工業(yè)機(jī)器人課程學(xué)習(xí)課件第5章-工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)

目錄第一章工業(yè)機(jī)器人概論第二章工業(yè)機(jī)器人的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)第三章工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)第四章工業(yè)機(jī)器人的動(dòng)力系統(tǒng)第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)第六章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)第七章工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)主要內(nèi)容5.1工業(yè)機(jī)器人感知技術(shù)概述（了解）5.2工業(yè)機(jī)器人傳感器概述（了解）5.3工業(yè)機(jī)器人內(nèi)部傳感器（掌握）5.4工業(yè)機(jī)器人外部傳感器（掌握）5.5工業(yè)機(jī)器人視覺(jué)技術(shù)（了解）工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)主要內(nèi)容工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)概述：機(jī)器人感知系統(tǒng)擔(dān)任著機(jī)器人神經(jīng)系統(tǒng)的角色，將機(jī)器人各種內(nèi)部狀態(tài)信息和環(huán)境信息從信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)器人自身或者機(jī)器人之間能夠理解和應(yīng)用的數(shù)據(jù)、信息甚至知識(shí)，它與機(jī)器人控制系統(tǒng)和決策系統(tǒng)組成機(jī)器人的核心。機(jī)器人任何行動(dòng)都要從感知環(huán)境開(kāi)始，如果這個(gè)過(guò)程遇到障礙，那么它以后的所有行動(dòng)都沒(méi)有依托。沒(méi)有傳感器組成的感知系統(tǒng)的支持，就相當(dāng)于人失去了眼睛、鼻子等感覺(jué)器官。一個(gè)機(jī)器人的智能在很大程度上取決于它的感覺(jué)系統(tǒng)。第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)概述：第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.1工業(yè)機(jī)器人感知技術(shù)概述

機(jī)器人感知系統(tǒng)通常由多種傳感器或視覺(jué)系統(tǒng)組成。目前，構(gòu)成機(jī)器人感知和控制的傳感器種類繁多，具體包括視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、力覺(jué)、距離覺(jué)、平衡覺(jué)等類型傳感器。

傳感器用于為機(jī)器人系統(tǒng)提供輸入信息，由這些傳感器組成的“感覺(jué)”外部環(huán)境的系統(tǒng)就構(gòu)成了機(jī)器人的感知系統(tǒng)，它將機(jī)器人內(nèi)部狀態(tài)信息（位置、姿態(tài)、線速度、角速度、加速度、角加速度、平衡）和外部環(huán)境信息轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)器人系統(tǒng)自身、機(jī)器人相互之間能夠理解和應(yīng)用的數(shù)據(jù)、信息、知識(shí)的系統(tǒng)，包括各種機(jī)器人專用傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換、處理器構(gòu)成的硬件部分和傳感器識(shí)別、校準(zhǔn)、信息融合與傳感數(shù)據(jù)庫(kù)所構(gòu)成的軟件部分。

對(duì)于不同傳感器，原理雖各不相同，但無(wú)論是那種原理的傳感器，最后都需要將被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電阻、電容、電感等電量信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理變?yōu)橛?jì)算機(jī)能夠識(shí)別、傳輸?shù)男盘?hào)；對(duì)于執(zhí)行器，則需要將控制數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流、電壓信號(hào)。第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.1工業(yè)機(jī)第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)人與機(jī)器人的感覺(jué)研究機(jī)器人，首先從模仿人開(kāi)始。通過(guò)考察人的勞動(dòng)發(fā)現(xiàn)，人類是通過(guò)5種熟知的感官（視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)和觸覺(jué)）接收外界信息的，這些信息通過(guò)神經(jīng)傳遞給大腦，大腦對(duì)這些分散的信息進(jìn)行加工、綜合后發(fā)出行為指令，調(diào)動(dòng)肌體（如手足等）執(zhí)行某些動(dòng)作。如果希望機(jī)器人代替人類勞動(dòng)，可以將當(dāng)今的計(jì)算機(jī)看做與大腦相當(dāng)，機(jī)器人的機(jī)構(gòu)本體（執(zhí)行機(jī)構(gòu)）可與肌體相當(dāng)，機(jī)器人的各種外部傳感器可與五官相當(dāng)。計(jì)算機(jī)是人類大腦或智力的外延，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是人類四肢的外延，傳感器視人類五官的外延。機(jī)器人要獲得環(huán)境信息，同人類一樣需要通過(guò)感覺(jué)器官。機(jī)器人的感覺(jué)要使機(jī)器人擁有智能，對(duì)環(huán)境變化作出反應(yīng)，首先，必須使機(jī)器人具有感知環(huán)境的能力，用傳感器采集信息是機(jī)器人智能化的第一步；其次，如何采取適當(dāng)?shù)姆椒?，將多個(gè)傳感器獲取的環(huán)境信息加以綜合處理，控制機(jī)器人進(jìn)行智能作業(yè)，則是提高機(jī)器人智能程度的重要體現(xiàn)。因此，傳感器及其信息處理系統(tǒng)，是構(gòu)成機(jī)器人智能的重要部分，它為機(jī)器人智能作業(yè)提供決策依據(jù)。第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)人與機(jī)器人的第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)器人的感覺(jué)包括：

第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)器人的感覺(jué)第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.2工業(yè)機(jī)器人傳感器技術(shù)概述1.傳感器的定義傳感器是一種以一定精度測(cè)量出物體的物理、化學(xué)變化（如位移、力、加速度、溫度等），并將這些變化變換成與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的、易于精確處理和測(cè)量的某種電信號(hào)（如電壓、電流和頻率）的檢測(cè)部件或裝置，通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路和輔助電源四部分組成，第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.2工業(yè)機(jī)第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.2工業(yè)機(jī)器人傳感器技術(shù)概述2.工業(yè)傳感器分類機(jī)器人傳感器有多種分類方法，如接觸式傳感器或非接觸式傳感器、內(nèi)部信息傳感器或外部傳感器、無(wú)源傳感器或有源傳感器、無(wú)擾傳感器或擾動(dòng)傳感器等?！墙佑|式傳感器以某種電磁射線（可見(jiàn)光、X射線、紅外線、雷達(dá)波和電磁射線等）、聲波、超聲波的形式來(lái)測(cè)量目標(biāo)的響應(yīng)。▲接觸式傳感器則以某種實(shí)際接觸（如觸碰、力或力矩、壓力、位置、溫度、磁量、電量等）形式來(lái)測(cè)量目標(biāo)的響應(yīng)。最普通的觸覺(jué)傳感器就是一個(gè)簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)，當(dāng)它接觸零部件時(shí)，開(kāi)關(guān)閉合?！鴥?nèi)部信息傳感器是以機(jī)器人本身的坐標(biāo)軸來(lái)確定其位置，安裝在機(jī)器人自身中，用來(lái)感知機(jī)器人自己的狀態(tài)，采集機(jī)器人本體、關(guān)節(jié)和手爪的位移、速度、加速度等來(lái)自機(jī)器人內(nèi)部的信息，以調(diào)整和控制機(jī)器人的行動(dòng)。內(nèi)部傳感器通常由位置、加速度、速度及壓力傳感器等組成?！獠總鞲衅饔糜跈C(jī)器人對(duì)周圍環(huán)境、目標(biāo)物的狀態(tài)特征獲取信息，使機(jī)器人和環(huán)境發(fā)生交互作用，采集機(jī)器人和外部環(huán)境以及工作對(duì)象之間相互作用的信息，從而使機(jī)器人對(duì)環(huán)境有自校正和自適應(yīng)能力。第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.2工業(yè)機(jī)第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)信號(hào)傳感器強(qiáng)度點(diǎn)光電池、光倍增管、一維陣列、二維陣列面二維陣列或其等效（低維數(shù)列掃描）距離點(diǎn)發(fā)射器（激光、平面光）/接收器（光倍增管、一維陣列、二維陣列、兩個(gè)一維或二維陣列、聲波掃描）面發(fā)射器（激光、平面光）/接收器（光倍增管、二維陣列）、二維陣列或其等效聲感點(diǎn)聲音傳感器面聲音傳感器的二維陣列或其等效力點(diǎn)力傳感器觸覺(jué)點(diǎn)微型開(kāi)關(guān)、觸覺(jué)傳感器的二維陣列或其等效面觸覺(jué)傳感器的二維陣列或其等效溫度點(diǎn)熱電偶、紅外線傳感器面紅外線傳感器的二維陣列或其等效5.2工業(yè)機(jī)器人傳感器技術(shù)概述2.工業(yè)傳感器分類第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)信號(hào)傳感器強(qiáng)第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.2工業(yè)機(jī)器人傳感器技術(shù)概述3.工業(yè)傳感器性能指標(biāo)1）靈敏度靈敏度是指?jìng)鞲衅鞯妮敵鲂盘?hào)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，輸出信號(hào)變化與輸入信號(hào)變化的比值。假如傳感器的輸出和輸入呈線性關(guān)系，其靈敏度可表示為假如傳感器的輸出與輸入呈非線性關(guān)系，其靈敏度就是該曲線的導(dǎo)數(shù)。傳感器輸出量的量綱和輸入量的量綱不一定相同。若輸出和輸入具有相同的量綱，則傳感器的靈敏度也稱為放大倍數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，傳感器的靈敏度越大越好，這樣可以使傳感器的輸出信號(hào)精確度更高、線性程度更好。但是過(guò)高的靈敏度有時(shí)會(huì)導(dǎo)致傳感器的輸出穩(wěn)定性下降，所以應(yīng)根據(jù)機(jī)器人的要求選擇大小適中的傳感器靈敏度。式中：s為傳感器的靈敏度；?y為傳感器輸出信號(hào)的增量；?x為傳感器輸入信號(hào)的增量。第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.2工業(yè)機(jī)第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)3.工業(yè)傳感器性能指標(biāo)2）線性度線性度反映傳感器輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間的線性程度。假設(shè)傳感器的輸出信號(hào)為y，輸入信號(hào)為x，則輸出信號(hào)

