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1、工业机器人 外部传感器,王庆龙,03:21,1,目录 一、工业机器人常用传感器的分类 二、工业机器人传感器的要求与选择 三、触觉传感器 四、力觉传感器 五、接近觉传感器,03:21,2,工业机器人按用途可分为内部传感器和外部传感器。 内部传感器装在操作机上，包括位移、速度、加速度传感器，是为了检测机器人操作机内部状态，在伺服控制系统中作为反馈信号。 外部传感器，如视觉、触觉、力觉、距离传感器，是为了检测作业对象及环境与机器人的关系。,工业机器人常用传感器的分类,03:21,3,二、工业机器人传感器的要求与选择,一般要求： 精度高、重复性好 稳定性和可靠性好 抗干扰能力强 质量轻、体积小、安装方
2、便 特定要求： 适应加工任务要求 满足机器人控制的要求 满足安全性要求及其它辅助工作的要求,03:21,如何选择,根据测量对象、环境确定 灵敏度的选择 响应特性 线性范围 稳定性 精度,4,三、触觉传感器 触觉是接触、冲击、压迫等机械刺激感觉的综合, 触觉可以用来进行机器人抓取, 利用触觉可进一步感知物体的形状、软硬等物理性质。一般把检测感知和外部直接接触而产生的接触觉、压觉、滑觉等传感器称为机器人触觉传感器。,03:21,1) 接触觉传感器: 传感器装于机器人的运动部件或末端执行器(如手爪)上, 用以判断机器人部件是否和对象物发生了接触。接触觉是通过与对象物体彼此接触而产生的, 所以最好使用
3、手指表面高密度分布触觉传感器阵列。,5,2) 压觉传感器: 压觉传感器用来检测和机器人接触的对象物之间的压力值。 利用某些材料的内阻随压力变化而变化的压阻效应制成的压阻元件，将它们密集配置成阵列，即可检测压力的分布。（压敏导电橡胶或塑料） 利用压电效应器件如压电晶体等。它的优点是耐腐蚀、频带宽和灵敏度高等；缺点是无直流响应，不能直接检测静态信号。 利用半导体力敏器件与信号电路构成的集成压敏传感器。常用的三种：压电型（ZnO/Si-IC），电阻型SIR(硅集成)和电容型SIC，其优点是体积小、成本低、便于同计算机接口;缺点是耐压负载差、不柔软。 利用压磁传感器、扫描电路与针式差动变压器式传感器构
4、成的压觉传感器，有较强的过载能力，但体积较大。,03:21,高密度智能压觉传感器这是一种 很有发展前途的压觉传感器，其中压阻式和电容式使用最多。提别是硅电容式压觉传感器得到了广泛应用,6,03:21,3) 滑觉传感。可以检测垂直于握持方向物体的位移、旋转、由重力引起的变形，以达到修正受力值、防止滑动、进行多层次作业及测量物体重量和表面特性等的目的。,滚轴带动光电传感器和缝隙圆板而产生脉冲信号,7,四、力觉传感器 力觉是指对机器人的指、肢和关节等运动中所受力的感知, 主要包括腕力觉、关节力觉和支座力觉等, 根据被测对象的负载, 可以把力传感器分为测力传感器( 单轴力传感器) 、力矩表( 单轴力矩
5、传感器) 、手指传感器( 检测机器人手指作用力的超小型单轴力传感器) 和六轴力觉传感器。,03:21,力觉传感器根据力的检测方式不同，可以分为： 检测应变或应力的应变片式，应变片力觉传感器被机器人广泛采用； 利用压电效应的压电元件式； 用位移计测量负载产生的位移的差动变压器、电容位移计式。,分辨率,额定值,8,03:21,常用的工业机器人圆筒式腕力传感器分为上下两层, 上层 由 4 根竖直梁组成, 下层由 4 根水平梁组成。在 8 根梁的相应位置上粘贴应变片作为测量敏感点。传感器两端通过法兰盘与机器人腕部联接。 机器人腕部受力时, 8 根弹性梁产生不同性质的变形, 使敏感点的应变片发生应变,
6、输出电信号, 通过一定的数学关系式就可算出 X、Y、Z 三个坐标上的分力和分力矩。,9,五、接近觉传感器 接近觉传感器就是放机器人手接近对象物体的距离约为数毫米数十毫米时，就可检测出到对象物体表面的距离、斜度和表面状态的传感器。接近觉一般用非接触式测量元件, 如霍尔效应传感器、电磁式接近开关、光学接近传感器和超声波式。,03:21,10,1)光电式接近觉传感器的应答性好, 维修方便, 尤其是测量精度很高。是目前应用最多的一种接近觉传感器, 但其信号处理较复杂, 使用环境也受到一定限制(如环境光度偏极或污浊)。 反射光亮（亦即接收信号的大小）表示了某一距离的点（光轴的交点）的峰值特性。利用这种特
7、性滴线性部分来测定距离，测出峰值点就可确定物体的位置。,03:21,由发光二极管和光敏晶体管组成。发光二极管发出的光经过反射被光敏晶体管接收，接收到的光强和传感器与目标的距离有关，输出信号时距离的函数。红外信号被调试制成某一特定频率，可大大提高信噪比,11,03:21,2) 超声波式传感器的原理是测量渡越时间, 超声波是频率20kHz 以上的机械振动波, 渡越时间与超声波在介质中的传播速度的乘积的一半即是传感器与目标物之间的距离, 渡越时间的测量方法有脉冲回波法、相位差法和频差法。,3)激光测距法也可以利用回波法, 或者利用激光测距仪。氦氖激光器固定在基线上, 在基线的一端由反射镜将激光点射向被测物体, 反射镜固定在电动机轴上, 电动机连续旋转, 使激光点稳定地对被测目标扫描。由 CCD( 电荷耦合器件) 摄像机接受反射光, 采用图像处理的方法检测出激光点图像, 并根据位置坐标及摄像机光学特点计算出激光反射角。,12,03:21,13,
