工業(yè)機(jī)器人的傳感器

1、5.1 5.1 工業(yè)機(jī)器人的感覺系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的感覺系統(tǒng)5.2 5.2 工業(yè)機(jī)器人內(nèi)部傳感器工業(yè)機(jī)器人內(nèi)部傳感器5.3 5.3 工業(yè)機(jī)器人外部傳感器工業(yè)機(jī)器人外部傳感器5.4 5.4 工業(yè)機(jī)器人傳感器應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人傳感器應(yīng)用2021-10-29機(jī)電工程學(xué)院12021-10-29機(jī)電工程學(xué)院25.15.1工業(yè)機(jī)器人的感覺系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的感覺系統(tǒng)1 1 、 工業(yè)機(jī)器人感覺系統(tǒng)的基本組成工業(yè)機(jī)器人感覺系統(tǒng)的基本組成視覺、視覺、聽覺、聽覺、觸覺、觸覺、嗅覺、嗅覺、味覺、味覺、平衡感覺平衡感覺其他其他2021-10-29機(jī)電工程學(xué)院3工業(yè)機(jī)器人的感覺系統(tǒng)包括：工業(yè)機(jī)器人的感覺系統(tǒng)包括：a)a)傳感器；傳

2、感器；b)b)通過傳感器獲得數(shù)據(jù)的處理。通過傳感器獲得數(shù)據(jù)的處理。2 2、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機(jī)器人傳感器按用途可分為機(jī)器人傳感器按用途可分為內(nèi)部傳感器內(nèi)部傳感器和和外部傳感器外部傳感器。內(nèi)部傳感器內(nèi)部傳感器裝在操作機(jī)上，包括位移、速度、加速度傳裝在操作機(jī)上，包括位移、速度、加速度傳感器，是為了檢測機(jī)器人操作機(jī)內(nèi)部狀態(tài)，在伺服控制感器，是為了檢測機(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。系統(tǒng)中作為反饋信號。外部傳感器外部傳感器，如視覺、觸覺、力覺距離等傳感器，是為，如視覺、觸覺、力覺距離等傳感器，是為了檢測作業(yè)對象及環(huán)境與機(jī)器人的聯(lián)系。了檢測作業(yè)對象及

3、環(huán)境與機(jī)器人的聯(lián)系。3 3、工業(yè)機(jī)器人傳感器的要求與選擇工業(yè)機(jī)器人傳感器的要求與選擇一般要求：一般要求： 精度高、重復(fù)性好精度高、重復(fù)性好 穩(wěn)定性和可靠性好穩(wěn)定性和可靠性好 抗干擾能力強(qiáng)抗干擾能力強(qiáng) 質(zhì)量輕、體積小、安裝方便質(zhì)量輕、體積小、安裝方便特定要求：特定要求： 適應(yīng)加工任務(wù)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機(jī)器人控制的要求 滿足安全性要求以及其它輔助工作的要求滿足安全性要求以及其它輔助工作的要求2021-10-29機(jī)電工程學(xué)院55.2 5.2 工業(yè)機(jī)器人內(nèi)部傳感器工業(yè)機(jī)器人內(nèi)部傳感器1 1 概述概述內(nèi)部傳感器中，位置傳感器和速度傳感器，是當(dāng)今機(jī)內(nèi)部傳感器中，位置傳感器和速度

4、傳感器，是當(dāng)今機(jī)器人反饋控制中不可缺少的元件。器人反饋控制中不可缺少的元件?，F(xiàn)已有多種傳感器大量生產(chǎn)，但傾斜角傳感器、方位現(xiàn)已有多種傳感器大量生產(chǎn)，但傾斜角傳感器、方位角傳感器及振動(dòng)傳感器等用作機(jī)器人內(nèi)部傳感器的時(shí)角傳感器及振動(dòng)傳感器等用作機(jī)器人內(nèi)部傳感器的時(shí)間不長，其性能尚需進(jìn)一步改進(jìn)。間不長，其性能尚需進(jìn)一步改進(jìn)。2021-10-29機(jī)電工程學(xué)院62 2、內(nèi)部傳感器功能分類、內(nèi)部傳感器功能分類1 1）規(guī)定位置、規(guī)定角度的檢測）規(guī)定位置、規(guī)定角度的檢測2 2）位置、角度測量）位置、角度測量3 3）速度、角速度測量）速度、角速度測量4 4）加速度測量）加速度測量2021-10-29機(jī)電工程學(xué)院

