第7章機(jī)電一體化檢測系統(tǒng)-PPT課件

1、第第7 7章機(jī)電一體化檢測系章機(jī)電一體化檢測系統(tǒng)統(tǒng)機(jī)電一體化二、相關(guān)知識(shí)二、相關(guān)知識(shí)二傳感器概述傳感器英文名稱：transducer/sensor是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。常用傳感器的輸出信號(hào)多為易于處理的電量，如電壓、電流、頻率等。傳感器由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件及測量轉(zhuǎn)換電路三局部組成，如圖3-35所示。機(jī)電一體化二、相關(guān)知識(shí)二、相關(guān)知識(shí)二傳感器概述-傳感器的分類傳感器技術(shù)涉及許多學(xué)科，它的分類方法很多，但在機(jī)電系統(tǒng)中常用的分類方法有兩種，一種按被測的物理量

2、來分；另一種是按傳感器的工作原理來分。1按被測物理量分類按被測物理量劃分有溫度傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器、流量傳感器、液位傳感器、力傳感器、扭矩傳感器等。2按傳感器工作的物理原理分類常用的有電阻式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器和光電式傳感器等。3按傳感器輸出信號(hào)的形式分類按傳感器輸出信號(hào)的形式分為將被測量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)的模擬傳感器和將被測量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號(hào)包括直接和間接轉(zhuǎn)換的數(shù)字傳感器。機(jī)電一體化二、相關(guān)知識(shí)二、相關(guān)知識(shí)二傳感器概述傳感器的特性1靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性是指對(duì)靜態(tài)的輸入信號(hào)，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有的關(guān)系。因?yàn)檩?/p>

3、入量和輸出量都和時(shí)間無關(guān)，所以傳感器的靜態(tài)特性可用一個(gè)不含時(shí)間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標(biāo)，把與其對(duì)應(yīng)的輸出量作縱坐標(biāo)而畫出的特性曲線來描述。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有：線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性、漂移等。機(jī)電一體化二、相關(guān)知識(shí)二、相關(guān)知識(shí)二傳感器概述傳感器的特性2動(dòng)態(tài)特性在實(shí)際的測量過程中，大量的被測物理量是隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)信號(hào)。這就要求傳感器輸出不僅能精確地反映被測量的大小，還要能正確地表現(xiàn)被測量隨時(shí)間變化的規(guī)律。這就要求了解傳感器的動(dòng)態(tài)特性。傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指在測量動(dòng)態(tài)信號(hào)時(shí)傳感器的輸出反映被測量的大小和隨時(shí)間變化的特性?？偟恼f來，傳感器的動(dòng)態(tài)特性取決于傳感器本身，另一方面

4、也與被測量的變化形式有關(guān)。一般來說，傳感器的動(dòng)態(tài)特性的主要技術(shù)指標(biāo)有：頻率特性、響應(yīng)時(shí)間、臨界速度等。機(jī)電一體化二、相關(guān)知識(shí)二、相關(guān)知識(shí)二傳感器概述傳感器的特性3線性度擬合直線的選取有多種方法。如將零輸入和滿量程輸出點(diǎn)相連的理論直線作為擬合直線；或?qū)⑴c特性曲線上各點(diǎn)偏差的平方和為最小的理論直線作為擬合直線，此擬合直線稱為最小二乘法擬合直線。4靈敏度靈敏度是指傳感器在穩(wěn)態(tài)工作情況下輸出量變化y對(duì)輸入量變化x的比值。它是輸出一輸入特性曲線的斜率。如果傳感器的輸出和輸入之間顯線性關(guān)系，那么靈敏度S是一個(gè)常數(shù)。否那么，它將隨輸入量的變化而變化。靈敏度的量綱是輸出、輸入量的量綱之比。機(jī)電一體化二、相關(guān)知