與輸入信號(hào)

之間的線性關(guān)系可表示為若k為常數(shù)，或者近似為常數(shù)，則傳感器的線性度較高；如果k是一個(gè)變化較大的量，則傳感器的線性度較差。機(jī)器人控制系統(tǒng)應(yīng)該選用線性度較高的傳感器。實(shí)際上，只有在少數(shù)情況下，傳感器的輸出和輸入才呈線性關(guān)系。在大多數(shù)情況下，k為x的函數(shù)，即如果傳感器的輸入量變化不太大，且a0、a1…an都遠(yuǎn)小于a0，那么可以取k=a0，近似地把傳感器的輸出和輸入看成線性關(guān)系。常用的線性化方法有割線法、最小二乘法、最小誤差法等。第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)3.工業(yè)傳感第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)3.工業(yè)傳感器性能指標(biāo)3）測(cè)量范圍測(cè)量范圍是指被測(cè)量的最大允許值和最小允許值之差。一般要求傳感器的測(cè)量范圍必須覆蓋機(jī)器人有關(guān)被測(cè)量的工作范圍。如果無(wú)法達(dá)到這一要求，可以設(shè)法選用某種轉(zhuǎn)換裝置，但這樣會(huì)引入某種誤差，使傳感器的測(cè)量精度受到一定的影響。4）精度精度是指?jìng)鞲衅鞯臏y(cè)量輸出值與實(shí)際被測(cè)量值之間的誤差。在機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)的工作精度要求選擇合適的傳感器精度。應(yīng)該注意傳感器精度的使用條件和測(cè)量方法。使用條件應(yīng)包括機(jī)器人所有可能的工作條件，如不同的溫度、濕度、運(yùn)動(dòng)速度、加速度，以及在可能范圍內(nèi)的各種負(fù)載作用等。用于檢測(cè)傳感器精度的測(cè)量?jī)x器必須具有比傳感器高一級(jí)的精度，進(jìn)行精度測(cè)試時(shí)也需要考慮最壞的工作條件。第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)3.工業(yè)傳感第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)3.工業(yè)傳感器性能指標(biāo)5）重復(fù)性在相同測(cè)量條件下，對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行連續(xù)多次測(cè)量所得結(jié)果之間的一致性。若一致性好，傳感器的測(cè)量誤差就越小，重復(fù)性越好。對(duì)于多數(shù)傳感器來(lái)說(shuō)，重復(fù)性指標(biāo)都優(yōu)于精度指標(biāo)，這些傳感器的精度不一定很高，但只要溫度、濕度、受力條件和其它參數(shù)不變，傳感器的測(cè)量結(jié)果也不會(huì)有較大變化，同樣，對(duì)于傳感器的重復(fù)性也應(yīng)考慮使用條件和測(cè)試方法的問(wèn)題。對(duì)于示教-再現(xiàn)型機(jī)器人，傳感器的重復(fù)性至關(guān)重要，它直接關(guān)系到機(jī)器人能否準(zhǔn)確再現(xiàn)示教軌跡。6）分辨率分辨率是指?jìng)鞲衅髟谡麄€(gè)測(cè)量范圍內(nèi)所能識(shí)別的被測(cè)量的最小變化量，或者所能辨別的不同被測(cè)量的個(gè)數(shù)。如果它辨別的被測(cè)量最小變化量越小，或者被測(cè)量個(gè)數(shù)越多，則分辨率越高；反之，則分辨率越低。無(wú)論是示教-再現(xiàn)型機(jī)器人，還是可編程型機(jī)器人，都對(duì)傳感器的分辨率有一定的要求。傳感器的分辨率直接影響機(jī)器人的可控程度和控制品質(zhì)。一般需要根據(jù)機(jī)器人的工作任務(wù)規(guī)定傳感器分辨率的最低限度要求。第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)3.工業(yè)傳感第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)3.工業(yè)傳感器性能指標(biāo)7）響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間是傳感器的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，是指?jìng)鞲衅鞯妮斎胄盘?hào)變化后，其輸出信號(hào)隨之變化并達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值所需要的時(shí)間。在某些傳感器中，輸出信號(hào)在達(dá)到某一穩(wěn)定值以前會(huì)發(fā)生短時(shí)間的振蕩。傳感器輸出信號(hào)的振蕩對(duì)于機(jī)器人控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)非常不利，它有時(shí)可能會(huì)造成一個(gè)虛設(shè)位置，影響機(jī)器人的控制精度和工作精度，所以傳感器的響應(yīng)時(shí)間越短越好。響應(yīng)時(shí)間的計(jì)算應(yīng)當(dāng)以輸入信號(hào)起始變化的時(shí)刻為始點(diǎn)，以輸出信號(hào)達(dá)到穩(wěn)定值的時(shí)刻為終點(diǎn)。實(shí)際上，還需要規(guī)定一個(gè)穩(wěn)定值范圍，只要輸出信號(hào)的變化不再超出此范圍，即可認(rèn)為它已經(jīng)達(dá)到了穩(wěn)定值。8）抗干擾能力機(jī)器人的工作環(huán)境是多種多樣的，在有些情況下可能相當(dāng)惡劣，因此對(duì)于機(jī)器人用傳感器必須考慮其抗干擾能力。由于傳感器輸出信號(hào)的穩(wěn)定是控制系統(tǒng)穩(wěn)定工作的前提，為防止機(jī)器人系統(tǒng)的意外動(dòng)作或發(fā)生故障，設(shè)計(jì)傳感器系統(tǒng)時(shí)必須采用可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)。通?？垢蓴_能力是通過(guò)單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的概率來(lái)定義的，因此它是一個(gè)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。在選擇工業(yè)機(jī)器人傳感器時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際工況、檢測(cè)精度、控制精度等具體的要求來(lái)確定所用傳感器的各項(xiàng)性能指標(biāo)，同時(shí)還需要考慮機(jī)器人工作的一些特殊要求，比如重復(fù)性、穩(wěn)定性、可靠性、抗干擾性要求等，最終選擇出性價(jià)比較高的傳感器。第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)3.工業(yè)傳感第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.3機(jī)器人內(nèi)部傳感器機(jī)器人內(nèi)部信息傳感器以自己的坐標(biāo)系統(tǒng)確定其位置。內(nèi)部傳感器一般安裝在機(jī)器人的機(jī)械手上，而不是安裝在周圍環(huán)境中。機(jī)器人內(nèi)部傳感器包括位移和位置傳感器、速度傳感器、力傳感器等。5.3.1位置和位移傳感器工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)的位置控制是機(jī)器人最基本的控制要求，而對(duì)位置和位移的檢測(cè)也是機(jī)器人最基本的感覺(jué)要求。位置和位移傳感器根據(jù)其工作原理和組成的不同有多種形式。位移傳感器種類繁多，這里只介紹一些常用的。圖5-2列出現(xiàn)有的各種位移傳感器。位移傳感器要檢測(cè)的位移可為直線移動(dòng)，也可為角轉(zhuǎn)動(dòng)。第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.3機(jī)器第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.3.1位置和位移傳感器1）電位器式位移傳感器電位器式位移傳感器由一個(gè)繞線電阻（或薄膜電阻）和一個(gè)滑動(dòng)觸點(diǎn)組成?；瑒?dòng)觸點(diǎn)通過(guò)機(jī)械裝置受被檢測(cè)量的控制，當(dāng)被檢測(cè)的位置量發(fā)生變化時(shí)，滑動(dòng)觸點(diǎn)也發(fā)生位移，從而改變滑動(dòng)觸點(diǎn)與電位器各端之間的電阻值和輸出電壓值。傳感器根據(jù)這種輸出電壓值的變化，可以檢測(cè)出機(jī)器人各關(guān)節(jié)的位置和位移量。按照傳感器的結(jié)構(gòu)，電位器式位移傳感器可分為兩大類，一類是直線型電位器式位移傳感器，另一類是旋轉(zhuǎn)型電位器式位移傳感器。電位器式位移傳感器具有性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、尺寸小、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)。它的輸入/輸出特性可以是線性的。這種傳感器不會(huì)因?yàn)槭щ姸鴣G失其已感覺(jué)到的信息。當(dāng)電源因故斷開(kāi)時(shí)，電位器的觸點(diǎn)將保持原來(lái)的位置不變，只要重新接通電源，原有的位置信號(hào)就會(huì)重新出現(xiàn)。電位器式位移傳感器的一個(gè)主要缺點(diǎn)是容易磨損，當(dāng)滑動(dòng)觸點(diǎn)和電位器之間的接觸面有磨損或有塵埃附著時(shí)會(huì)產(chǎn)生噪聲，使電位器的可靠性和壽命受到一定的影響。第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.3.1第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.3.1位置和位移傳感器①直線型電位器式位移傳感器直線型電位器式位移傳感器的工作臺(tái)與傳感器的滑動(dòng)觸點(diǎn)相連，當(dāng)工作臺(tái)左、右移動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)觸點(diǎn)也隨之左、右移動(dòng)，從而改變與電阻接觸的位置，通過(guò)檢測(cè)輸出電壓的變化量，確定以電阻中心為基準(zhǔn)位置的移動(dòng)距離。第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.3.1第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.3.1位置和位移傳感器②旋轉(zhuǎn)型電位器式位移傳感器由于電阻值隨著回轉(zhuǎn)角而改變，因此基于上述同樣的理論可構(gòu)成角度傳感器。應(yīng)用時(shí)機(jī)器人的關(guān)節(jié)軸與傳感器的旋轉(zhuǎn)軸相連，這樣根據(jù)測(cè)量的輸出電壓UOUT的數(shù)值，即可計(jì)算出關(guān)節(jié)對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度。旋轉(zhuǎn)型電位器式位移傳感器的電阻元件呈圓弧狀，滑動(dòng)觸點(diǎn)在電阻元件上做圓周運(yùn)動(dòng)。由于滑動(dòng)觸點(diǎn)等的限制，傳感器的工作范圍只能小于360°第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.3.1第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.3.1位置和位移傳感器2）光電編碼器光電編碼器是集光、機(jī)、電技術(shù)于一體的數(shù)字化傳感器，它利用光電轉(zhuǎn)換原理將旋轉(zhuǎn)信息轉(zhuǎn)換為電信息，并以數(shù)字代碼輸出，可以高精度地測(cè)量轉(zhuǎn)角或直線位移。光電編碼器具有測(cè)量范圍大、檢測(cè)精度高、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人的位置檢測(cè)及其他工業(yè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。