5、72 2、內(nèi)部傳感器功能分類、內(nèi)部傳感器功能分類1 1）規(guī)定位置、規(guī)定角度的檢測）規(guī)定位置、規(guī)定角度的檢測檢測預(yù)先規(guī)定的位置或角度，可以用開檢測預(yù)先規(guī)定的位置或角度，可以用開/ /關(guān)兩個(gè)狀態(tài)值，關(guān)兩個(gè)狀態(tài)值，用于檢測機(jī)器人的起始原點(diǎn)、越限位置或確定位置。用于檢測機(jī)器人的起始原點(diǎn)、越限位置或確定位置。 1) 1) 微型開關(guān)微型開關(guān)：規(guī)定的位移或力作用到微型開關(guān)的可：規(guī)定的位移或力作用到微型開關(guān)的可動(dòng)部分動(dòng)部分( (稱為執(zhí)行器稱為執(zhí)行器) )時(shí)，開關(guān)的電氣觸點(diǎn)斷開或接通。限時(shí)，開關(guān)的電氣觸點(diǎn)斷開或接通。限位開關(guān)通常裝在盒里，以防外力的作用和水、油、塵埃的位開關(guān)通常裝在盒里，以防外力的作用和水、油、

6、塵埃的侵蝕。侵蝕。 2) 2) 光電開關(guān)光電開關(guān)：光電開關(guān)是由：光電開關(guān)是由LEDLED光源和光敏二極管或光源和光敏二極管或光敏晶體管等光敏元件組成，相隔一定距離而構(gòu)成的透光光敏晶體管等光敏元件組成，相隔一定距離而構(gòu)成的透光式開關(guān)。當(dāng)光由基準(zhǔn)位置的遮光片通過光源和光敏元件的式開關(guān)。當(dāng)光由基準(zhǔn)位置的遮光片通過光源和光敏元件的縫隙時(shí)，光射不到光敏元件上，而起到開關(guān)的作用縫隙時(shí)，光射不到光敏元件上，而起到開關(guān)的作用2021-10-29機(jī)電工程學(xué)院82 2、內(nèi)部傳感器功能分類、內(nèi)部傳感器功能分類2 2）位置、角度測量）位置、角度測量測量機(jī)器人關(guān)節(jié)線位移和角位移的傳感器是機(jī)器測量機(jī)器人關(guān)節(jié)線位移和角位移

7、的傳感器是機(jī)器人位置反饋控制中必不可少的元件。人位置反饋控制中必不可少的元件。a)a)電位器電位器b)b)旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器c)c)編碼器編碼器2021-10-29機(jī)電工程學(xué)院9關(guān)于電位器關(guān)于電位器電位器可作為直線位移和角位移檢測元件，結(jié)構(gòu)形式如圖。電位器可作為直線位移和角位移檢測元件，結(jié)構(gòu)形式如圖。為了保證電位器的線性輸出，應(yīng)保證等效負(fù)載電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電位器總電阻。電位器式傳感器結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，使用方便，但分辨率不高，且當(dāng)電刷和電阻之間接觸面磨損或有塵埃附著時(shí)會產(chǎn)生噪聲。2021-10-29機(jī)電工程學(xué)院10關(guān)于旋轉(zhuǎn)變壓器關(guān)于旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器由鐵心、兩個(gè)定子線圈和兩個(gè)轉(zhuǎn)子線圈組成，旋轉(zhuǎn)

8、變壓器由鐵心、兩個(gè)定子線圈和兩個(gè)轉(zhuǎn)子線圈組成，是測量旋轉(zhuǎn)角度的傳感器。定子和轉(zhuǎn)子由硅鋼片和坡莫合是測量旋轉(zhuǎn)角度的傳感器。定子和轉(zhuǎn)子由硅鋼片和坡莫合金疊層制成，如圖所示。金疊層制成，如圖所示。 在各定子線圈加上交流電壓，轉(zhuǎn)子線圈中由于交鏈磁通的變化產(chǎn)生感應(yīng)電壓。感應(yīng)電壓和勵(lì)磁電壓之間相關(guān)聯(lián)的耦合系數(shù)隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角而改變。因此，根據(jù)測得的輸出電壓，就可以知道轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的大小。2021-10-29機(jī)電工程學(xué)院11 關(guān)于編碼器關(guān)于編碼器編碼器輸出表示位移增量的編碼器脈沖信號，并帶有符號。編碼器輸出表示位移增量的編碼器脈沖信號，并帶有符號。據(jù)檢測原理，編碼器可分為：據(jù)檢測原理，編碼器可分為：光學(xué)式、磁式、感