5、識(shí)二、相關(guān)知識(shí)三工業(yè)機(jī)器人的感覺系統(tǒng)介紹人的感覺有視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺、平衡感覺等，如圖3-36所示。人通過感覺器官獲取周圍環(huán)境的信息，通過對(duì)這些信息的分析、處理從而適應(yīng)環(huán)境。與人相似，機(jī)器人也需要獲得周圍環(huán)境的信息才能靈活地適應(yīng)環(huán)境。機(jī)器人感覺信息的取得是通過傳感器來實(shí)現(xiàn)的。從傳感器取得了環(huán)境的數(shù)據(jù)后，通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的分析處理形成對(duì)客觀世界的正確認(rèn)識(shí)，從而為執(zhí)行任務(wù)并正確處理突發(fā)事件提供依據(jù)。機(jī)電一體化二、相關(guān)知識(shí)二、相關(guān)知識(shí)三工業(yè)機(jī)器人的感覺系統(tǒng)介紹機(jī)電一體化二、相關(guān)知識(shí)二、相關(guān)知識(shí)三工業(yè)機(jī)器人的感覺系統(tǒng)介紹機(jī)器人傳感器分為外部檢測傳感器和內(nèi)部檢測傳感器兩大類。外部檢測傳感器包括視

6、覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺、接近覺，以及溫度、濕度、壓力等傳感器。通過各種外部檢測傳感器，機(jī)器人可從周圍環(huán)境及目標(biāo)特征來獲取信息，以便和外部環(huán)境發(fā)生交互作用進(jìn)而產(chǎn)生自校正和自適應(yīng)能力。內(nèi)部檢測傳感器由位置、加速度、速度計(jì)壓力傳感器組成，以機(jī)器人的坐標(biāo)來確定其位置，它被安裝在機(jī)器人的內(nèi)部，使機(jī)器人能感知自己當(dāng)前的狀態(tài)。機(jī)電一體化二、相關(guān)知識(shí)二、相關(guān)知識(shí)三工業(yè)機(jī)器人的感覺系統(tǒng)介紹1觸覺傳感器觸覺傳感器用于機(jī)器人中模仿觸覺功能的傳感器。觸覺是人與外界環(huán)境直接接觸時(shí)的重要感覺功能。觸覺傳感器按功能大致可分為接觸覺、壓覺、滑覺、力覺等。1接觸覺傳感器接觸覺傳感器是裝于機(jī)器人手爪上，用以判斷機(jī)器人(主要指

7、四肢)是否接觸到外界物體或測量被接觸物體的特征的傳感器。接觸覺傳感器可檢測機(jī)器人是否接觸目標(biāo)或環(huán)境，用于尋找物體或感知碰撞。機(jī)電一體化二、相關(guān)知識(shí)二、相關(guān)知識(shí)三工業(yè)機(jī)器人的感覺系統(tǒng)介紹1觸覺傳感器接觸覺是通過與物體彼此接觸而產(chǎn)生的，如圖3-37所示為二維矩陣接觸覺傳感器的配置方法，一般放在機(jī)器人手掌的內(nèi)側(cè)。圖中柔軟導(dǎo)體l可以使用導(dǎo)電橡膠、浸含導(dǎo)電涂料的氨基甲酸乙酯泡沫或碳素纖維等材料。陣列式接觸覺傳感器可用于測定自身與物體的接觸位置、被握物體的中心位置和傾斜度，甚至還可以識(shí)別物體的大小和形狀。機(jī)電一體化二、相關(guān)知識(shí)二、相關(guān)知識(shí)三工業(yè)機(jī)器人的感覺系統(tǒng)介紹2壓覺傳感器壓覺傳感器測量接觸外界物體時(shí)所