一般把該傳感器裝在機(jī)器人各關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)軸上，用來(lái)測(cè)量各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過(guò)的角度。根據(jù)檢測(cè)原理，編碼器可分為接觸式和非接觸式兩種。接觸式編碼器采用電刷輸出，以電刷接觸導(dǎo)電區(qū)和絕緣區(qū)分別表示代碼的1和0狀態(tài)；非接觸式編碼器的敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件時(shí)以透光區(qū)和不透光區(qū)表示代碼的1和0狀態(tài)。根據(jù)測(cè)量方式，編碼器可分為直線型（如光柵尺、磁柵尺）和旋轉(zhuǎn)型兩種，目前機(jī)器人中較為常用的是旋轉(zhuǎn)型光電式編碼器。根據(jù)測(cè)出的信號(hào)，編碼器可分為絕對(duì)式和增量式兩種。以下主要介紹絕對(duì)式編碼器和增量式編碼器。第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.3.1第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.3.1位置和位移傳感器①絕對(duì)式光電編碼器絕對(duì)式編碼器是一種直接編碼式的測(cè)量元件，它可以直接把被測(cè)轉(zhuǎn)角或位移轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的代碼，指示的是絕對(duì)位置而無(wú)絕對(duì)誤差，在電源切斷時(shí)不會(huì)失去位置信息。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴，且不易做到高精度和高分辨率。絕對(duì)位置的的分辨率（分辨角）a取決于二進(jìn)制編碼的位數(shù)，即碼道的個(gè)數(shù)n。分辨率a的計(jì)算公式為第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.3.1第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.3.1位置和位移傳感器①絕對(duì)式光電編碼器如有10個(gè)碼道，則此時(shí)角度分辨率可達(dá)0.350。目前市場(chǎng)上使用的光電編碼器的碼盤數(shù)為4～18道。在應(yīng)用中通?？紤]伺服系統(tǒng)要求的分辨率和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)，以選擇合適的編碼器。二進(jìn)制編碼器的主要缺點(diǎn)是碼盤上的圖案變化較大，在使用中容易產(chǎn)生誤讀。在實(shí)際應(yīng)用中，可以采用格雷碼代替二進(jìn)制編碼。第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.3.1第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.3.1位置和位移傳感器①增量式光電編碼器增量式光電編碼器能夠以數(shù)字形式測(cè)量出轉(zhuǎn)軸相對(duì)于某一基準(zhǔn)位置的瞬間角位置，此外還能測(cè)出轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。光電編碼器的分辨率（分辨角）a是以編碼器軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周所產(chǎn)生的輸出信號(hào)的基本周期數(shù)來(lái)表示的，即脈沖數(shù)每轉(zhuǎn)（PPR）。碼盤旋轉(zhuǎn)一周輸出的脈沖信號(hào)數(shù)目取決于透光縫隙數(shù)目的多少，碼盤上刻的縫隙越多，編碼器的分辨率就越高。假設(shè)碼盤的透光縫隙數(shù)目為n線，則分辨率a的計(jì)算公式為第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.3.1第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)在工業(yè)應(yīng)用中，根據(jù)不同的應(yīng)用對(duì)象，通常可選擇分辨率為500~6000PPR的增量式光電編碼器，最高可以達(dá)到幾萬(wàn)PPR。增量式光電編碼器的優(yōu)點(diǎn)有原理構(gòu)造簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、機(jī)械平均壽命長(zhǎng)，可達(dá)到幾萬(wàn)小時(shí)以上、分辨率高、抗干擾能力較強(qiáng)、信號(hào)傳輸距離較長(zhǎng)、可靠性較高；其缺點(diǎn)是它無(wú)法直接讀出轉(zhuǎn)動(dòng)軸的絕對(duì)位置信息。5.3.1位置和位移傳感器①增量式光電編碼器第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)在工業(yè)應(yīng)用中第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)速度傳感器是工業(yè)機(jī)器人中較重要的的內(nèi)部傳感器之一。由于在機(jī)器人中主要需測(cè)量的是機(jī)器人關(guān)節(jié)的運(yùn)行速度，故這里僅介紹角速度傳感器。目前廣泛使用的角速度傳感器有測(cè)速發(fā)電動(dòng)機(jī)和增量式光電編碼器兩種。測(cè)速發(fā)電動(dòng)機(jī)是應(yīng)用最廣泛，能直接得到代表轉(zhuǎn)速的電壓且具有良好實(shí)時(shí)性的一種速度測(cè)量傳感器。增量式光電編碼器既可以用來(lái)測(cè)量增量角位移又可以測(cè)量瞬時(shí)角速度。速度傳感器的輸出有模擬式和數(shù)字式兩種。5.3.2速度傳感器第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)速度傳感器是第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)1.測(cè)速發(fā)電動(dòng)機(jī)測(cè)速發(fā)電動(dòng)機(jī)是一種用于檢測(cè)機(jī)械轉(zhuǎn)速的電磁裝置，它能把機(jī)械轉(zhuǎn)速變換為電壓信號(hào)，其輸出電壓與輸入的轉(zhuǎn)速成正比，其實(shí)質(zhì)是一種微型直流發(fā)電動(dòng)機(jī)，它的繞組和磁路經(jīng)精確設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)原理如圖5-11所示。直流測(cè)速發(fā)電動(dòng)機(jī)的工作原理基于法拉第電磁感應(yīng)定律，當(dāng)通過(guò)線圈的磁通量恒定時(shí)，位于磁場(chǎng)中的線圈旋轉(zhuǎn)使線圈兩端產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與線圈轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速成正比，即5.3.2速度傳感器第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)1.測(cè)速發(fā)第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)改變旋轉(zhuǎn)方向時(shí)輸出電動(dòng)勢(shì)的極性即相應(yīng)改變。在被測(cè)機(jī)構(gòu)與測(cè)速發(fā)電機(jī)同軸聯(lián)接時(shí)，只要檢測(cè)出輸出電動(dòng)勢(shì)，就能獲得被測(cè)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速，故又稱速度傳感器。測(cè)速發(fā)電機(jī)廣泛用于各種速度或位置控制系統(tǒng)。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中作為檢測(cè)速度的元件，以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速或通過(guò)反饋來(lái)提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和精度；在解算裝置中可作為微分、積分元件，也可作為加速或延遲信號(hào)用或用來(lái)測(cè)量各種運(yùn)動(dòng)機(jī)械在擺動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)以及直線運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度。5.3.2速度傳感器1.測(cè)速發(fā)電動(dòng)機(jī)第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)改變旋轉(zhuǎn)方向第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)如5.3.1所述，增量式光電編碼器在工業(yè)機(jī)器人中既可以用來(lái)作為位置傳感器測(cè)量關(guān)節(jié)相對(duì)位置，又可以作為速度傳感器測(cè)量關(guān)節(jié)速度，作為速度傳感器時(shí)既可以在模擬方式下使用，又可以在數(shù)字方式下使用。1）模擬方式在這種方式下，必須有一個(gè)頻率—電壓（F/V）變換器，用來(lái)把編碼器測(cè)得的脈沖頻率轉(zhuǎn)換成與速度成正比的模擬電壓。F/V變換器必須有良好的零輸入、零輸出特性和較小的溫度漂移，這樣才能滿足測(cè)試要求。2)數(shù)字方式數(shù)字方式測(cè)速是指基于數(shù)學(xué)公式，利用計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算出速度。由于角速度是轉(zhuǎn)角對(duì)時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)，如果能測(cè)得單位時(shí)間Δt內(nèi)編碼器轉(zhuǎn)過(guò)的角度Δθ，則編碼器在該時(shí)間段內(nèi)的平均速度為5.3.2速度傳感器2.增量式光電編碼器第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)如5.3.1第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)力覺(jué)傳感器是指工業(yè)機(jī)器人的指、肢和關(guān)節(jié)等運(yùn)動(dòng)中所受力或力矩的感知。工業(yè)機(jī)器人在進(jìn)行裝配、搬運(yùn)、研磨等作業(yè)時(shí)需要對(duì)工作力或力矩進(jìn)行控制。例如裝配時(shí)需完成將軸類零件插入孔里、調(diào)準(zhǔn)零件的位置、擰緊螺釘?shù)纫幌盗胁襟E，在擰緊螺釘過(guò)程中需要有確定的擰緊力矩；搬運(yùn)時(shí)機(jī)器人手爪對(duì)工件需要合理的握緊力。握力太小不足以搬動(dòng)工件，太大則會(huì)損壞工件；研磨時(shí)需要有合適的砂輪進(jìn)給力以保證研磨質(zhì)量。目前使用最廣泛的是電阻應(yīng)變片式六維力和力矩傳感器，如圖5-12所示，它能同時(shí)獲取三維空間的三維力和力矩信息，廣泛應(yīng)用于力/位置控制、軸孔配合、輪廓跟蹤及雙機(jī)器人協(xié)調(diào)等機(jī)器人控制領(lǐng)域。在實(shí)踐應(yīng)用中，傳感器兩端通過(guò)法蘭盤與工業(yè)機(jī)器人腕部連接。當(dāng)機(jī)器人腕部受力時(shí)，其內(nèi)部測(cè)力或力矩元件發(fā)生不同程度的變形，使敏感點(diǎn)的應(yīng)變片發(fā)生應(yīng)變，輸出電信號(hào)，通過(guò)一定的數(shù)學(xué)關(guān)系式就可解算出x、y、z三個(gè)坐標(biāo)上的分力和分力矩。5.3.3力覺(jué)傳感器第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)力覺(jué)傳感器是第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)