9、應(yīng)式和電光學(xué)式、磁式、感應(yīng)式和電容式容式。根據(jù)其刻度方法及信號輸出形式，分為增量式編碼器和絕根據(jù)其刻度方法及信號輸出形式，分為增量式編碼器和絕對式編碼器。對式編碼器。作為機(jī)器人位移傳感器，光電編碼器應(yīng)用最為廣泛。作為機(jī)器人位移傳感器，光電編碼器應(yīng)用最為廣泛。2021-10-29機(jī)電工程學(xué)院122 2、內(nèi)部傳感器功能分類、內(nèi)部傳感器功能分類3 3）速度、角速度測量）速度、角速度測量速度、角速度測量是驅(qū)動(dòng)器反饋控制必不可少的環(huán)節(jié)。速度、角速度測量是驅(qū)動(dòng)器反饋控制必不可少的環(huán)節(jié)。有時(shí)也利用測位移傳感器測量速度及檢測單位采樣時(shí)有時(shí)也利用測位移傳感器測量速度及檢測單位采樣時(shí)間位移量，但這種方法有其局限性

10、：低速時(shí)測量不穩(wěn)間位移量，但這種方法有其局限性：低速時(shí)測量不穩(wěn)定的危險(xiǎn)；高速時(shí)，只能獲得較低的測量精度。定的危險(xiǎn)；高速時(shí)，只能獲得較低的測量精度。最通用的速度、角速度傳感器是測速發(fā)電機(jī)或成為轉(zhuǎn)最通用的速度、角速度傳感器是測速發(fā)電機(jī)或成為轉(zhuǎn)速表的傳感器、比率發(fā)電機(jī)。速表的傳感器、比率發(fā)電機(jī)。測量角速度的測速發(fā)電機(jī)，可按其構(gòu)造分為直流測速測量角速度的測速發(fā)電機(jī)，可按其構(gòu)造分為直流測速發(fā)電機(jī)、交流測速發(fā)電機(jī)和感應(yīng)式交流測速發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)、交流測速發(fā)電機(jī)和感應(yīng)式交流測速發(fā)電機(jī)。2021-10-29機(jī)電工程學(xué)院132 2、內(nèi)部傳感器功能分類、內(nèi)部傳感器功能分類4 4）加速度測量）加速度測量隨著機(jī)器人的高

11、速比、高精度化，機(jī)器人的振動(dòng)問題隨著機(jī)器人的高速比、高精度化，機(jī)器人的振動(dòng)問題提上日程。為了解決振動(dòng)問題，有時(shí)在機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)提上日程。為了解決振動(dòng)問題，有時(shí)在機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)手臂等位置安裝加速度傳感器，測量振動(dòng)加速度，并手臂等位置安裝加速度傳感器，測量振動(dòng)加速度，并把它反饋到驅(qū)動(dòng)器上。把它反饋到驅(qū)動(dòng)器上。 a)a)應(yīng)變片加速度傳感器應(yīng)變片加速度傳感器 b)b)伺服加速度傳感器伺服加速度傳感器 c)c)壓電感應(yīng)加速度傳感器壓電感應(yīng)加速度傳感器 d)d)其他類型傳感器其他類型傳感器2021-10-29機(jī)電工程學(xué)院142 2、內(nèi)部傳感器功能分類、內(nèi)部傳感器功能分類4 4）加速度測量）加速度測量隨著機(jī)器人