8、受壓力和壓力分布的傳感器。它有助于機(jī)器人對(duì)接觸對(duì)象的幾何形狀和硬度的識(shí)別。機(jī)電一體化二、相關(guān)知識(shí)二、相關(guān)知識(shí)三工業(yè)機(jī)器人的感覺系統(tǒng)介紹3滑覺傳感器機(jī)器人在抓取不知屬性的物體時(shí)，其自身應(yīng)能確定最正確握緊力的給定值。當(dāng)握緊力不夠時(shí)，要檢測被握緊物體的滑動(dòng)，考慮最可靠的夾持方法，實(shí)現(xiàn)此功能的傳感器稱為滑覺傳感器。機(jī)電一體化二、相關(guān)知識(shí)二、相關(guān)知識(shí)三工業(yè)機(jī)器人的感覺系統(tǒng)介紹機(jī)電一體化二、相關(guān)知識(shí)二、相關(guān)知識(shí)三工業(yè)機(jī)器人的感覺系統(tǒng)介紹4力覺傳感器力覺是指對(duì)機(jī)器人的指、肢和關(guān)節(jié)等運(yùn)動(dòng)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。通常機(jī)器人的力傳感器分為以下三類：裝在關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器上的力傳感器，稱為關(guān)節(jié)

9、力傳感器。它測量驅(qū)動(dòng)器本身的輸出力和力矩，用于控制運(yùn)動(dòng)中的力反響。裝在末端執(zhí)行器和機(jī)器人最后一個(gè)關(guān)節(jié)之間的力傳感器，稱為腕力傳感器。腕力傳感器能直接測出作用在末端執(zhí)行器上的各向力和力矩。裝在機(jī)器人手爪指關(guān)節(jié)上(或指上)的力傳感器，稱為指力傳感器。它用來測量夾持物體時(shí)的受力情況。機(jī)電一體化二、相關(guān)知識(shí)二、相關(guān)知識(shí)三工業(yè)機(jī)器人的感覺系統(tǒng)介紹機(jī)電一體化二、相關(guān)知識(shí)二、相關(guān)知識(shí)三工業(yè)機(jī)器人的感覺系統(tǒng)介紹2視覺傳感器研究結(jié)果說明，視覺獲得的感知信息占人對(duì)外界感知信息品80%，從這個(gè)角度也可以看出視覺系統(tǒng)的重要性。如圖3-42所示的視覺系統(tǒng)可以分為圖像輸入(獲取)、圖像處理和圖像輸出等幾個(gè)局部。圖中的視覺

10、傳感器是將景物的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件。機(jī)電一體化二、相關(guān)知識(shí)二、相關(guān)知識(shí)三工業(yè)機(jī)器人的感覺系統(tǒng)介紹機(jī)電一體化二、相關(guān)知識(shí)二、相關(guān)知識(shí)三工業(yè)機(jī)器人的感覺系統(tǒng)介紹3光位置傳感器光電位置傳感器PSD(Position Sensitive Detectors)是一種對(duì)入射到光敏面上的光點(diǎn)位置敏感的光電器件，其輸出信號(hào)與光點(diǎn)在光敏面上的位置有關(guān)。這種傳感器對(duì)光斑多的形狀無嚴(yán)格要求，即輸出信號(hào)與光的聚焦無關(guān)，只與光的能量中心位置有關(guān)。同時(shí)光敏面無需分割，消除了死區(qū)，可連續(xù)測量光斑位置，位置分辨率很高，一維可以到達(dá)m，光譜響應(yīng)寬，響應(yīng)速度快，可靠性高；而且可以同時(shí)檢測位置和光強(qiáng)信號(hào)。目前，PSD圖像傳感

11、器可應(yīng)用于光學(xué)位置和角度檢測、位移和振動(dòng)測量，光學(xué)遙測系統(tǒng)，激光對(duì)中和校準(zhǔn)，距離測試，人類運(yùn)動(dòng)姿態(tài)分析等領(lǐng)域。機(jī)電一體化二、相關(guān)知識(shí)二、相關(guān)知識(shí)四自動(dòng)生產(chǎn)線檢測裝置設(shè)計(jì)自動(dòng)生產(chǎn)線由自動(dòng)執(zhí)行裝置(包括各種執(zhí)行元件、機(jī)構(gòu)，如電機(jī)、電磁鐵、電磁閥、氣動(dòng)、液壓等)，經(jīng)各種檢測裝置(包括各種檢測器件、傳感器、儀表等)，檢測各裝置的工作進(jìn)程、工作狀態(tài)，經(jīng)邏輯、數(shù)理運(yùn)算、判斷，按生產(chǎn)工藝要求的程序，自動(dòng)進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)的流水線。自動(dòng)生產(chǎn)線是在連續(xù)流水線根底上進(jìn)一步開展形成的，是一種先進(jìn)的生產(chǎn)組織形式。目前生產(chǎn)線中用到的傳感器有：接近開關(guān)和光電傳感器等。機(jī)電一體化二、相關(guān)知識(shí)二、相關(guān)知識(shí)四自動(dòng)生產(chǎn)線檢測裝置設(shè)計(jì)自