現(xiàn)有的工業(yè)機(jī)器人，絕大數(shù)沒(méi)有外部傳感器。但是，對(duì)于新一代機(jī)器人，特別是各種移動(dòng)機(jī)器人，則要求具有自校正能力和反應(yīng)環(huán)境適應(yīng)變化的能力。已有越來(lái)越多的機(jī)器人具有各種外部傳感器，而視覺(jué)傳感器將在5.5節(jié)介紹。1.觸覺(jué)傳感器觸覺(jué)是人與外界環(huán)境直接接觸時(shí)的重要感覺(jué)功能，研制滿足要求的觸覺(jué)傳感器是機(jī)器人發(fā)展中的技術(shù)關(guān)鍵之一。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展和各種有機(jī)材料的出現(xiàn)，已經(jīng)提出了多種多樣的觸覺(jué)傳感器的研制方案，但目前大都屬于實(shí)驗(yàn)室階段，達(dá)到產(chǎn)品化的不多。觸覺(jué)傳感器按功能大致可分為接觸覺(jué)傳感器、力—力矩覺(jué)傳感器、壓覺(jué)傳感器和滑覺(jué)傳感器等。觸覺(jué)傳感器用以判斷機(jī)器人(主要指四肢)是否接觸到外界物體或測(cè)量被接觸物體的特征的傳感器。接觸覺(jué)傳感器有微動(dòng)開(kāi)關(guān)、導(dǎo)電橡膠、含碳海綿、碳素纖維、氣動(dòng)復(fù)位式裝置等類型。5.4機(jī)器人外部傳感器第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)①微動(dòng)開(kāi)關(guān)它由彈簧和觸頭構(gòu)成。觸頭接觸外界物體后離開(kāi)基板，造成信號(hào)通路斷開(kāi)，從而測(cè)到與外界物體的接觸。這種常閉式（未接觸時(shí)一直接通）微動(dòng)開(kāi)關(guān)的優(yōu)點(diǎn)是使用方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是易產(chǎn)生機(jī)械振蕩和觸頭易氧化。②導(dǎo)電橡膠式它以導(dǎo)電橡膠為敏感元件。當(dāng)觸頭接觸外界物體受壓后，壓迫導(dǎo)電橡膠，使它的電阻發(fā)生改變，從而使流經(jīng)導(dǎo)電橡膠的電流發(fā)生變化。這種傳感器的缺點(diǎn)是由于導(dǎo)電橡膠的材料配方存在差異，出現(xiàn)的漂移和滯后特性也不一致，優(yōu)點(diǎn)是具有柔性。③含碳海綿式它在基板上裝有海綿構(gòu)成的彈性體，在海綿中按陣列布以含碳海綿。接觸物體受壓后,含碳海綿的電阻減小,測(cè)量流經(jīng)含碳海綿電流的大小，可確定受壓程度。這種傳感器也可用作壓力覺(jué)傳感器。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、彈性好、使用方便。缺點(diǎn)是碳素分布均勻性直接影響測(cè)量結(jié)果和受壓后恢復(fù)能力較差。④碳素纖維式以碳素纖維為上表層，下表層為基板，中間裝以氨基甲酸酯和金屬電極。接觸外界物體時(shí)碳素纖維受壓與電極接觸導(dǎo)電。優(yōu)點(diǎn)是柔性好，可裝于機(jī)械手臂曲面處，但滯后較大。⑤氣動(dòng)復(fù)位式它有柔性絕緣表面，受壓時(shí)變形，脫離接觸時(shí)則由壓縮空氣作為復(fù)位的動(dòng)力。與外界物體接觸時(shí)其內(nèi)部的彈性圓泡(鈹銅箔)與下部觸點(diǎn)接觸而導(dǎo)電。優(yōu)點(diǎn)是柔性好、可靠性高，但需要壓縮空氣源。1.觸覺(jué)傳感器種類第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)①微動(dòng)開(kāi)關(guān)第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)應(yīng)力定義為“單位面積上所承受的附加內(nèi)力”。應(yīng)力應(yīng)變就是應(yīng)力與應(yīng)變的統(tǒng)稱。最簡(jiǎn)單的應(yīng)力應(yīng)變傳感器就是電阻應(yīng)變片，直接貼裝在被測(cè)物體表面就可以，應(yīng)力的話是通過(guò)標(biāo)定轉(zhuǎn)換應(yīng)變來(lái)的。物體受力產(chǎn)生變形時(shí)，特別是彈性元件，體內(nèi)各點(diǎn)處變形程度一般并不相同。用以描述一點(diǎn)處變形的程度的力學(xué)量是該點(diǎn)的應(yīng)變。應(yīng)力應(yīng)變式傳感器是利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器。當(dāng)被測(cè)物理量作用于彈性元件上，彈性元件在力矩或壓力等的作用下發(fā)生變形，產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變或位移，然后傳遞給與之相連的應(yīng)變片，引起應(yīng)變片的電阻值變化，通過(guò)測(cè)量電路變成電量輸出。輸出的電量大小反映被測(cè)量即受力的大小。2.應(yīng)力傳感器3.接近度傳感器接近度傳感器，檢測(cè)物體接近程度的傳感器。接近度可表示物體的來(lái)臨、靠近或出現(xiàn)、離去或失蹤等。接近度傳感器在生產(chǎn)過(guò)程和日常生活中廣泛應(yīng)用，它除可用于檢測(cè)計(jì)數(shù)外，還可與繼電器或其他執(zhí)行元件組成接近開(kāi)關(guān)，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)控制和操作人員的安全保護(hù)，特別是工業(yè)機(jī)器人在發(fā)現(xiàn)前方有障礙物時(shí)，可限制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)范圍，以避免與障礙物發(fā)生碰撞等。接近度傳感器的制造方法有多種，可分為磁感應(yīng)器式和振蕩器式兩類。第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)應(yīng)力定義為“第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)1.磁感應(yīng)器式接近度傳感器按構(gòu)成原理又可分為線圈磁鐵式、電渦流式和霍耳式。①線圈磁鐵式：它由裝在殼體內(nèi)的一塊小永磁鐵和繞在磁鐵上的線圈構(gòu)成，當(dāng)被測(cè)物體進(jìn)入永磁鐵的磁場(chǎng)時(shí)，就在線圈里感應(yīng)出電壓信號(hào)。②電渦流式：它由線圈、激勵(lì)電路和測(cè)量電路組成（見(jiàn)電渦流式傳感器），它的線圈受激勵(lì)而產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，當(dāng)金屬物體接近時(shí)就會(huì)由于電渦流效應(yīng)而輸出電信號(hào)。③霍耳式：它由霍耳元件或磁敏二極管、三極管構(gòu)成（見(jiàn)半導(dǎo)體磁敏元件），當(dāng)磁敏元件進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)就產(chǎn)生霍耳電勢(shì)，從而能檢測(cè)出引起磁場(chǎng)變化的物體的接近。2.振蕩器式接近度傳感器它有兩種形式。一種形式利用組成振蕩器的線圈作為敏感部分（見(jiàn)圖），進(jìn)入線圈磁場(chǎng)的物體，會(huì)吸收磁場(chǎng)能量而使振蕩器停振，從而改變晶體管集電極電流來(lái)推動(dòng)繼電器或其他控制裝置工作。另一種形式采用一塊與振蕩回路接通的金屬板作為敏感部分，當(dāng)物體（例如人）靠近金屬板時(shí)便形成耦合“電容器”，從而改變振蕩條件而導(dǎo)致振蕩器停振。這種傳感器又稱為電容式繼電器，常用于宣傳廣告中實(shí)現(xiàn)電燈或電動(dòng)機(jī)的接通或斷開(kāi)、門和電梯的自動(dòng)控制、防盜報(bào)警、安全保護(hù)裝置以及產(chǎn)品計(jì)數(shù)等。第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)1.磁感應(yīng)第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)器人其它外部傳感器1.聲覺(jué)傳感器該傳感器主要用于感受和解釋在氣體（非接觸式感受）、液體或固體（接觸感受）中的聲波。聲波傳感器的復(fù)雜程度可從簡(jiǎn)單的聲波存在檢測(cè)到復(fù)雜的聲波頻率分析和對(duì)連續(xù)自然語(yǔ)言中單獨(dú)語(yǔ)音和詞匯的辨識(shí)。聲音識(shí)別系統(tǒng)已越來(lái)越多地獲得應(yīng)用。2.溫度傳感器溫度傳感器有接觸式和非接觸式兩種，均可用于工業(yè)機(jī)器人。當(dāng)機(jī)器人自主運(yùn)行時(shí)，或者不需要人在場(chǎng)時(shí)，或者需要知道溫度信號(hào)時(shí)，溫度感覺(jué)特性是很用的。有必要提高溫度傳感器（如測(cè)量鋼水溫度）的精度及區(qū)域反應(yīng)能力。兩種常用的溫度傳感器為熱敏電阻和熱電偶。這兩種傳感器必須和被測(cè)物體保持實(shí)際接觸，熱敏電阻的阻值與溫度成正比變化。熱電偶能夠產(chǎn)生一個(gè)與兩溫度差成正比的小電壓。3.滑覺(jué)傳感器這種傳感器主要檢測(cè)物體的滑動(dòng)。當(dāng)機(jī)器人抓住特性未知的物體時(shí)，必須確定最適合的握力值。為此，需要檢測(cè)出握力不夠時(shí)所產(chǎn)生的物體滑動(dòng)信號(hào)，然后利用這個(gè)信號(hào)，在不損壞物體的情況下，牢牢地抓住該物體?，F(xiàn)在應(yīng)用的滑覺(jué)傳感器主要有兩種：一是利用光學(xué)系統(tǒng)的滑覺(jué)傳感器，二是利用晶體接收器的滑覺(jué)傳感器。前者的滑動(dòng)檢測(cè)靈敏度等隨滑動(dòng)方向不同而異，后者的檢測(cè)靈敏度則與滑覺(jué)方向無(wú)關(guān)。第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)器人其它外第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)隨著自動(dòng)化生產(chǎn)對(duì)效率和精度控制要求的不斷提高，人工檢測(cè)已經(jīng)無(wú)法滿足工業(yè)需求，解決的方法就是采用自動(dòng)檢測(cè)。自從上世紀(jì)七十年代機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)產(chǎn)品出現(xiàn)以來(lái)，其已經(jīng)逐步向處理復(fù)雜檢測(cè)，引導(dǎo)機(jī)器人和自動(dòng)測(cè)量幾個(gè)方面發(fā)展，逐漸地消除了人為因素，降低了錯(cuò)誤發(fā)生的概率。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，是一種非接觸式的光學(xué)傳感系統(tǒng)，同時(shí)集成軟硬件，綜合現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、光學(xué)、電子技術(shù)，能夠自動(dòng)地從所采集到的圖像中獲取信息或者產(chǎn)生控制動(dòng)作。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的具體應(yīng)用需求千差萬(wàn)別，視覺(jué)系統(tǒng)本身也可能有多種不同的形式，但都包括三個(gè)步驟:首先，利用光源照射被測(cè)物體，通過(guò)光學(xué)成像系統(tǒng)采集視頻圖像，相機(jī)和圖像采集卡將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像；然后，計(jì)算機(jī)通過(guò)圖像處理軟件對(duì)圖像進(jìn)行處理，分析獲取其中的有用信息，這是整個(gè)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的核心；最后，圖像處理獲得的信息最終用于對(duì)對(duì)象（被測(cè)物體、環(huán)境）的判斷，并形成對(duì)應(yīng)的控制指令，發(fā)送給相應(yīng)的機(jī)構(gòu)。5.5機(jī)器人視覺(jué)技術(shù)第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)隨著自動(dòng)化生第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.5機(jī)器人視覺(jué)技術(shù)在整個(gè)過(guò)程中，被測(cè)對(duì)象的信息反映為圖像信息，進(jìn)而經(jīng)過(guò)分析，從中得到特征描述信息，最后根據(jù)獲得的特征進(jìn)行判斷和動(dòng)作。最典型的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)一般包括:光源、光學(xué)成像系統(tǒng)、相機(jī)、圖像采集卡、圖像處理硬件平臺(tái)、圖像和視覺(jué)信息處理軟件、通信模塊，如圖5-13所示。第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.5機(jī)第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.5機(jī)器人視覺(jué)技術(shù)采用機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，工業(yè)機(jī)器人將具有以下優(yōu)勢(shì)：可靠性：非接觸測(cè)量，不僅滿足狹小空間裝配過(guò)程的檢測(cè)，同時(shí)提高了系統(tǒng)安全性；精度高：可提高測(cè)量精度，人工目測(cè)受測(cè)量人員主觀意識(shí)的影響，而機(jī)器視覺(jué)這種精確的測(cè)量?jī)x器排出這種干擾，提高了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性；靈活性：視覺(jué)系統(tǒng)能夠進(jìn)行各種不同的測(cè)量。當(dāng)使用環(huán)境變化以后，只需軟件做相應(yīng)變化或者升級(jí)以適應(yīng)新的需求即可。自適應(yīng)性：機(jī)器視覺(jué)可以不斷獲取多次運(yùn)動(dòng)后的圖像信息，反饋給運(yùn)動(dòng)控制器，直至最終結(jié)果準(zhǔn)確，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)閉環(huán)控制。第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.5機(jī)第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題1.工業(yè)機(jī)器人傳感器分為哪幾類？它們分別起說(shuō)明作用？2.常用的機(jī)器人內(nèi)傳感器和外傳感器有哪幾種？3.選擇工業(yè)機(jī)器人傳感器時(shí)主要考慮哪些因素？4.光電編碼器可用于測(cè)量的模擬量有哪些？5.假設(shè)檢測(cè)角度精度為0.1°，試問(wèn)絕對(duì)式編碼器的碼道個(gè)數(shù)為多少？6.假設(shè)檢測(cè)角度精度為0.1°，試問(wèn)增量式光電編碼器的透光縫隙數(shù)為多少？7.說(shuō)明接近度傳感器的工作原理。8.機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)包括哪些組成部分？第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題