12、的高速比、高精度化，機(jī)器人的振動(dòng)問題隨著機(jī)器人的高速比、高精度化，機(jī)器人的振動(dòng)問題提上日程。為了解決振動(dòng)問題，有時(shí)在機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)提上日程。為了解決振動(dòng)問題，有時(shí)在機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)手臂等位置安裝加速度傳感器，測量振動(dòng)加速度，并手臂等位置安裝加速度傳感器，測量振動(dòng)加速度，并把它反饋到驅(qū)動(dòng)器上。把它反饋到驅(qū)動(dòng)器上。 a)a)應(yīng)變片加速度傳感器應(yīng)變片加速度傳感器 b)b)伺服加速度傳感器伺服加速度傳感器 c)c)壓電感應(yīng)加速度傳感器壓電感應(yīng)加速度傳感器 d)d)其他類型傳感器其他類型傳感器2021-10-29機(jī)電工程學(xué)院155.3 5.3 工業(yè)機(jī)器人外部傳感器工業(yè)機(jī)器人外部傳感器1 1概述概述 為了檢測作

13、業(yè)對象及環(huán)境或機(jī)器人與它們?yōu)榱藱z測作業(yè)對象及環(huán)境或機(jī)器人與它們的關(guān)系，在機(jī)器人上安裝了觸覺傳感器、視覺傳的關(guān)系，在機(jī)器人上安裝了觸覺傳感器、視覺傳感器、力覺傳感器、接近覺傳感器、超聲波傳感感器、力覺傳感器、接近覺傳感器、超聲波傳感器和聽覺傳感器，大大改善了機(jī)器人工作狀況，器和聽覺傳感器，大大改善了機(jī)器人工作狀況，使其能夠更充分地完成復(fù)雜的工作。使其能夠更充分地完成復(fù)雜的工作。 由于外部傳感器為集多種學(xué)科于一身的產(chǎn)由于外部傳感器為集多種學(xué)科于一身的產(chǎn)品，有些方面還在探索之中，隨著外部傳感器的品，有些方面還在探索之中，隨著外部傳感器的進(jìn)一步完善，機(jī)器人的功能越來越強(qiáng)大，將在許進(jìn)一步完善，機(jī)器人的功

14、能越來越強(qiáng)大，將在許多領(lǐng)域?yàn)槿祟愖龀龈筘暙I(xiàn)。多領(lǐng)域?yàn)槿祟愖龀龈筘暙I(xiàn)。2021-10-29機(jī)電工程學(xué)院162 2外部傳感器功能分類外部傳感器功能分類（1 1）觸覺傳感器）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)。步感知物體的形狀、軟硬等物理性質(zhì)。一般把檢測感知和外部直接接觸而產(chǎn)生的接觸覺、一般把檢測感知和外部直接接觸而產(chǎn)生的接觸覺、壓力、觸覺及接近覺的傳感器稱為機(jī)器人觸覺傳壓力、觸覺及接近覺的傳感器稱為機(jī)器人觸覺傳感器感

15、器2021-10-29機(jī)電工程學(xué)院171)1)接觸覺：接觸覺：接觸覺是通過與對象物體彼此接觸而產(chǎn)生的，所接觸覺是通過與對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，以最好使用手指表面高密度分布觸覺傳感器陣列，它柔軟易于變形，可增大接觸面積，并且有一定它柔軟易于變形，可增大接觸面積，并且有一定的強(qiáng)度，便于抓握。接觸覺傳感器可檢測機(jī)器人的強(qiáng)度，便于抓握。接觸覺傳感器可檢測機(jī)器人是否接觸目標(biāo)或環(huán)境，用于尋找物體或感知碰撞。是否接觸目標(biāo)或環(huán)境，用于尋找物體或感知碰撞。 主要有：機(jī)械式、彈性式和光纖式等。主要有：機(jī)械式、彈性式和光纖式等。機(jī)械式傳感器機(jī)械式傳感器：利用觸點(diǎn)的接觸

16、斷開獲取信息，：利用觸點(diǎn)的接觸斷開獲取信息，通常采用微動(dòng)開關(guān)來識別物體的二維輪廓，由于通常采用微動(dòng)開關(guān)來識別物體的二維輪廓，由于結(jié)構(gòu)關(guān)系無法高密度列陣。結(jié)構(gòu)關(guān)系無法高密度列陣。2021-10-29機(jī)電工程學(xué)院18彈性式傳感器彈性式傳感器：這類傳感器都由彈性元件、導(dǎo)電：這類傳感器都由彈性元件、導(dǎo)電觸點(diǎn)和絕緣體構(gòu)成。觸點(diǎn)和絕緣體構(gòu)成。如采用導(dǎo)電性石墨化碳纖維、氨基甲酸乙酯泡沫、如采用導(dǎo)電性石墨化碳纖維、氨基甲酸乙酯泡沫、印制電路板和金屬觸點(diǎn)構(gòu)成的傳感器，碳纖維被印制電路板和金屬觸點(diǎn)構(gòu)成的傳感器，碳纖維被壓后與金屬觸點(diǎn)接觸，開關(guān)導(dǎo)通。也可由彈性海壓后與金屬觸點(diǎn)接觸，開關(guān)導(dǎo)通。也可由彈性海綿、導(dǎo)電橡膠

