工業(yè)機(jī)器人外部傳感器PPT

1、王慶龍 13:15 目錄目錄 一、工業(yè)機(jī)器人常用傳感器的分類一、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二、工業(yè)機(jī)器人傳感器的要求與選擇 三、觸覺(jué)傳感器三、觸覺(jué)傳感器 四、力覺(jué)傳感器四、力覺(jué)傳感器 五、接近覺(jué)傳感器五、接近覺(jué)傳感器 13:15 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(jué)、觸覺(jué)、力覺(jué)、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。 一一工業(yè)機(jī)器人常用傳感器的分類工業(yè)機(jī)器人常用傳感器的分類 13:15 二、工業(yè)

2、機(jī)器人傳感器的要求與選擇二、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 13:15 如何選擇如何選擇 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 三、觸覺(jué)傳感器三、觸覺(jué)傳感器 觸覺(jué)是接觸、沖擊、壓迫等機(jī)械刺激感覺(jué)的綜 合, 觸覺(jué)可以用來(lái)進(jìn)行機(jī)器人抓取, 利用觸覺(jué)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(jué)、壓覺(jué)、滑覺(jué)等傳 感器稱為機(jī)器人觸覺(jué)傳感器。 13:15

3、1) 接觸覺(jué)傳感器接觸覺(jué)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(jué)是通 過(guò)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(jué)傳感器陣傳感器陣 列列。 2) 壓覺(jué)傳感器壓覺(jué)傳感器: 壓覺(jué)傳感器用來(lái)檢測(cè)和機(jī)器人接觸的對(duì)象物之間的壓力 值。 a.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） b.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(wú)直流響應(yīng)，不能直接檢測(cè)靜態(tài)信號(hào)。 c.利用半導(dǎo)體力敏器

4、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。 d.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(jué)傳 感器，有較強(qiáng)的過(guò)載能力，但體積較大。 13:15 高密度智能壓覺(jué)傳感器這是一種 很有發(fā)展前途的壓覺(jué)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(jué)傳感器得到了廣泛應(yīng)用 13:15 3) 滑覺(jué)傳感滑覺(jué)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

5、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) 四、力覺(jué)傳感器四、力覺(jué)傳感器 力覺(jué)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(jué)、關(guān)節(jié)力覺(jué)和支座力覺(jué)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(jué)傳感器。 13:15 力覺(jué)傳感器根據(jù)力的檢測(cè)方式不同，可以分為： a. 檢測(cè)應(yīng)變或應(yīng)力的應(yīng)變片式，應(yīng)變片力覺(jué)傳感器被機(jī)器 人廣泛采用； b. 利用壓電效應(yīng)的壓電元件式； c. 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

6、值 13:15 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(guò)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(guò)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。 五、接近覺(jué)傳感器五、接近覺(jué)傳感器 接近覺(jué)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(jué)一般用非接觸式測(cè)量 元件, 如霍爾效應(yīng)傳

7、感器、電磁式接近開(kāi)關(guān)、光學(xué)接近傳感 器和超聲波式。 13:15 1)光電式接近覺(jué)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(jué)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)的大小）表示了某一距離的點(diǎn)（光軸的 交點(diǎn)）的峰值特性。利用這種特性滴線性部分來(lái)測(cè)定距離，測(cè)出 峰值點(diǎn)就可確定物體的位置。 13:15 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(guò)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 13:15 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