《机器人所用传感器课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机器人所用传感器课件（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、机器人底盘定位1、码盘（增量式旋转编码器）2、陀螺仪3、巡线传感器1、码盘（增量式旋转编码器）?旋转编码器是一种角位移传感器，是一种采用光电等方法将轴的机械转角转换为数字信号输出的精密传感器，分为光电式、接触式和电磁式三种，光电式旋转编码 器是闭环控制系统中最常用的位置传感器。旋转编码器可分为增量式编码器和绝对式编码器 两种。顾名思义，绝对型编码器能提供运转角度范围内的绝对位置信息，也就是表示其精确位 置的一种模式或编码。与之相比，增量型编码器则可为每个运动增量提供输出脉冲。目前机器人等伺服系统上广泛应用的是增量式编码器。绝对编码器由于成本较高等原 因，正在越来越多地被增量式编码器所替代。?一
2、、工作原理（光电增量式编码器）典型的光电式增量编码器测量系统由光源、聚光镜、光电码盘、光电码盘狭缝、光栏板、 光敏元件和信号处理电路组成。随转轴一起转动的脉冲码盘上有均匀刻制的光栅，在码盘上均匀地分布着若干个透光区段和遮光区段。当光电码盘随工作轴一起转动时，光源通过聚光镜，透过光 电码盘和光栏板形成忽明忽暗的光信号，光 敏元件将光信号转换成电信号，然后通过信号处理电路的整形、放大、分频、计数、译码后输出或显示。增量式编码器没有固定的起始零点，输出的是与转角的增量成正比的脉冲，需要用计数器来计脉冲数。每转过一个透光区时，就发出一个脉冲信号，计数器当前值加1，计数结果对应于转角的增量。为了测量旋转
3、方向，光栏板的两个 狭缝距离应为 m + (1/4) ( 为码盘两个狭缝之间的距离，即节距， m 为任意整数 ) ， 这样，两个光敏元件的输出信号就相差了 /2 相位；将输出信号送入鉴相电路，即可判断 码盘的旋转方向。?二、增量式编码器的分类1）单通道增量式编码器内部只有一对光电耦合器，只能产生一个脉冲序列。2）AB相编码器内部有两对光电耦合器，输出相位差为90的两组脉冲序列。正转和反转时两路脉冲的超前、滞后关系刚好相反。由下图可知，在B相脉冲的上升沿，正转和反转时A相脉冲的电平高低刚好相反，因此使用AB相编码器，PLC可以很容易地识别出转轴旋转的方向。?需要增加测量的精度时，可以采用4倍频方
4、式，即分别在A、B相波形的上升沿和下降沿计数，分辨率可以提高4倍，但是被测信号的最高频率相应降低。3）三通道增量式编码器内部除了有双通道增量式编码器的两对光电耦合器外，在脉冲码盘的另外一个通道有1个透光段，每转1圈，输出1个脉冲，该脉冲称为Z相零位脉冲，用做系统清零信号，或坐标的原点，以减少测量的积累误差。用法用法：由于A，B两相编码器的输出信号是正交脉冲信号，所以我们可以采用DSP的正交脉冲捕捉单元或者CPLD/PFGA专门的硬件电路对编码器的脉冲信号进行计数，然后就可以在程序里直接使用编码器的位置信息。2、陀螺仪?绕一个支点高速转动的刚体称为陀螺(Top) 在初始条件和一定的外力矩在作用下
5、，陀螺会在不停自转 的同时，还绕着另一个固定的转轴不停地旋转，这称为陀 螺的旋进(precession)，又称回转效应(gyroscopic effect)。人们利用陀螺的力学性质（一个旋转物体的旋转轴所指的 方向在不受外力影响时，是不会改变的）所制成的各种功能的陀螺装置称为陀螺仪gyroscope) 传感陀螺仪:传感陀螺仪用于飞行体运动的自动控制系统中，作为水平、垂直、俯仰、航向和角速度传感器。指示陀螺仪:指示陀螺仪主要用于飞行状态的指示，作为驾驶和领 航仪表使用。?2、陀螺仪原理原理：陀螺仪作为传感器实际上就是对角度的控制,进而控制所附载体的姿态,它输出的是角速度值,那么在时间上的积分便是
