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1、机器人传感器及机器人应用 1 引言 给机器人装备什么样的传感器 对这些传感器有什么要求 这是设计机器人感觉系统时遇到的首要问题 选择机器人传感器应当完全取决于机器人的工作需要和应用特点 2 一 机器人需要的感觉能力 1 触觉能力 主要指确定工作对象是否存在 以及它的尺寸大小和形状等 接近觉 主要用于探测机器人自身与周围物体之间相对位置或距离的传感器 接近觉界于触觉与视觉之间 视觉 孔 边 拐角的检测及工作对象形状的检测等 3 一 机器人需要的感觉能力 2 压觉 主要用于检测机器人与作业对象之间接触面的法向压力值的大小 滑觉 主要用于检测物体因自重相对于机器人手爪的滑移量的大小 4 二 传感器的
2、分类 5 1 内传感器 内传感器是用于测量机器人自身状态的功能元件 具体检测的对象有 关节的线位移 角位移等几何量 速度 角速度 加速度等运动量 倾斜角 方位角 振动等物理量 内传感器常用于控制系统中 用作反馈元件 检测机器人自身的状态参数 6 2 外传感器 测量与机器人作业有关的外部因素 通常与机器人的目标识别 作业安全等因素有关 7 三 典型内传感器 8 1 规定位置检测的内传感器 应用场合 检测规定的位置 常用ON OFF两个状态值 这种方法用于检测机器人的起始原点 终点位置或某个确定的位置 典型元器件 给定位置检测常用的检测元件有微型开关 光电开关等 规定的位移量或力作用在微型开关的可
3、动部分上 开关的电气触点断开 常闭 或接通 常开 并向控制回路发出动作信号 9 典型元器件图例 10 2 位置 角度测量 1 测量机器人关节线位移和角位移的传感器是机器人位置反馈控制中必不可少的元件 常用的有电位器 旋转变压器 编码器等 其中编码器既可以检测直线位移 又可以检测角位移 11 2 位置 角度测量 2 光电编码器 光电编码器由发光元件 聚光镜 漏光盘 光栏板 光敏管等构成 灯泡发出的光线经过聚焦后变成平行光束 当漏光盘上的条纹与光栏板上的条纹重合时 光敏管便接受一次光的信号并记数 由此可以测试旋转速度 12 光电编码器工作原理图 1 光源2 聚光镜3 漏光盘4 光敏管5 光拦板 1
4、3 光电编码器结构示意图 14 2 位置 角度测量 3 光电编码器用于测量直线位移 1 比较器2 放大器3 电液伺服阀4 光电编码器5 传动带6 滑轮7 活塞8 钢索 15 3 速度测量 1 介绍交流测速发电机的工作原理 组成 交流异步发电机由定子和转子组成 定子上有两个绕组 一个作励磁用 用于产生磁场 称为励磁绕组 另一个输出电压 称为输出绕组 两个绕组的轴线互相垂直 转子的结构可视为由无数并联的导体组成 和鼠笼转子结构一样 16 3 速度测量 2 工作原理 励磁绕组通电 励磁绕组接交流电压U1 产生交变脉动磁通 1 由于 1与输出绕组的轴线垂直 输出绕组中无感应电动势 输出电压U2 0转子
5、旋转时 测速发电机转子旋转 转子切割磁力线 导体条中产生感应电动势 右手法则 带电导体便在周围产生磁场 合成磁通的方向 r如图 与输出绕组的轴线方向平行 产生感应电压U2 17 3 速度测量 3 工作原理 测速发电机存在如下数量关系 U2 1n U1n由此可以看出 当励磁绕组加上电源电压且测速发电机以转速n转动时 它的输出绕组中就产生输出电压U2 其大小和转速n成正比 当转动方向改变时 U2的相位也改变180 这样就把转速信号转换为电压信号 输出电压的频率等于电源频率 与转速无关 18 测速发电机图例 1 转子静止时 19 测速发电机图例 2 转子静止时 转子旋转时 F F 20 四 典型外传
6、感器 21 1 接触觉传感器 接触觉传感器检测机器人是否接触目标或环境 用于寻找物体或感知碰撞 工作原理 在电极和柔性导体之间留有间隙 当施加外力时 受压部分的柔性导体和柔性绝缘体发生变形 利用柔性导体和电极之间的接通状态形成接触觉 22 接触觉传感器图例 23 2 压觉传感器 压觉传感器检测传感器面上受到的作用力 它由弹性体及检测弹性位移的敏感元件构成 用弹簧支承的平板作为机械手的物体夹持面 在平板上加负载时 平板发生位移 该位移量由电位器检测 如果已知弹簧的刚性系数 则可根据位移计的输出求出力的大小 24 压觉传感器图例 25 3 滑觉传感器 滑觉传感器有滚轮式和球式 物体在传感器表面上滑动时 和滚轮或球相接触 把滑动变成转动 滑动物体引起滚轮的转动 用磁铁和静止的磁头进行检测 26 滑觉传感器图例 27 五 机器人的应用 28 1 弧焊机器人 1 29 1 弧焊机器人 2 30 2 喷漆机器人 1 31 2 喷漆机器人 2 32 3 装配机器人 1 33 3 装配机器人 2 34 4 FMS系统中机器人 35 5 摘果机器人 36 6 剪枝机器人 37 7 剪羊毛机器人 38 8 导医机器人 39 9 爱宝 机器狗 40