17、和金屬觸點(diǎn)構(gòu)成，導(dǎo)電橡膠受壓后，綿、導(dǎo)電橡膠和金屬觸點(diǎn)構(gòu)成，導(dǎo)電橡膠受壓后，海綿變形，導(dǎo)電橡膠和金屬觸點(diǎn)接觸，開關(guān)導(dǎo)通。海綿變形，導(dǎo)電橡膠和金屬觸點(diǎn)接觸，開關(guān)導(dǎo)通。也可由金屬和鈹青銅構(gòu)成，被絕緣體覆蓋的青銅也可由金屬和鈹青銅構(gòu)成，被絕緣體覆蓋的青銅箔片被壓后與金屬接觸，觸點(diǎn)閉合。箔片被壓后與金屬接觸，觸點(diǎn)閉合。2021-10-29機(jī)電工程學(xué)院19 光纖傳感器光纖傳感器這種傳感器包括由一束光纖構(gòu)成的光纜和一個(gè)可變形這種傳感器包括由一束光纖構(gòu)成的光纜和一個(gè)可變形的反射表面。光通過光纖束投射到可變形的反射材料的反射表面。光通過光纖束投射到可變形的反射材料上，反射光按相反方向通過光纖束返回。如果反射表

18、上，反射光按相反方向通過光纖束返回。如果反射表面是平的，則通過每條光纖所返回的光的強(qiáng)度是相同面是平的，則通過每條光纖所返回的光的強(qiáng)度是相同的。如果反射表面因與物體接觸受力而變形，則反射的。如果反射表面因與物體接觸受力而變形，則反射的光強(qiáng)度不同。用高速光掃描技術(shù)進(jìn)行處理，即可得的光強(qiáng)度不同。用高速光掃描技術(shù)進(jìn)行處理，即可得到反射表面的受力情況。到反射表面的受力情況。接接觸覺傳感器觸覺傳感器(a) (a) 點(diǎn)式點(diǎn)式; (b) ; (b) 棒式棒式; (c) ; (c) 緩沖器式緩沖器式; (d) ; (d) 平板式平板式; (e) ; (e) 環(huán)式環(huán)式 2021-10-29機(jī)電工程學(xué)院202) 2

19、) 接近覺接近覺接近覺是一種粗略的距離感覺，接近覺傳感器的接近覺是一種粗略的距離感覺，接近覺傳感器的主要作用是在接觸對象之前獲得必要的信息，用主要作用是在接觸對象之前獲得必要的信息，用來探測在一定距離范圍內(nèi)是否有物體接近、物體來探測在一定距離范圍內(nèi)是否有物體接近、物體的接近距離和對象的表面形狀及傾斜等狀態(tài)，一的接近距離和對象的表面形狀及傾斜等狀態(tài)，一般用般用“1 1”和和“0 0”兩種態(tài)表示。兩種態(tài)表示。接近接近覺傳感器覺傳感器 2021-10-29機(jī)電工程學(xué)院21在機(jī)器人中，主要用于對物體的抓取和躲避。在機(jī)器人中，主要用于對物體的抓取和躲避。接近覺一般用非接觸式測量元件，如霍爾效應(yīng)傳接近覺一

20、般用非接觸式測量元件，如霍爾效應(yīng)傳感器、電磁式接近開關(guān)和光學(xué)接近傳感器。以光感器、電磁式接近開關(guān)和光學(xué)接近傳感器。以光學(xué)接近傳感器為例，其結(jié)構(gòu)如圖。學(xué)接近傳感器為例，其結(jié)構(gòu)如圖。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)，輸出信號是距離的函數(shù)。紅外信號被調(diào)制成某一特定頻率，可大大提高信噪比2021-10-29機(jī)電工程學(xué)院223) 3) 滑覺滑覺機(jī)器人在抓取不知屬性的物體時(shí)，其自身應(yīng)能確機(jī)器人在抓取不知屬性的物體時(shí)，其自身應(yīng)能確定最佳握緊力的給定值。當(dāng)握緊力不夠時(shí)，要檢定最佳握緊力的給定值。當(dāng)握緊力不夠時(shí)，要檢測被握緊物體的滑動(dòng)