目錄第一章工業(yè)機(jī)器人概論第二章工業(yè)機(jī)器人的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)第三章工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)第四章工業(yè)機(jī)器人的動(dòng)力系統(tǒng)第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)第六章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)第七章工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)主要內(nèi)容5.1工業(yè)機(jī)器人感知技術(shù)概述（了解）5.2工業(yè)機(jī)器人傳感器概述（了解）5.3工業(yè)機(jī)器人內(nèi)部傳感器（掌握）5.4工業(yè)機(jī)器人外部傳感器（掌握）5.5工業(yè)機(jī)器人視覺(jué)技術(shù)（了解）工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)主要內(nèi)容工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)概述：機(jī)器人感知系統(tǒng)擔(dān)任著機(jī)器人神經(jīng)系統(tǒng)的角色，將機(jī)器人各種內(nèi)部狀態(tài)信息和環(huán)境信息從信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)器人自身或者機(jī)器人之間能夠理解和應(yīng)用的數(shù)據(jù)、信息甚至知識(shí)，它與機(jī)器人控制系統(tǒng)和決策系統(tǒng)組成機(jī)器人的核心。機(jī)器人任何行動(dòng)都要從感知環(huán)境開(kāi)始，如果這個(gè)過(guò)程遇到障礙，那么它以后的所有行動(dòng)都沒(méi)有依托。沒(méi)有傳感器組成的感知系統(tǒng)的支持，就相當(dāng)于人失去了眼睛、鼻子等感覺(jué)器官。一個(gè)機(jī)器人的智能在很大程度上取決于它的感覺(jué)系統(tǒng)。第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)概述：第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.1工業(yè)機(jī)器人感知技術(shù)概述

機(jī)器人感知系統(tǒng)通常由多種傳感器或視覺(jué)系統(tǒng)組成。目前，構(gòu)成機(jī)器人感知和控制的傳感器種類繁多，具體包括視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、力覺(jué)、距離覺(jué)、平衡覺(jué)等類型傳感器。

傳感器用于為機(jī)器人系統(tǒng)提供輸入信息，由這些傳感器組成的“感覺(jué)”外部環(huán)境的系統(tǒng)就構(gòu)成了機(jī)器人的感知系統(tǒng)，它將機(jī)器人內(nèi)部狀態(tài)信息（位置、姿態(tài)、線速度、角速度、加速度、角加速度、平衡）和外部環(huán)境信息轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)器人系統(tǒng)自身、機(jī)器人相互之間能夠理解和應(yīng)用的數(shù)據(jù)、信息、知識(shí)的系統(tǒng)，包括各種機(jī)器人專用傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換、處理器構(gòu)成的硬件部分和傳感器識(shí)別、校準(zhǔn)、信息融合與傳感數(shù)據(jù)庫(kù)所構(gòu)成的軟件部分。

對(duì)于不同傳感器，原理雖各不相同，但無(wú)論是那種原理的傳感器，最后都需要將被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電阻、電容、電感等電量信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理變?yōu)橛?jì)算機(jī)能夠識(shí)別、傳輸?shù)男盘?hào)；對(duì)于執(zhí)行器，則需要將控制數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流、電壓信號(hào)。第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.1工業(yè)機(jī)第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)人與機(jī)器人的感覺(jué)研究機(jī)器人，首先從模仿人開(kāi)始。通過(guò)考察人的勞動(dòng)發(fā)現(xiàn)，人類是通過(guò)5種熟知的感官（視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)和觸覺(jué)）接收外界信息的，這些信息通過(guò)神經(jīng)傳遞給大腦，大腦對(duì)這些分散的信息進(jìn)行加工、綜合后發(fā)出行為指令，調(diào)動(dòng)肌體（如手足等）執(zhí)行某些動(dòng)作。如果希望機(jī)器人代替人類勞動(dòng)，可以將當(dāng)今的計(jì)算機(jī)看做與大腦相當(dāng)，機(jī)器人的機(jī)構(gòu)本體（執(zhí)行機(jī)構(gòu)）可與肌體相當(dāng)，機(jī)器人的各種外部傳感器可與五官相當(dāng)。計(jì)算機(jī)是人類大腦或智力的外延，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是人類四肢的外延，傳感器視人類五官的外延。機(jī)器人要獲得環(huán)境信息，同人類一樣需要通過(guò)感覺(jué)器官。機(jī)器人的感覺(jué)要使機(jī)器人擁有智能，對(duì)環(huán)境變化作出反應(yīng)，首先，必須使機(jī)器人具有感知環(huán)境的能力，用傳感器采集信息是機(jī)器人智能化的第一步；其次，如何采取適當(dāng)?shù)姆椒?，將多個(gè)傳感器獲取的環(huán)境信息加以綜合處理，控制機(jī)器人進(jìn)行智能作業(yè)，則是提高機(jī)器人智能程度的重要體現(xiàn)。因此，傳感器及其信息處理系統(tǒng)，是構(gòu)成機(jī)器人智能的重要部分，它為機(jī)器人智能作業(yè)提供決策依據(jù)。第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)人與機(jī)器人的第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)器人的感覺(jué)包括：