6、角度值了,当然,为了防止陀螺仪的误差在时间上的积累,需要把积分时间尽可能的缩短.用途用途：CPLD串口模块处理陀螺仪串口发来的字节。缺点缺点：由于陀螺仪的输出的角速率信号存在零点漂移，随机漂移等，积分后得到的角度偏差会随时间逐渐增大，不适合长时间定位。3、巡线传感器（SICK色标传感器）?色标传感器常用于检测特定色标或物体上的斑点，它是通过与非色标区相比较来实现色标检测，而不是直接测量颜色。色标传感器实际是一种反向装置，光源垂直于目标物体安装，而接收器与物体成锐角方向安装，让它只检测来自目标物体的散射光，从而避免传感器直接接收反射光，并且可使光束聚焦很窄。KT3G-N1116适用于必须快速和准
7、确检测色标或其他用颜色对比作记号的场合。在30多种灰度等级中，检测对比度范围广，都能可靠检测。通过标签颜色对比度的不同，可实现定位、分检、产品缺陷等功能。原理原理：通过事先的学习，能够分辨出两种不同的颜色。在机器人定位中，一般用于检测场地白线，如果传感器的光束在检测有效距离内（1.52cm）照在白线上，则输出端会给出相应的电压信号（一般是低电平），可通过自学习按钮自动选择分辨颜色。用法用法：把该传感器的输出信号经过光电隔离处理，送入DSP的IO引脚上，在程序便可以通过查询该IO口的状态（高电平还是低电平）判断是否检测到我们所要的颜色信号（比如场地白线）。机器人执行机构定位1、限位开关2、光电开
8、关与激光传感器3、霍尔传感器1、限位开关原理原理：又名行程开关，由一个常开开关和一个常闭开关组成，这两个开关公用一个公共端，当触点收到撞击被按下时，常开开关闭合，常闭开关断开。用法用法：通过DSP的IO引脚检测限位开关的状态，根据没有按下和按下时的不同电平状态进行相应的控制处理。2、光电开关与激光传感器（ Keyence）2.1、光电开关原理：光电开关是红外线光电开关的简称，利用被检测物体对红外光束的遮光或反射，由同步回路选通 而检测物体的有无，其物体不限于金属，对所有能反射光线的物体均可检测。现有的光电传感器优先 使用的是波长 780nm3um的近红外光，并已有比较稳定 的集成化产品，与数字
9、电路的接口也非常简单。光电开关输出是开关量，只能判断在测量距离内有无障碍物，不能给出障碍的实际距离，而且其开关的临界距离要受外界光环境的影响，另外，该传感器带有一个灵敏度调节旋钮，可以调节传感触发的距离。2.2、数字激光传感器?KEYENCE LV-H32 远距离数字激光视觉传感器，超高功率激光，能够进行1000mm距离的检测，在任何范围之内其光束点都能被聚焦到小物体上。远距离可调节聚束光点：你可以根据目标物大小用调解焦点环来调整光束点直径，而不必在意检测距离。原理原理：通过发出一道光（光电开关发射的是红外线，激光传感器发射的是激光），检测光线的反射信号，如果在有效距离范围内检测到反射信号，则
10、传感器的输出端给出相应的电平信号（高电平还是低电平）。有效距离可以事先设定。用法用法：跟限位开关的信号检测一样，通过DSP的IO口引脚检测光电开关或者激光传感器的信号，读取IO的电平值则可以知道传感器前方是否有物体存在。3、霍尔传感器原理：在半导体薄片两端通以控制电流I，并在薄片的垂直方向施加磁感应强度为B的匀强磁场，则在垂直于电流和磁场的方向上，将产生电势差为UH的霍尔电压，这就是所谓的霍尔效应，霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。 有线性型可开关型两种。线性霍尔传感器输出电压与外加磁场强度呈线性关系，而开关型着不同，当外加的磁感应强度超过某强度时，传感器输出低电平，当磁感应强度低
11、于某强度时时，传感器才由低电平跃变为高电平。此种传感器程序接口与限位开关差不多。其他传感器1、超声波传感器1、超声波传感器原理原理：超声波是一种频率比较高的声音,指向性强.超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。由此可见，超声波测距原理与雷达原理是一样的。本超声波测距模块可提供0mm-2000mm的非接触式距离感测功能，包括超声波发射器、接收器与控制电路。其基本工作原理为此超声波测距模块连接电源后，模块本身每18ms进行一次测距，完成测距后，以串口(TTL电平)的形式输出距离值。用法用法：若超声波模块为TTL电平输出，则采用CPLD进行编程模块处理，就像陀螺仪一样，若是RS232输出，则利用DSP控制板上的SCI模块处理，因为DSP板上的串口经过MAX232芯片处理。