21、，利用該檢測信號，在不損測被握緊物體的滑動(dòng)，利用該檢測信號，在不損害物體的前提下，考慮最可靠的夾持方法，實(shí)現(xiàn)害物體的前提下，考慮最可靠的夾持方法，實(shí)現(xiàn)此功能的傳感器稱為滑覺傳感器。此功能的傳感器稱為滑覺傳感器。 滑覺傳感器有滾動(dòng)式和球式，還有一種通過滑覺傳感器有滾動(dòng)式和球式，還有一種通過振動(dòng)檢測滑覺的傳感器。物體在傳感器表面上滑振動(dòng)檢測滑覺的傳感器。物體在傳感器表面上滑動(dòng)時(shí)，和滾輪或環(huán)相接觸，把滑動(dòng)變成轉(zhuǎn)動(dòng)。動(dòng)時(shí)，和滾輪或環(huán)相接觸，把滑動(dòng)變成轉(zhuǎn)動(dòng)。2021-10-29機(jī)電工程學(xué)院23磁力式滑覺傳感器中，滑動(dòng)物體引起滾輪滾動(dòng)，用磁鐵和磁力式滑覺傳感器中，滑動(dòng)物體引起滾輪滾動(dòng)，用磁鐵和靜止的磁頭，

22、或用光傳感器進(jìn)行檢測，這種傳感器只能檢靜止的磁頭，或用光傳感器進(jìn)行檢測，這種傳感器只能檢測到一個(gè)方向的滑動(dòng)。測到一個(gè)方向的滑動(dòng)。球式傳感器用球代替滾輪，可以檢測各個(gè)方向的滑動(dòng)，振球式傳感器用球代替滾輪，可以檢測各個(gè)方向的滑動(dòng)，振動(dòng)式滑覺傳感器表面伸出的觸針能和物體接觸，物體滾動(dòng)動(dòng)式滑覺傳感器表面伸出的觸針能和物體接觸，物體滾動(dòng)時(shí)，觸針與物體接觸而產(chǎn)生振動(dòng)，這個(gè)振動(dòng)由壓電傳感器時(shí)，觸針與物體接觸而產(chǎn)生振動(dòng)，這個(gè)振動(dòng)由壓電傳感器或磁場線圈結(jié)構(gòu)的微小位移計(jì)檢測。滾輪式滑覺傳感器如或磁場線圈結(jié)構(gòu)的微小位移計(jì)檢測。滾輪式滑覺傳感器如圖所示。圖所示。測測振式滑覺傳感器振式滑覺傳感器 常見的滑覺傳感器常見的

23、滑覺傳感器柱柱型滾輪式滑覺傳感器型滾輪式滑覺傳感器 (a) (a) 機(jī)器人夾持器；機(jī)器人夾持器； (b) (b) 傳感器傳感器 常見的滑覺傳感器常見的滑覺傳感器球形球形滑覺傳感器滑覺傳感器常見的滑覺傳感器常見的滑覺傳感器2021-10-29機(jī)電工程學(xué)院27（2 2）力覺傳感器）力覺傳感器力覺是指對機(jī)器人的指、肢和關(guān)節(jié)等運(yùn)動(dòng)中所受力覺是指對機(jī)器人的指、肢和關(guān)節(jié)等運(yùn)動(dòng)中所受力的感知力的感知. .主要包括：腕力覺、關(guān)節(jié)力覺和支座力覺等，根主要包括：腕力覺、關(guān)節(jié)力覺和支座力覺等，根據(jù)被測對象的負(fù)載，可以把力傳感器分為測力傳據(jù)被測對象的負(fù)載，可以把力傳感器分為測力傳感器感器( (單軸力傳感器單軸力傳感器