12、動(dòng)生產(chǎn)線由自動(dòng)執(zhí)行裝置(包括各種執(zhí)行元件、機(jī)構(gòu)，如電機(jī)、電磁鐵、電磁閥、氣動(dòng)、液壓等)，經(jīng)各種檢測裝置(包括各種檢測器件、傳感器、儀表等)，檢測各裝置的工作進(jìn)程、工作狀態(tài)，經(jīng)邏輯、數(shù)理運(yùn)算、判斷，按生產(chǎn)工藝要求的程序，自動(dòng)進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)的流水線。自動(dòng)生產(chǎn)線是在連續(xù)流水線根底上進(jìn)一步開展形成的，是一種先進(jìn)的生產(chǎn)組織形式。目前生產(chǎn)線中用到的傳感器有：接近開關(guān)和光電傳感器等。機(jī)電一體化二、相關(guān)知識(shí)二、相關(guān)知識(shí)四自動(dòng)生產(chǎn)線檢測裝置設(shè)計(jì)1.接近開關(guān)在各類開關(guān)中，能夠?qū)咏奈锛小案兄芰Φ脑Q為位移傳感器。利用位移傳感器對(duì)接近物體的敏感特性到達(dá)控制開關(guān)通斷目的的開關(guān)為接近開關(guān)。接近開關(guān)是一種新型集成

13、化的開關(guān)，是理想的電子開關(guān)量傳感器。具有體積小、頻率響應(yīng)快、電壓范圍寬、抗干擾能力強(qiáng)、復(fù)定位精度高、操作頻率高、工作可靠、壽命長、功耗低、耐腐蝕、耐振動(dòng)以及能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境等特點(diǎn)。常見的感應(yīng)類型有感應(yīng)型、靜電容量型、超聲波型、光電型、磁力型等。機(jī)電一體化二、相關(guān)知識(shí)二、相關(guān)知識(shí)四自動(dòng)生產(chǎn)線檢測裝置設(shè)計(jì)機(jī)電一體化二、相關(guān)知識(shí)二、相關(guān)知識(shí)四自動(dòng)生產(chǎn)線檢測裝置設(shè)計(jì)機(jī)電一體化二、相關(guān)知識(shí)二、相關(guān)知識(shí)四自動(dòng)生產(chǎn)線檢測裝置設(shè)計(jì)機(jī)電一體化二、相關(guān)知識(shí)二、相關(guān)知識(shí)四自動(dòng)生產(chǎn)線檢測裝置設(shè)計(jì)機(jī)電一體化二、相關(guān)知識(shí)二、相關(guān)知識(shí)四自動(dòng)生產(chǎn)線檢測裝置設(shè)計(jì)機(jī)電一體化二、相關(guān)知識(shí)二、相關(guān)知識(shí)四自動(dòng)生產(chǎn)線檢測裝置設(shè)計(jì)機(jī)電一體化二、相關(guān)知識(shí)二、相關(guān)知識(shí)四自動(dòng)生產(chǎn)線檢測裝置設(shè)計(jì)機(jī)電一體化二、相關(guān)知識(shí)二、相關(guān)知識(shí)四自動(dòng)生產(chǎn)線檢測裝置設(shè)計(jì)機(jī)電一體化二、相關(guān)知識(shí)二、相關(guān)知識(shí)四自動(dòng)生產(chǎn)線檢測裝置