺傳感器根據(jù)力的檢測方式不同，可以分為：1) 檢測應(yīng)變或應(yīng)力的應(yīng)變片式， 應(yīng)變片力覺傳感器被機器人廣泛采用；2) 利用壓電效應(yīng)的壓電元件式；3) 用位移計測量負(fù)載產(chǎn)生的位移的差動變壓器、 電容位移計式。在選用力傳感器時，首先要特別注意額定值，其次在機器人通常的力控制中，力的精度意義不大，重要的是分辨率。在機器人上實際安裝使用力覺傳感器時，一定要事先檢查操作區(qū)域，清除障礙物。這對實驗者的人身安全、對保證.機器人及外圍設(shè)備不受損害有重要意義。（ 3）距離傳感器距離傳感器

7、可用于機器人導(dǎo)航和回避障礙物，也可用于機器人空間內(nèi)的物體進(jìn)行定位及確定其一般形狀特征。目前最常用的測距法有兩種：1) 超聲波測距法超聲波是頻率20khz 以上的機械振動波，利用發(fā)射脈沖和接收脈沖的時間間隔推算出距離。超聲波測距法的缺點是波束較寬，其分辨力受到嚴(yán)重的限制，因此，主要用于導(dǎo)航和回避障礙物。2) 激光測距法： 激光測距法也可以利用回波法， 或者利用激光測距儀，其工作原理如下：氦氖激光器固定在基線上，在基線的一端由反射鏡將激光點射向被測物體，反射鏡固定在電動機軸上，電動機連續(xù)旋轉(zhuǎn)，使激光點穩(wěn)定地對被測目標(biāo)掃描。由ccd( 電荷耦合器件 )攝像機接受反射光， 采用圖像處理的方法檢測出激光

8、點圖像，并根據(jù)位置坐標(biāo)及攝像機光學(xué)特點計算出激光反射角。利用三角測距原理即可算出反射點的位置。(4) 其他外部傳感器除以上介紹的機器人外部傳感器外，還可根據(jù)機器人特殊用途安裝聽覺傳感器、味覺傳感器及電磁波傳感器，而這些機器人主要用于科學(xué)研究、海洋資源探測或食品分析、救.火等特殊用途。這些傳感器多數(shù)屬于開發(fā)階段，有待于更進(jìn)一步完善，以豐富機器人專用功能。(5) 傳感器融合系統(tǒng)中使用的傳感器種類和數(shù)量越來越多，每種傳感器都有一定的使用條件和感知范圍，并且又能給出環(huán)境或?qū)ο蟮牟糠只蛘麄€側(cè)面的信息，為了有效地利用這些傳感器信息，需要采用某種形式對傳感器信息進(jìn)行綜合、融合處理，不同類型信息的多種形式的處

9、理系統(tǒng)就是傳感器融合。傳感器的融合技術(shù)涉及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、知識工程、模糊理論等信息、檢測、控制領(lǐng)域的新理論和新方法。傳感器匯集類型有多種，現(xiàn)舉兩種例子。1) 競爭性的：在傳感器檢測同一環(huán)境或同一物體的同一性質(zhì)時，傳感器提供的數(shù)據(jù)可能是一致的，也可能是矛盾的。若有矛盾，就需要系統(tǒng)裁決。裁決的方法有多種，如加權(quán)平均法、決策法等。在一個導(dǎo)航系統(tǒng)中，車輛位置的確定可以通過計算法定位系統(tǒng) (利用速度、方向等記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行計算 )或陸標(biāo) (如交叉路口、人行道等參照物 )觀測確定。若陸標(biāo)觀測成功，則用陸標(biāo)觀測的結(jié)果，并對計算法的值進(jìn)行修正，否則利用計算法所得的結(jié)果。2) 互補性的： 傳感器提供不同形式的數(shù)據(jù)。 例如，識別三維物體的任務(wù)就說明這種類型的融合。利用彩色攝像機和激光測距儀確定一段階梯道路，彩色攝像機提供圖像(如顏.色、特征 ) ，而激光測距儀提供距離信息，兩者融合即可獲得三維信息。目前，要使多傳感器信息融合體系化尚有困難，而且缺乏理論依據(jù)。多傳感器信息融合的理想目標(biāo)應(yīng)是人類的感覺、識別、控制體系，但由于對后者尚無一個明確的工程學(xué)的闡述，所以機器人傳感器融合體系要具備什么樣的功能尚是一個模糊的概