24、) )、力矩表、力矩表( (單軸力矩傳感器單軸力矩傳感器) )、手指傳感器手指傳感器( (檢測機(jī)器人手指作用力的超小型單軸檢測機(jī)器人手指作用力的超小型單軸力傳感器力傳感器) )和六軸力覺傳感器。和六軸力覺傳感器。2021-10-29機(jī)電工程學(xué)院28力覺傳感器根據(jù)力的檢測方式不同，可以分為：力覺傳感器根據(jù)力的檢測方式不同，可以分為：1) 1) 檢測應(yīng)變或應(yīng)力的應(yīng)變片式，應(yīng)變片力覺傳感器檢測應(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；被機(jī)器人廣泛采用；2) 2) 利用壓電效應(yīng)的壓電元件式；利用壓電效應(yīng)的壓電元件式；3) 3) 用位移計(jì)測量負(fù)載產(chǎn)生的位移的差動(dòng)變壓器、電用位移計(jì)測量負(fù)載產(chǎn)

25、生的位移的差動(dòng)變壓器、電容位移計(jì)式。容位移計(jì)式。在選用力傳感器時(shí)，首先要特別注意額定值，其次在在選用力傳感器時(shí)，首先要特別注意額定值，其次在機(jī)器人通常的力控制中，力的精度意義不大，重要的機(jī)器人通常的力控制中，力的精度意義不大，重要的是分辨率。是分辨率。在機(jī)器人上實(shí)際安裝使用力覺傳感器時(shí)，一定要事先在機(jī)器人上實(shí)際安裝使用力覺傳感器時(shí)，一定要事先檢查操作區(qū)域，清除障礙物。這對實(shí)驗(yàn)者的人身安全、檢查操作區(qū)域，清除障礙物。這對實(shí)驗(yàn)者的人身安全、對保證機(jī)器人及外圍設(shè)備不受損害有重要意義。對保證機(jī)器人及外圍設(shè)備不受損害有重要意義。DraperDraper的腕力傳感器的腕力傳感器 常見的力覺傳感器常見的力覺

26、傳感器SRISRI腕力傳感器應(yīng)變片連接方式腕力傳感器應(yīng)變片連接方式 SRISRI腕力傳感器腕力傳感器 常見的力覺傳感器常見的力覺傳感器林林純一的腕力傳感器純一的腕力傳感器 常見的力覺傳感器常見的力覺傳感器圖圖 5-22 5-22 非徑向中心對稱三梁腕力傳感器非徑向中心對稱三梁腕力傳感器 2021-10-29機(jī)電工程學(xué)院33（3 3）距離傳感器）距離傳感器 距離傳感器可用于機(jī)器人導(dǎo)航和回避障礙物，距離傳感器可用于機(jī)器人導(dǎo)航和回避障礙物，也可用于機(jī)器人空間內(nèi)的物體進(jìn)行定位及確定其也可用于機(jī)器人空間內(nèi)的物體進(jìn)行定位及確定其一般形狀特征。一般形狀特征。目前最常用的測距法有兩種：目前最常用的測距法有兩種

27、： 1) 1) 超聲波測距法超聲波測距法超聲波是頻率超聲波是頻率20kHz20kHz以上的機(jī)械振動(dòng)波，利用發(fā)射以上的機(jī)械振動(dòng)波，利用發(fā)射脈沖和接收脈沖的時(shí)間間隔推算出距離。超聲波脈沖和接收脈沖的時(shí)間間隔推算出距離。超聲波測距法的缺點(diǎn)是波束較寬，其分辨力受到嚴(yán)重的測距法的缺點(diǎn)是波束較寬，其分辨力受到嚴(yán)重的限制，因此，主要用于導(dǎo)航和回避障礙物。限制，因此，主要用于導(dǎo)航和回避障礙物。 2021-10-29機(jī)電工程學(xué)院342) 2) 激光測距法：激光測距法也可以利用回波法，激光測距法：激光測距法也可以利用回波法，或者利用激光測距儀，其工作原理如下：或者利用激光測距儀，其工作原理如下：氦氖激光器固定在基

