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，抗干擾能力強，質(zhì)量輕、

2、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?，F(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。限位開關(guān)通常裝在

3、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、角速度傳感器是測速發(fā)

4、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，大大改善了機器人工

5、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(單軸力傳感

6、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 距離傳感器可用于機器人導(dǎo)航和回避障礙物，

7、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點圖像，并根據(jù)位置坐標(biāo)及攝像機光學(xué)特點

8、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理系統(tǒng)就是傳感器融合。傳感器的融合技術(shù)

9、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念。相信隨著機器人智能