第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)器人的感覺(jué)第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.2工業(yè)機(jī)器人傳感器技術(shù)概述1.傳感器的定義傳感器是一種以一定精度測(cè)量出物體的物理、化學(xué)變化（如位移、力、加速度、溫度等），并將這些變化變換成與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的、易于精確處理和測(cè)量的某種電信號(hào)（如電壓、電流和頻率）的檢測(cè)部件或裝置，通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路和輔助電源四部分組成，第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.2工業(yè)機(jī)第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.2工業(yè)機(jī)器人傳感器技術(shù)概述2.工業(yè)傳感器分類機(jī)器人傳感器有多種分類方法，如接觸式傳感器或非接觸式傳感器、內(nèi)部信息傳感器或外部傳感器、無(wú)源傳感器或有源傳感器、無(wú)擾傳感器或擾動(dòng)傳感器等?！墙佑|式傳感器以某種電磁射線（可見(jiàn)光、X射線、紅外線、雷達(dá)波和電磁射線等）、聲波、超聲波的形式來(lái)測(cè)量目標(biāo)的響應(yīng)?！佑|式傳感器則以某種實(shí)際接觸（如觸碰、力或力矩、壓力、位置、溫度、磁量、電量等）形式來(lái)測(cè)量目標(biāo)的響應(yīng)。最普通的觸覺(jué)傳感器就是一個(gè)簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)，當(dāng)它接觸零部件時(shí)，開(kāi)關(guān)閉合?！鴥?nèi)部信息傳感器是以機(jī)器人本身的坐標(biāo)軸來(lái)確定其位置，安裝在機(jī)器人自身中，用來(lái)感知機(jī)器人自己的狀態(tài)，采集機(jī)器人本體、關(guān)節(jié)和手爪的位移、速度、加速度等來(lái)自機(jī)器人內(nèi)部的信息，以調(diào)整和控制機(jī)器人的行動(dòng)。內(nèi)部傳感器通常由位置、加速度、速度及壓力傳感器等組成?！獠總鞲衅饔糜跈C(jī)器人對(duì)周圍環(huán)境、目標(biāo)物的狀態(tài)特征獲取信息，使機(jī)器人和環(huán)境發(fā)生交互作用，采集機(jī)器人和外部環(huán)境以及工作對(duì)象之間相互作用的信息，從而使機(jī)器人對(duì)環(huán)境有自校正和自適應(yīng)能力。第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.2工業(yè)機(jī)第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)信號(hào)傳感器強(qiáng)度點(diǎn)光電池、光倍增管、一維陣列、二維陣列面二維陣列或其等效（低維數(shù)列掃描）距離點(diǎn)發(fā)射器（激光、平面光）/接收器（光倍增管、一維陣列、二維陣列、兩個(gè)一維或二維陣列、聲波掃描）面發(fā)射器（激光、平面光）/接收器（光倍增管、二維陣列）、二維陣列或其等效聲感點(diǎn)聲音傳感器面聲音傳感器的二維陣列或其等效力點(diǎn)力傳感器觸覺(jué)點(diǎn)微型開(kāi)關(guān)、觸覺(jué)傳感器的二維陣列或其等效面觸覺(jué)傳感器的二維陣列或其等效溫度點(diǎn)熱電偶、紅外線傳感器面紅外線傳感器的二維陣列或其等效5.2工業(yè)機(jī)器人傳感器技術(shù)概述2.工業(yè)傳感器分類第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)信號(hào)傳感器強(qiáng)第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.2工業(yè)機(jī)器人傳感器技術(shù)概述3.工業(yè)傳感器性能指標(biāo)1）靈敏度靈敏度是指?jìng)鞲衅鞯妮敵鲂盘?hào)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，輸出信號(hào)變化與輸入信號(hào)變化的比值。假如傳感器的輸出和輸入呈線性關(guān)系，其靈敏度可表示為假如傳感器的輸出與輸入呈非線性關(guān)系，其靈敏度就是該曲線的導(dǎo)數(shù)。傳感器輸出量的量綱和輸入量的量綱不一定相同。若輸出和輸入具有相同的量綱，則傳感器的靈敏度也稱為放大倍數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，傳感器的靈敏度越大越好，這樣可以使傳感器的輸出信號(hào)精確度更高、線性程度更好。但是過(guò)高的靈敏度有時(shí)會(huì)導(dǎo)致傳感器的輸出穩(wěn)定性下降，所以應(yīng)根據(jù)機(jī)器人的要求選擇大小適中的傳感器靈敏度。式中：s為傳感器的靈敏度；?y為傳感器輸出信號(hào)的增量；?x為傳感器輸入信號(hào)的增量。第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.2工業(yè)機(jī)第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)3.工業(yè)傳感器性能指標(biāo)2）線性度線性度反映傳感器輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間的線性程度。假設(shè)傳感器的輸出信號(hào)為y，輸入信號(hào)為x，則輸出信號(hào)

與輸入信號(hào)