28、線上，在基線的一端由反射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)射向被測物體，反射鏡固定在電動(dòng)機(jī)鏡將激光點(diǎn)射向被測物體，反射鏡固定在電動(dòng)機(jī)軸上，電動(dòng)機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn)，使激光點(diǎn)穩(wěn)定地對被測軸上，電動(dòng)機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn)，使激光點(diǎn)穩(wěn)定地對被測目標(biāo)掃描。由目標(biāo)掃描。由CCD(CCD(電荷耦合器件電荷耦合器件) )攝像機(jī)接受反射攝像機(jī)接受反射光，采用圖像處理的方法檢測出激光點(diǎn)圖像，并光，采用圖像處理的方法檢測出激光點(diǎn)圖像，并根據(jù)位置坐標(biāo)及攝像機(jī)光學(xué)特點(diǎn)計(jì)算出激光反射根據(jù)位置坐標(biāo)及攝像機(jī)光學(xué)特點(diǎn)計(jì)算出激光反射角。利用三角測距原理即可算出反射點(diǎn)的位置。角。利用三角測距原理即可算出反射點(diǎn)的位置。2021-10-

29、29機(jī)電工程學(xué)院35(4) (4) 其他外部傳感器其他外部傳感器 除以上介紹的機(jī)器人外部傳感器外，還可根除以上介紹的機(jī)器人外部傳感器外，還可根據(jù)機(jī)器人特殊用途安裝聽覺傳感器、味覺傳感器據(jù)機(jī)器人特殊用途安裝聽覺傳感器、味覺傳感器及電磁波傳感器，而這些機(jī)器人主要用于科學(xué)研及電磁波傳感器，而這些機(jī)器人主要用于科學(xué)研究、海洋資源探測或食品分析、救火等特殊用途。究、海洋資源探測或食品分析、救火等特殊用途。這些傳感器多數(shù)屬于開發(fā)階段，有待于更進(jìn)一步這些傳感器多數(shù)屬于開發(fā)階段，有待于更進(jìn)一步完善，以豐富機(jī)器人專用功能完善，以豐富機(jī)器人專用功能2021-10-29機(jī)電工程學(xué)院36(5) (5) 傳感器融合傳感

30、器融合系統(tǒng)中使用的傳感器種類和數(shù)量越來越多，每種系統(tǒng)中使用的傳感器種類和數(shù)量越來越多，每種傳感器都有一定的使用條件和感知范圍，并且又傳感器都有一定的使用條件和感知范圍，并且又能給出環(huán)境或?qū)ο蟮牟糠只蛘麄€(gè)側(cè)面的信息，為能給出環(huán)境或?qū)ο蟮牟糠只蛘麄€(gè)側(cè)面的信息，為了有效地利用這些傳感器信息，需要采用某種形了有效地利用這些傳感器信息，需要采用某種形式對傳感器信息進(jìn)行綜合、融合處理，不同類型式對傳感器信息進(jìn)行綜合、融合處理，不同類型信息的多種形式的處理系統(tǒng)就是傳感器融合。傳信息的多種形式的處理系統(tǒng)就是傳感器融合。傳感器的融合技術(shù)涉及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、知識工程、模糊感器的融合技術(shù)涉及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、知識工程、模糊理論等

31、信息、檢測、控制領(lǐng)域的新理論和新方法。理論等信息、檢測、控制領(lǐng)域的新理論和新方法。2021-10-29機(jī)電工程學(xué)院37傳感器匯集類型有多種，現(xiàn)舉兩種例子。傳感器匯集類型有多種，現(xiàn)舉兩種例子。 1) 1) 競爭性的：在傳感器檢測同一環(huán)境或同一競爭性的：在傳感器檢測同一環(huán)境或同一物體的同一性質(zhì)時(shí)，傳感器提供的數(shù)據(jù)可能是一物體的同一性質(zhì)時(shí)，傳感器提供的數(shù)據(jù)可能是一致的，也可能是矛盾的。若有矛盾，就需要系統(tǒng)致的，也可能是矛盾的。若有矛盾，就需要系統(tǒng)裁決。裁決的方法有多種，如加權(quán)平均法、決策裁決。裁決的方法有多種，如加權(quán)平均法、決策法等。在一個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)中，車輛位置的確定可以法等。在一個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)中，車輛位置的確定可以通過計(jì)算法定位系統(tǒng)通過計(jì)算法定位系統(tǒng)( (利用速度、方向等記錄數(shù)據(jù)利用速度、方向等記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算進(jìn)行計(jì)算) )或陸標(biāo)或陸標(biāo)( (如交叉路口、人行道等參照物如交叉路口、人行道等參照物) )觀測確定。若陸標(biāo)觀測成功，則用陸標(biāo)觀測的結(jié)觀測確定。若陸標(biāo)觀測成功，則用陸標(biāo)觀測的結(jié)果，并對計(jì)算法的