工業(yè)機(jī)器人的傳感器

1、工業(yè)機(jī)器人的傳感器一.工業(yè)機(jī)器人的感覺系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的傳感器主要分為：1.工業(yè)機(jī)器人的感覺系統(tǒng)2.工業(yè)機(jī)器人內(nèi)部傳感器3.工業(yè)機(jī)器人外部傳感器4.工業(yè)機(jī)器人傳感器應(yīng)用其中工業(yè)機(jī)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(jī)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(jī)上，包括位移、速度、加速度傳感器，是為了檢測機(jī)器人操作機(jī)內(nèi)部狀態(tài)，在伺服控制系統(tǒng)中作為反饋信號(hào)。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(jī)器人的聯(lián)系。工業(yè)機(jī)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(qiáng)，質(zhì)量輕、體積小

2、、安裝方便。其特定要求有適應(yīng)加工任務(wù)要求，滿足機(jī)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.工一機(jī)器人內(nèi)部傳感器在工業(yè)機(jī)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(jī)器人反饋控制中不可缺少的元件?，F(xiàn)已有多種傳感器大吊牛產(chǎn)，但傾斜角傳感器、方位角傳感器及振動(dòng)傳感器等用作機(jī)器人內(nèi)部傳感器的時(shí)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(gè)狀態(tài)俏、用于檢測機(jī)器人的起始原點(diǎn)、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(dòng)部分（稱為執(zhí)行器）時(shí)，開關(guān)的電氣觸點(diǎn)斷開或接通。限位開關(guān)通常裝在盒里，以防

3、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(shí)，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(jī)器人關(guān)節(jié)線位移和角位移的傳感器是機(jī)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）諫度、角諫度測吊速度、角速度測抗是驅(qū)動(dòng)器反饋捽制必不可少的環(huán)節(jié)。有時(shí)也利用測位移傳感器測量速度及檢測單位采樣時(shí)間位移量，但這種方法有其局限性：低速時(shí)測量不穩(wěn)定的危險(xiǎn)；高速時(shí)，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)電機(jī)或成為轉(zhuǎn)速表

4、的傳感器、比率發(fā)電機(jī)測量角速度的測速發(fā)電機(jī)，可按其構(gòu)造分為直流測速發(fā)電機(jī)、交流測速發(fā)電機(jī)和感應(yīng)式交流測速發(fā)電機(jī)。4）加速度測量隨著機(jī)器人的高速比、高精度化，機(jī)器人的振動(dòng)問題提上日程。為了解決振動(dòng)問題，有時(shí)在機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)手臂等位置安裝加速度傳感器，測量振動(dòng)加速度，并把它反饋到驅(qū)動(dòng)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(jī)器人外部傳感器工業(yè)機(jī)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(jī)器人與它們的關(guān)系，在機(jī)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(jī)器人工作狀況，使其能夠更充分地完

5、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(jī)器人的功能越來越強(qiáng)大，將在許多領(lǐng)域?yàn)槿祟愖鲇筛筘暙I(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(jī)械刺激感覺的綜合，觸覺可以用來進(jìn)行機(jī)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(jī)器人觸覺傳感器（2）力覺傳感器力覺是指對機(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，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（單軸力傳感器）、力矩表（單軸力矩傳感

6、器）、手指傳感器（檢測機(jī)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(jī)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(jì)測吊位載產(chǎn)牛的位移的差動(dòng)變壓器、電容位移計(jì)式。在選用力傳感器時(shí)，首先要特別注意額定值，其次在機(jī)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(jī)器人上實(shí)際安裝使用力覺傳感器時(shí)，一定要事先檢查操作區(qū)域，清除障礙物。這對實(shí)驗(yàn)者的人身安全、對保證機(jī)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(jī)器人導(dǎo)航和回避障礙物，也可用于機(jī)器人空間內(nèi)的物體進(jìn)行定位

7、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(jī)械振動(dòng)波，利用發(fā)射脈沖和接收脈沖的時(shí)間間隔推算由距離。超聲波測距法的缺點(diǎn)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：氮笳激光器固定在基線上，在基線的一端由反射鏡將激光點(diǎn)射向被測物體，反射鏡固定在電動(dòng)機(jī)軸上，電動(dòng)機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn)，使激光點(diǎn)穩(wěn)定地對被測目標(biāo)掃描。由CCD（電荷耦合器件）攝像機(jī)接受反射光，采用圖像處理的方法檢測由激光點(diǎn)圖像，并根據(jù)位置坐標(biāo)及攝像機(jī)光學(xué)特點(diǎn)計(jì)算由激光反射角。利用三角測距原理即可算由

8、反射點(diǎn)的位置。（4）其他外部傳感器除以上介紹的機(jī)器人外部傳感器外，還可根據(jù)機(jī)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(jī)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(jī)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，并且又能給由環(huán)境或?qū)ο蟮牟糠只蛘麄€(gè)側(cè)面的信息，為了有效地利用這些傳感器信息，需要采用奧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)涉及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、知識(shí)工程、模糊理論等信息、檢測、控

9、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(shí)，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(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)中，車輛位置的確定可以通過計(jì)算法定位系統(tǒng)（利用速度、方向等記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)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(jì)算法的值進(jìn)行修正，否則利用計(jì)算法所得的結(jié)果。2）互補(bǔ)性的：傳感器提供不同形式的數(shù)據(jù)。例如.識(shí)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(jī)和激光測距儀確定一段階梯道路，彩色攝像機(jī)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(shí)別、控制體系，但由于對后者尚無一個(gè)明確的工程學(xué)的闡述，所以機(jī)器人傳感器融合體系要具備什么樣的功能尚是一個(gè)模糊的概念。相信隨著機(jī)器人智能水平的提高，多傳感器信息融合理論和技術(shù)將會(huì)逐步完善和系統(tǒng)化。四.工業(yè)機(jī)器人傳感器應(yīng)用：1 .裝配作業(yè)中的應(yīng)用：吸塵器自動(dòng)裝配實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)2 .機(jī)器人非接觸式檢測:日立自主控