之間的線性關(guān)系可表示為若k為常數(shù)，或者近似為常數(shù)，則傳感器的線性度較高；如果k是一個(gè)變化較大的量，則傳感器的線性度較差。機(jī)器人控制系統(tǒng)應(yīng)該選用線性度較高的傳感器。實(shí)際上，只有在少數(shù)情況下，傳感器的輸出和輸入才呈線性關(guān)系。在大多數(shù)情況下，k為x的函數(shù)，即如果傳感器的輸入量變化不太大，且a0、a1…an都遠(yuǎn)小于a0，那么可以取k=a0，近似地把傳感器的輸出和輸入看成線性關(guān)系。常用的線性化方法有割線法、最小二乘法、最小誤差法等。第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)3.工業(yè)傳感第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)3.工業(yè)傳感器性能指標(biāo)3）測(cè)量范圍測(cè)量范圍是指被測(cè)量的最大允許值和最小允許值之差。一般要求傳感器的測(cè)量范圍必須覆蓋機(jī)器人有關(guān)被測(cè)量的工作范圍。如果無(wú)法達(dá)到這一要求，可以設(shè)法選用某種轉(zhuǎn)換裝置，但這樣會(huì)引入某種誤差，使傳感器的測(cè)量精度受到一定的影響。4）精度精度是指?jìng)鞲衅鞯臏y(cè)量輸出值與實(shí)際被測(cè)量值之間的誤差。在機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)的工作精度要求選擇合適的傳感器精度。應(yīng)該注意傳感器精度的使用條件和測(cè)量方法。使用條件應(yīng)包括機(jī)器人所有可能的工作條件，如不同的溫度、濕度、運(yùn)動(dòng)速度、加速度，以及在可能范圍內(nèi)的各種負(fù)載作用等。用于檢測(cè)傳感器精度的測(cè)量?jī)x器必須具有比傳感器高一級(jí)的精度，進(jìn)行精度測(cè)試時(shí)也需要考慮最壞的工作條件。第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)3.工業(yè)傳感第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)3.工業(yè)傳感器性能指標(biāo)5）重復(fù)性在相同測(cè)量條件下，對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行連續(xù)多次測(cè)量所得結(jié)果之間的一致性。若一致性好，傳感器的測(cè)量誤差就越小，重復(fù)性越好。對(duì)于多數(shù)傳感器來(lái)說(shuō)，重復(fù)性指標(biāo)都優(yōu)于精度指標(biāo)，這些傳感器的精度不一定很高，但只要溫度、濕度、受力條件和其它參數(shù)不變，傳感器的測(cè)量結(jié)果也不會(huì)有較大變化，同樣，對(duì)于傳感器的重復(fù)性也應(yīng)考慮使用條件和測(cè)試方法的問(wèn)題。對(duì)于示教-再現(xiàn)型機(jī)器人，傳感器的重復(fù)性至關(guān)重要，它直接關(guān)系到機(jī)器人能否準(zhǔn)確再現(xiàn)示教軌跡。6）分辨率分辨率是指?jìng)鞲衅髟谡麄€(gè)測(cè)量范圍內(nèi)所能識(shí)別的被測(cè)量的最小變化量，或者所能辨別的不同被測(cè)量的個(gè)數(shù)。如果它辨別的被測(cè)量最小變化量越小，或者被測(cè)量個(gè)數(shù)越多，則分辨率越高；反之，則分辨率越低。無(wú)論是示教-再現(xiàn)型機(jī)器人，還是可編程型機(jī)器人，都對(duì)傳感器的分辨率有一定的要求。傳感器的分辨率直接影響機(jī)器人的可控程度和控制品質(zhì)。一般需要根據(jù)機(jī)器人的工作任務(wù)規(guī)定傳感器分辨率的最低限度要求。第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)3.工業(yè)傳感第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)3.工業(yè)傳感器性能指標(biāo)7）響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間是傳感器的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，是指?jìng)鞲衅鞯妮斎胄盘?hào)變化后，其輸出信號(hào)隨之變化并達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值所需要的時(shí)間。在某些傳感器中，輸出信號(hào)在達(dá)到某一穩(wěn)定值以前會(huì)發(fā)生短時(shí)間的振蕩。傳感器輸出信號(hào)的振蕩對(duì)于機(jī)器人控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)非常不利，它有時(shí)可能會(huì)造成一個(gè)虛設(shè)位置，影響機(jī)器人的控制精度和工作精度，所以傳感器的響應(yīng)時(shí)間越短越好。響應(yīng)時(shí)間的計(jì)算應(yīng)當(dāng)以輸入信號(hào)起始變化的時(shí)刻為始點(diǎn)，以輸出信號(hào)達(dá)到穩(wěn)定值的時(shí)刻為終點(diǎn)。實(shí)際上，還需要規(guī)定一個(gè)穩(wěn)定值范圍，只要輸出信號(hào)的變化不再超出此范圍，即可認(rèn)為它已經(jīng)達(dá)到了穩(wěn)定值。8）抗干擾能力機(jī)器人的工作環(huán)境是多種多樣的，在有些情況下可能相當(dāng)惡劣，因此對(duì)于機(jī)器人用傳感器必須考慮其抗干擾能力。由于傳感器輸出信號(hào)的穩(wěn)定是控制系統(tǒng)穩(wěn)定工作的前提，為防止機(jī)器人系統(tǒng)的意外動(dòng)作或發(fā)生故障，設(shè)計(jì)傳感器系統(tǒng)時(shí)必須采用可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)。通?？垢蓴_能力是通過(guò)單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的概率來(lái)定義的，因此它是一個(gè)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。在選擇工業(yè)機(jī)器人傳感器時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際工況、檢測(cè)精度、控制精度等具體的要求來(lái)確定所用傳感器的各項(xiàng)性能指標(biāo)，同時(shí)還需要考慮機(jī)器人工作的一些特殊要求，比如重復(fù)性、穩(wěn)定性、可靠性、抗干擾性要求等，最終選擇出性價(jià)比較高的傳感器。第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)3.工業(yè)傳感第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.3機(jī)器人內(nèi)部傳感器機(jī)器人內(nèi)部信息傳感器以自己的坐標(biāo)系統(tǒng)確定其位置。內(nèi)部傳感器一般安裝在機(jī)器人的機(jī)械手上，而不是安裝在周圍環(huán)境中。機(jī)器人內(nèi)部傳感器包括位移和位置傳感器、速度傳感器、力傳感器等。5.3.1位置和位移傳感器工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)的位置控制是機(jī)器人最基本的控制要求，而對(duì)位置和位移的檢測(cè)也是機(jī)器人最基本的感覺(jué)要求。位置和位移傳感器根據(jù)其工作原理和組成的不同有多種形式。位移傳感器種類繁多，這里只介紹一些常用的。圖5-2列出現(xiàn)有的各種位移傳感器。位移傳感器要檢測(cè)的位移可為直線移動(dòng)，也可為角轉(zhuǎn)動(dòng)。第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.3機(jī)器第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.3.1位置和位移傳感器1）電位器式位移傳感器電位器式位移傳感器由一個(gè)繞線電阻（或薄膜電阻）和一個(gè)滑動(dòng)觸點(diǎn)組成?；瑒?dòng)觸點(diǎn)通過(guò)機(jī)械裝置受被檢測(cè)量的控制，當(dāng)被檢測(cè)的位置量發(fā)生變化時(shí)，滑動(dòng)觸點(diǎn)也發(fā)生位移，從而改變滑動(dòng)觸點(diǎn)與電位器各端之間的電阻值和輸出電壓值。傳感器根據(jù)這種輸出電壓值的變化，可以檢測(cè)出機(jī)器人各關(guān)節(jié)的位置和位移量。按照傳感器的結(jié)構(gòu)，電位器式位移傳感器可分為兩大類，一類是直線型電位器式位移傳感器，另一類是旋轉(zhuǎn)型電位器式位移傳感器。電位器式位移傳感器具有性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、尺寸小、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)。它的輸入/輸出特性可以是線性的。這種傳感器不會(huì)因?yàn)槭щ姸鴣G失其已感覺(jué)到的信息。當(dāng)電源因故斷開(kāi)時(shí)，電位器的觸點(diǎn)將保持原來(lái)的位置不變，只要重新接通電源，原有的位置信號(hào)就會(huì)重新出現(xiàn)。電位器式位移傳感器的一個(gè)主要缺點(diǎn)是容易磨損，當(dāng)滑動(dòng)觸點(diǎn)和電位器之間的接觸面有磨損或有塵埃附著時(shí)會(huì)產(chǎn)生噪聲，使電位器的可靠性和壽命受到一定的影響。第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.3.1第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.3.1位置和位移傳感器①直線型電位器式位移傳感器直線型電位器式位移傳感器的工作臺(tái)與傳感器的滑動(dòng)觸點(diǎn)相連，當(dāng)工作臺(tái)左、右移動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)觸點(diǎn)也隨之左、右移動(dòng)，從而改變與電阻接觸的位置，通過(guò)檢測(cè)輸出電壓的變化量，確定以電阻中心為基準(zhǔn)位置的移動(dòng)距離。第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.3.1第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.3.1位置和位移傳感器②旋轉(zhuǎn)型電位器式位移傳感器由于電阻值隨著回轉(zhuǎn)角而改變，因此基于上述同樣的理論可構(gòu)成角度傳感器。應(yīng)用時(shí)機(jī)器人的關(guān)節(jié)軸與傳感器的旋轉(zhuǎn)軸相連，這樣根據(jù)測(cè)量的輸出電壓UOUT的數(shù)值，即可計(jì)算出關(guān)節(jié)對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度。旋轉(zhuǎn)型電位器式位移傳感器的電阻元件呈圓弧狀，滑動(dòng)觸點(diǎn)在電阻元件上做圓周運(yùn)動(dòng)。由于滑動(dòng)觸點(diǎn)等的限制，傳感器的工作范圍只能小于360°第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.3.1第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.3.1位置和位移傳感器2）光電編碼器光電編碼器是集光、機(jī)、電技術(shù)于一體的數(shù)字化傳感器，它利用光電轉(zhuǎn)換原理將旋轉(zhuǎn)信息轉(zhuǎn)換為電信息，并以數(shù)字代碼輸出，可以高精度地測(cè)量轉(zhuǎn)角或直線位移。光電編碼器具有測(cè)量范圍大、檢測(cè)精度高、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人的位置檢測(cè)及其他工業(yè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。一般把該傳感器裝在機(jī)器人各關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)軸上，用來(lái)測(cè)量各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過(guò)的角度。根據(jù)檢測(cè)原理，編碼器可分為接觸式和非接觸式兩種。接觸式編碼器采用電刷輸出，以電刷接觸導(dǎo)電區(qū)和絕緣區(qū)分別表示代碼的1和0狀態(tài)；非接觸式編碼器的敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件時(shí)以透光區(qū)和不透光區(qū)表示代碼的1和0狀態(tài)。根據(jù)測(cè)量方式，編碼器可分為直線型（如光柵尺、磁柵尺）和旋轉(zhuǎn)型兩種，目前機(jī)器人中較為常用的是旋轉(zhuǎn)型光電式編碼器。根據(jù)測(cè)出的信號(hào)，編碼器可分為絕對(duì)式和增量式兩種。以下主要介紹絕對(duì)式編碼器和增量式編碼器。第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.3.1第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.3.1位置和位移傳感器①絕對(duì)式光電編碼器絕對(duì)式編碼器是一種直接編碼式的測(cè)量元件，它可以直接把被測(cè)轉(zhuǎn)角或位移轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的代碼，指示的是絕對(duì)位置而無(wú)絕對(duì)誤差，在電源切斷時(shí)不會(huì)失去位置信息。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴，且不易做到高精度和高分辨率。絕對(duì)位置的的分辨率（分辨角）a取決于二進(jìn)制編碼的位數(shù)，即碼道的個(gè)數(shù)n。分辨率a的計(jì)算公式為第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.3.1第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.3.1位置和位移傳感器①絕對(duì)式光電編碼器如有10個(gè)碼道，則此時(shí)角度分辨率可達(dá)0.350。目前市場(chǎng)上使用的光電編碼器的碼盤數(shù)為4～18道。在應(yīng)用中通?？紤]伺服系統(tǒng)要求的分辨率和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)，以選擇合適的編碼器。二進(jìn)制編碼器的主要缺點(diǎn)是碼盤上的圖案變化較大，在使用中容易產(chǎn)生誤讀。在實(shí)際應(yīng)用中，可以采用格雷碼代替二進(jìn)制編碼。第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.3.1第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.3.1位置和位移傳感器①增量式光電編碼器增量式光電編碼器能夠以數(shù)字形式測(cè)量出轉(zhuǎn)軸相對(duì)于某一基準(zhǔn)位置的瞬間角位置，此外還能測(cè)出轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。光電編碼器的分辨率（分辨角）a是以編碼器軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周所產(chǎn)生的輸出信號(hào)的基本周期數(shù)來(lái)表示的，即脈沖數(shù)每轉(zhuǎn)（PPR）。碼盤旋轉(zhuǎn)一周輸出的脈沖信號(hào)數(shù)目取決于透光縫隙數(shù)目的多少，碼盤上刻的縫隙越多，編碼器的分辨率就越高。假設(shè)碼盤的透光縫隙數(shù)目為n線，則分辨率a的計(jì)算公式為第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)5.3.1第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)在工業(yè)應(yīng)用中，根據(jù)不同的應(yīng)用對(duì)象，通?？蛇x擇分辨率為500~6000PPR的增量式光電編碼器，最高可以達(dá)到幾萬(wàn)PPR。增量式光電編碼器的優(yōu)點(diǎn)有原理構(gòu)造簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、機(jī)械平均壽命長(zhǎng)，可達(dá)到幾萬(wàn)小時(shí)以上、分辨率高、抗干擾能力較強(qiáng)、信號(hào)傳輸距離較長(zhǎng)、可靠性較高；其缺點(diǎn)是它無(wú)法直接讀出轉(zhuǎn)動(dòng)軸的絕對(duì)位置信息。5.3.1位置和位移傳感器①增量式光電編碼器第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)在工業(yè)應(yīng)用中第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)速度傳感器是工業(yè)機(jī)器人中較重要的的內(nèi)部傳感器之一。由于在機(jī)器人中主要需測(cè)量的是機(jī)器人關(guān)節(jié)的運(yùn)行速度，故這里僅介紹角速度傳感器。目前廣泛使用的角速度傳感器有測(cè)速發(fā)電動(dòng)機(jī)和增量式光電編碼器兩種。測(cè)速發(fā)電動(dòng)機(jī)是應(yīng)用最廣泛，能直接得到代表轉(zhuǎn)速的電壓且具有良好實(shí)時(shí)性的一種速度測(cè)量傳感器。增量式光電編碼器既可以用來(lái)測(cè)量增量角位移又可以測(cè)量瞬時(shí)角速度。速度傳感器的輸出有模擬式和數(shù)字式兩種。5.3.2速度傳感器第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)速度傳感器是第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)1.測(cè)速發(fā)電動(dòng)機(jī)測(cè)速發(fā)電動(dòng)機(jī)是一種用于檢測(cè)機(jī)械轉(zhuǎn)速的電磁裝置，它能把機(jī)械轉(zhuǎn)速變換為電壓信號(hào)，其輸出電壓與輸入的轉(zhuǎn)速成正比，其實(shí)質(zhì)是一種微型直流發(fā)電動(dòng)機(jī)，它的繞組和磁路經(jīng)精確設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)原理如圖5-11所示。直流測(cè)速發(fā)電動(dòng)機(jī)的工作原理基于法拉第電磁感應(yīng)定律，當(dāng)通過(guò)線圈的磁通量恒定時(shí)，位于磁場(chǎng)中的線圈旋轉(zhuǎn)使線圈兩端產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與線圈轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速成正比，即5.3.2速度傳感器第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)1.測(cè)速發(fā)第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)改變旋轉(zhuǎn)方向時(shí)輸出電動(dòng)勢(shì)的極性即相應(yīng)改變。在被測(cè)機(jī)構(gòu)與測(cè)速發(fā)電機(jī)同軸聯(lián)接時(shí)，只要檢測(cè)出輸出電動(dòng)勢(shì)，就能獲得被測(cè)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速，故又稱速度傳感器。測(cè)速發(fā)電機(jī)廣泛用于各種速度或位置控制系統(tǒng)。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中作為檢測(cè)速度的元件，以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速或通過(guò)反饋來(lái)提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和精度；在解算裝置中可作為微分、積分元件，也可作為加速或延遲信號(hào)用或用來(lái)測(cè)量各種運(yùn)動(dòng)機(jī)械在擺動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)以及直線運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度。5.3.2速度傳感器1.測(cè)速發(fā)電動(dòng)機(jī)第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)改變旋轉(zhuǎn)方向第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)如5.3.1所述，增量式光電編碼器在工業(yè)機(jī)器人中既可以用來(lái)作為位置傳感器測(cè)量關(guān)節(jié)相對(duì)位置，又可以作為速度傳感器測(cè)量關(guān)節(jié)速度，作為速度傳感器時(shí)既可以在模擬方式下使用，又可以在數(shù)字方式下使用。1）模擬方式在這種方式下，必須有一個(gè)頻率—電壓（F/V）變換器，用來(lái)把編碼器測(cè)得的脈沖頻率轉(zhuǎn)換成與速度成正比的模擬電壓。F/V變換器必須有良好的零輸入、零輸出特性和較小的溫度漂移，這樣才能滿足測(cè)試要求。2)數(shù)字方式數(shù)字方式測(cè)速是指基于數(shù)學(xué)公式，利用計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算出速度。由于角速度是轉(zhuǎn)角對(duì)時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)，如果能測(cè)得單位時(shí)間Δt內(nèi)編碼器轉(zhuǎn)過(guò)的角度Δθ，則編碼器在該時(shí)間段內(nèi)的平均速度為5.3.2速度傳感器2.增量式光電編碼器第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)如5.3.1第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)力覺(jué)傳感器是指工業(yè)機(jī)器人的指、肢和關(guān)節(jié)等運(yùn)動(dòng)中所受力或力矩的感知。工業(yè)機(jī)器人在進(jìn)行裝配、搬運(yùn)、研磨等作業(yè)時(shí)需要對(duì)工作力或力矩進(jìn)行控制。例如裝配時(shí)需完成將軸類零件插入孔里、調(diào)準(zhǔn)零件的位置、擰緊螺釘?shù)纫幌盗胁襟E，在擰緊螺釘過(guò)程中需要有確定的擰緊力矩；搬運(yùn)時(shí)機(jī)器人手爪對(duì)工件需要合理的握緊力。握力太小不足以搬動(dòng)工件，太大則會(huì)損壞工件；研磨時(shí)需要有合適的砂輪進(jìn)給力以保證研磨質(zhì)量。目前使用最廣泛的是電阻應(yīng)變片式六維力和力矩傳感器，如圖5-12所示，它能同時(shí)獲取三維空間的三維力和力矩信息，廣泛應(yīng)用于力/位置控制、軸孔配合、輪廓跟蹤及雙機(jī)器人協(xié)調(diào)等機(jī)器人控制領(lǐng)域。在實(shí)踐應(yīng)用中，傳感器兩端通過(guò)法蘭盤與工業(yè)機(jī)器人腕部連接。當(dāng)機(jī)器人腕部受力時(shí)，其內(nèi)部測(cè)力或力矩元件發(fā)生不同程度的變形，使敏感點(diǎn)的應(yīng)變片發(fā)生應(yīng)變，輸出電信號(hào)，通過(guò)一定的數(shù)學(xué)關(guān)系式就可解算出x、y、z三個(gè)坐標(biāo)上的分力和分力矩。5.3.3力覺(jué)傳感器第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)力覺(jué)傳感器是第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)

