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 用途可分為內部傳感器和外部傳感器。其中內部傳感器裝在 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、重復性好，穩(wěn)定性和可靠性好，抗干擾能

2、力強，質量輕、體積小、安裝方便。其特定要求有適應加工任務要 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)機器人內部傳感器在工業(yè)機器人內部傳感器中，位置傳感器和速度傳感器， 是當今機器人反饋控制中不可缺少的元件。現(xiàn)已有多種傳感 器大吊牛產(chǎn)，但傾斜角傳感器、方位角傳感器及振動傳感器 等用作機器人內部傳感器的時間不長，其性能尚需進一步改 進.內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先規(guī)定的位置或角度、可以用開/關兩個狀態(tài)俏，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：規(guī)定的位移或力作用到微型開關的可動部分（稱為執(zhí)行器）時，開關的電氣觸點斷開或

3、接通。限位開關 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：光電開關是由 LED光源和光敏二極管或光敏晶體管等光敏元件組成，相隔一定距離而構成的透光式開關。當光由基準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，而起到開關的作用2）位置、角度測量測量機器人關節(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）旋轉變壓器c）編碼器3）速度、角速度測昂：速度、角速度測抗是驅動器反饋捽制必不可少的環(huán)節(jié).有時也利用測位移傳感器測吊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

4、度、角速度傳感器是測速發(fā)電機或成為轉速表的傳感器、比率發(fā)電機。測量角速度的測速發(fā)電機，可按其構造分為直流測速發(fā)電 機、交流測速發(fā)電機和感應式交流測速發(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，并把它反饋到驅動 器上.a）應變片加速度傳感器b）伺服加速度傳感器c）壓電感應加速度傳感器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

5、聽覺傳感器，大大改善了機器人工作狀況，使其能夠更 充分地完成復雜的工作。由于外部傳感器為集多種學科于一 身的產(chǎn)品、有些方面還在探索之中，隨著外部傳感器的進一步 完善，機器人的功能越來越強大，將在許多領域為人類做由更 大貢獻。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 以用來進行機器人抓取，利用觸覺可進一步感知物體的形狀、 軟硬等物理性質。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 能（2）力覺傳感器力覺是指對機器人的指、肢和關節(jié)等運動中所受力的感 知。主要包括：腕力覺、關節(jié)力覺和支座力覺等，根據(jù)被測對

6、 象的負載，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）檢測應變或應力的應變片式，應變片力覺傳感器被 機器人廣泛采用；2） 利用壓電效應的壓電元件式；3）用位移計測抗負載產(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備不受損害有重要

7、意義（3）距離傳感器距離傳感器可用于機器人導航和回避障礙物，也可 用于機器人空間內的物體進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由距離。超聲波測距法的缺點是 波束較寬，其分辨力受到嚴重的限制，因此，主要用于導航和回避障礙物.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，使激光點穩(wěn)定地對被測目標掃描。由 CCD （電荷耦合 器件）攝像機

8、接受反射光，采用圖像處理的方法檢測由激光 點圖像，并根據(jù)位置坐標及攝像機光學特點計算由激光反射 角。利用三角測距原理即可算由反射點的位置.（4）茸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，并且又能給由環(huán)境或對象的部分或整個側面的信息，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

9、信息進行綜合、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 器的融合技術涉及神經(jīng)網(wǎng)絡、知識工程、模糊理論等信息、 檢測、控制領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 加權平均法、決策法等。在一個導航系統(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)進行 計算）或陸標（如交叉路口、人行道等參照物）觀測確定。若 陸標觀測成功，則用陸標觀測的結果，并對計算法的值進行 修正、否則利用計算法所得的結果。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應是人類的感 覺、識別、控制體系，但由于對后者尚無一個明確的工程學 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