工業(yè)機(jī)器人外部傳感器-1

工業(yè)機(jī)器人外部傳感器王慶龍2024/4/121.

目錄一、工業(yè)機(jī)器人常用傳感器的分類二、工業(yè)機(jī)器人傳感器的要求與選擇三、觸覺傳感器四、力覺傳感器五、接近覺傳感器2024/4/122.工業(yè)機(jī)器人按用途可分為內(nèi)部傳感器和外部傳感器。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(cè)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、距離傳感器，是為了檢測(cè)作業(yè)對(duì)象及環(huán)境與機(jī)器人的關(guān)系。工業(yè)機(jī)器人常用傳感器的分類2024/4/123.二、工業(yè)機(jī)器人傳感器的要求與選擇一般要求：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、安裝方便特定要求：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及其它輔助工作的要求如何選擇根據(jù)測(cè)量對(duì)象、環(huán)境確定靈敏度的選擇響應(yīng)特性線性范圍穩(wěn)定性精度

2024/4/124.三、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(cè)感知和外部直接接觸而產(chǎn)生的接觸覺、壓覺、滑覺等傳感器稱為機(jī)器人觸覺傳感器。1)接觸覺傳感器:傳感器裝于機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)部件或末端執(zhí)行器(如手爪)上,用以判斷機(jī)器人部件是否和對(duì)象物發(fā)生了接觸。接觸覺是通過與對(duì)象物體彼此接觸而產(chǎn)生的,所以最好使用手指表面高密度分布觸覺傳感器陣列。2024/4/125.2)壓覺傳感器:壓覺傳感器用來檢測(cè)和機(jī)器人接觸的對(duì)象物之間的壓力值。利用某些材料的內(nèi)阻隨壓力變化而變化的壓阻效應(yīng)制成的壓阻元件，將它們密集配置成陣列，即可檢測(cè)壓力的分布。（壓敏導(dǎo)電橡膠或塑料）利用壓電效應(yīng)器件如壓電晶體等。它的優(yōu)點(diǎn)是耐腐蝕、頻帶寬和靈敏度高等；缺點(diǎn)是無直流響應(yīng)，不能直接檢測(cè)靜態(tài)信號(hào)。利用半導(dǎo)體力敏器件與信號(hào)電路構(gòu)成的集成壓敏傳感器。常用的三種：壓電型（ZnO/Si-IC），電阻型SIR(硅集成)和電容型SIC，其優(yōu)點(diǎn)是體積小、成本低、便于同計(jì)算機(jī)接口;缺點(diǎn)是耐壓負(fù)載差、不柔軟。利用壓磁傳感器、掃描電路與針式差動(dòng)變壓器式傳感器構(gòu)成的壓覺傳感器，有較強(qiáng)的過載能力，但體積較大。高密度智能壓覺傳感器這是一種很有發(fā)展前途的壓覺傳感器，其中壓阻式和電容式使用最多。提別是硅電容式壓覺傳感器得到了廣泛應(yīng)用2024/4/126.3)滑覺傳感?？梢詸z測(cè)垂直于握持方向物體的位移、旋轉(zhuǎn)、由重力引起的變形，以達(dá)到修正受力值、防止滑動(dòng)、進(jìn)行多層次作業(yè)及測(cè)量物體重量和表面特性等的目的。滾軸帶動(dòng)光電傳感器和縫隙圓板而產(chǎn)生脈沖信號(hào)2024/4/127.四、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,根據(jù)被測(cè)對(duì)象的負(fù)載,可以把力傳感器分為測(cè)力傳感器(單軸力傳感器)、力矩表(單軸力矩傳感器)、手指?jìng)鞲衅?檢測(cè)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(cè)方式不同，可以分為：檢測(cè)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；利用壓電效應(yīng)的壓電元件式；用位移計(jì)測(cè)量負(fù)載產(chǎn)生的位移的差動(dòng)變壓器、電容位移計(jì)式。分辨率額定值2024/4/128.常用的工業(yè)機(jī)器人圓筒式腕力傳感器分為上下兩層,上層由4根豎直梁組成,下層由4根水平梁組成。在8根梁的相應(yīng)位置上粘貼應(yīng)變片作為測(cè)量敏感點(diǎn)。傳感器兩端通過法蘭盤與機(jī)器人腕部聯(lián)接。機(jī)器人腕部受力時(shí),8根彈性梁產(chǎn)生不同性質(zhì)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),通過一定的數(shù)學(xué)關(guān)系式就可算出X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)上的分力和分力矩。2024/4/129.五、接近覺傳感器接近覺傳感器就是放機(jī)器人手接近對(duì)象物體的距離約為數(shù)毫米～數(shù)十毫米時(shí)，就可檢測(cè)出到對(duì)象物體表面的距離、斜度和表面狀態(tài)的傳感器。接近覺一般用非接觸式測(cè)量元件,如霍爾效應(yīng)傳感器、電磁式接近開關(guān)、光學(xué)接近傳感器和超聲波式。2024/4/1210.1)光電式接近覺傳感器的應(yīng)答性好,維修方便,尤其是測(cè)量精度很高。是目前應(yīng)用最多的一種接近覺傳感器,但其信號(hào)處理較復(fù)雜,使用環(huán)境也受到一定限制(如環(huán)境光度偏極或污濁)。反射光亮（亦即接收信號(hào)的大?。┍硎玖四骋痪嚯x的點(diǎn)（光軸的交點(diǎn)）的峰值特性。利用這種特性滴線性部分來測(cè)定距離，測(cè)出峰值點(diǎn)就可確定物體的位置。由發(fā)光二極管和光敏晶體管組成。發(fā)光二極管發(fā)出的光經(jīng)過反射被光敏晶體管接收，接收到的光強(qiáng)和傳感器與目標(biāo)的距離有關(guān)，輸出信號(hào)時(shí)距離的函數(shù)。紅外信號(hào)被調(diào)試制成某一特定頻率，可大大提高信噪比2024/4/1211.2)超聲波式傳感器的原理是測(cè)量渡越時(shí)間,超聲波是頻率20kHz以上的機(jī)械振動(dòng)波,渡越時(shí)間與超聲波在介質(zhì)中的傳播速度的乘積的一半即是傳感器與目標(biāo)物之間的距離,渡越時(shí)間的測(cè)量方法有脈沖回波法、相位差法和頻差法。3)激光測(cè)距法也可以利用回波法,或者利用激光測(cè)距儀。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(diǎn)射向被測(cè)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),