現(xiàn)有的工業(yè)機(jī)器人，絕大數(shù)沒(méi)有外部傳感器。但是，對(duì)于新一代機(jī)器人，特別是各種移動(dòng)機(jī)器人，則要求具有自校正能力和反應(yīng)環(huán)境適應(yīng)變化的能力。已有越來(lái)越多的機(jī)器人具有各種外部傳感器，而視覺(jué)傳感器將在5.5節(jié)介紹。1.觸覺(jué)傳感器觸覺(jué)是人與外界環(huán)境直接接觸時(shí)的重要感覺(jué)功能，研制滿足要求的觸覺(jué)傳感器是機(jī)器人發(fā)展中的技術(shù)關(guān)鍵之一。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展和各種有機(jī)材料的出現(xiàn)，已經(jīng)提出了多種多樣的觸覺(jué)傳感器的研制方案，但目前大都屬于實(shí)驗(yàn)室階段，達(dá)到產(chǎn)品化的不多。觸覺(jué)傳感器按功能大致可分為接觸覺(jué)傳感器、力—力矩覺(jué)傳感器、壓覺(jué)傳感器和滑覺(jué)傳感器等。觸覺(jué)傳感器用以判斷機(jī)器人(主要指四肢)是否接觸到外界物體或測(cè)量被接觸物體的特征的傳感器。接觸覺(jué)傳感器有微動(dòng)開(kāi)關(guān)、導(dǎo)電橡膠、含碳海綿、碳素纖維、氣動(dòng)復(fù)位式裝置等類型。5.4機(jī)器人外部傳感器第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)①微動(dòng)開(kāi)關(guān)它由彈簧和觸頭構(gòu)成。觸頭接觸外界物體后離開(kāi)基板，造成信號(hào)通路斷開(kāi)，從而測(cè)到與外界物體的接觸。這種常閉式（未接觸時(shí)一直接通）微動(dòng)開(kāi)關(guān)的優(yōu)點(diǎn)是使用方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是易產(chǎn)生機(jī)械振蕩和觸頭易氧化。②導(dǎo)電橡膠式它以導(dǎo)電橡膠為敏感元件。當(dāng)觸頭接觸外界物體受壓后，壓迫導(dǎo)電橡膠，使它的電阻發(fā)生改變，從而使流經(jīng)導(dǎo)電橡膠的電流發(fā)生變化。這種傳感器的缺點(diǎn)是由于導(dǎo)電橡膠的材料配方存在差異，出現(xiàn)的漂移和滯后特性也不一致，優(yōu)點(diǎn)是具有柔性。③含碳海綿式它在基板上裝有海綿構(gòu)成的彈性體，在海綿中按陣列布以含碳海綿。接觸物體受壓后,含碳海綿的電阻減小,測(cè)量流經(jīng)含碳海綿電流的大小，可確定受壓程度。這種傳感器也可用作壓力覺(jué)傳感器。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、彈性好、使用方便。缺點(diǎn)是碳素分布均勻性直接影響測(cè)量結(jié)果和受壓后恢復(fù)能力較差。④碳素纖維式以碳素纖維為上表層，下表層為基板，中間裝以氨基甲酸酯和金屬電極。接觸外界物體時(shí)碳素纖維受壓與電極接觸導(dǎo)電。優(yōu)點(diǎn)是柔性好，可裝于機(jī)械手臂曲面處，但滯后較大。⑤氣動(dòng)復(fù)位式它有柔性絕緣表面，受壓時(shí)變形，脫離接觸時(shí)則由壓縮空氣作為復(fù)位的動(dòng)力。與外界物體接觸時(shí)其內(nèi)部的彈性圓泡(鈹銅箔)與下部觸點(diǎn)接觸而導(dǎo)電。優(yōu)點(diǎn)是柔性好、可靠性高，但需要壓縮空氣源。1.觸覺(jué)傳感器種類第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)①微動(dòng)開(kāi)關(guān)第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)應(yīng)力定義為“單位面積上所承受的附加內(nèi)力”。應(yīng)力應(yīng)變就是應(yīng)力與應(yīng)變的統(tǒng)稱。最簡(jiǎn)單的應(yīng)力應(yīng)變傳感器就是電阻應(yīng)變片，直接貼裝在被測(cè)物體表面就可以，應(yīng)力的話是通過(guò)標(biāo)定轉(zhuǎn)換應(yīng)變來(lái)的。物體受力產(chǎn)生變形時(shí)，特別是彈性元件，體內(nèi)各點(diǎn)處變形程度一般并不相同。用以描述一點(diǎn)處變形的程度的力學(xué)量是該點(diǎn)的應(yīng)變。應(yīng)力應(yīng)變式傳感器是利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器。當(dāng)被測(cè)物理量作用于彈性元件上，彈性