(1.14)--4.3感知系统-内部传感器.ppt

14.3 感知系统 传感器是一种以一定精度将被测量（如位移、力、加速度、温度等）转换为有确定对应关系、易于精确处理和测量的某种物理量（如电量）的测量部件或装置。24.3 感知系统工业机器人传感器的分类34.3 感知系统机器人对传感器的一般性要求如下：（1）精度高、重复性好。机器人是否能够准确无误地正常工作，往往取决于其所用传感器的测量精度。（2）稳定性和可靠性好。保证机器人能够长期、稳定、可靠地工作，尽可能避免在工作中出现故障。（3）抗干扰能力强。工业机器人的工作环境往往比较恶劣，其所用传感器应能承受一定的电磁干扰、振动，并能在高温、高压、高污染环境中正常工作。（4）质量轻、体积小、安装方便。（5）价格低44.3 感知系统内部传感器1.位置传感器 位置感觉是机器人最起码的感觉要求，没有它们，机器人将不能正常工作。它们可以通过多种传感器来实现。位置传感器包括位置和角度检测传感器。常用的机器人位置传感器有电位器式、光电式、电感式、电容式、霍尔元件式、磁栅式及机械式位置传感器等。1）电位器式位置传感器 典型的是直线型电位器和旋转型电位器直线型电位器旋转型电位器54.3 感知系统内部传感器2）光电编码器 光电编码器是一种应用广泛的位置传感器，其分辨率完全能满足机器人的技术要求。这种非接触型位置传感器可分为绝对型光电编码器和相对型光电编码器。（1）绝对型光电编码器。绝对型光电编码器通常由3个主要元件构成：多路（或通道）光源（如发光二极管）、光敏元件和光电码盘。电动机上的绝对型光电编码器绝对型光电编码器码盘64.3 感知系统内部传感器4通道16个扇形面的二进制绝对码盘如图（a）。采用二进制码盘，在两个码段交替过程中，有可能由于电刷位置安装不准，一些电刷越过分界线，而另一些尚未越过，会产生非单值性误差。为减小这种误差，改进的方法是采用格雷码码盘，如图（b）所示。绝对码盘74.3 感知系统内部传感器（2）相对型光电编码器。与绝对型光电编码器一样，相对型光电编码器也是由前述3个主要元件构成的，所不同的是后者的光源只有一路或两路，光电码盘一般只刻有一圈或两圈透明区域和不透明区域。当光透过码盘时，光敏元件导通，产生低电平信号，代表二进制的“0”；不透明的区域代表二进制的“1”。84.3 感知系统内部传感器 3）旋转变压器 旋转变压器是一种输出电压随转角变化的检测装置，是用来测量角位移的。其基本结构与交流绕线式异步电动机相似，由定子和转子组成。旋转变压器的原理94.3 感知系统内部传感器 4）激光干涉式编码器中国科学院长春光学精密机械与物理研究所利用光学衍射光干涉技术取代传统几何光提取位移信息技术，研制出国内最高水平的高密度光栅盘，刻线密度达到380线/mm。光学干涉系统被集成于45 mm10 mm空间内，并以光学对径相加工技术消除码盘偏心。1994 年研制成的58 mm带有光学倍频的编码器，无电细分的原始角分辨率达到每圈162 000 脉冲。高速电处理技术的应用，使响应频率提高到1 000 kHz。绝对零位信息提取的创新技术使定位精度大大提高。该编码器可用于高精度DD机器人，使我国机器人位置传感器的制造技术步入世界先进水平行列。104.3 感知系统内部传感器 2.速度传感器速度传感器是机器人内部传感器之一，用来测量关节的运动速度，常用的有模拟式和数字式两类。1）模拟式速度传感器 测速发电机是常用的一种模拟式速度传感器，它是一种小型永磁式直流发电机。其工作原理是：当励磁磁通恒定时，其输出电压和转子转速成正比。测速发电机114.3 感知系统内部传感器 2）数字式速度传感器在机器人控制系统中，增量式码盘既可用作位置传感器，又可用作速度传感器。当把增量式码盘用作速度传感器时，既可用模拟式方法，也可用数字式方法。124.3 感知系统内部传感器 3.加速度传感器1）应变片加速度传感器Ni-Cu或Ni-Cr等金属电阻应变片加速度传感器是一个由板簧支撑重锤所构成的振动系统。2）伺服加速度传感器伺服加速度传感器检测出与上述振动系统重锤位移成比例的电流，把电流反馈到恒定磁场中的线圈上，使重锤返回到原来的零位移状态。134.3 感知系统内部传感器 4.倾斜角传感器倾斜角传感器测量重力的方向，应用于机械手末端执行器或移动机器人的姿态控制中。1）液体式倾斜角传感器液体式倾斜角传感器分为气泡位移式倾斜角传感器、电解液式倾斜角传感器、电容式倾斜角传感器和磁流体式倾斜角传感器等。气泡位移式倾斜角传感器的结构及测量原理144.3 感知系统内部传感器2）垂直振子式倾斜角传感器 振子由挠性薄片悬起，传感器倾斜时，振子为了保持铅直方向而离开平衡位置。根据振子是否偏离平衡位置及偏移角函数（通常是正弦函数）检测出倾斜角度。但是，由于容器限制，测量范围只能在振子自由摆动的允许范围内，不能检测过大的倾斜角度。垂直阵子式倾斜角传感器的原理154.3 感知系统内部传感器2）垂直振子式倾斜角传感器 振子由挠性薄片悬起，传感器倾斜时，振子为了保持铅直方向而离开平衡位置。根据振子是否偏离平衡位置及偏移角函数（通常是正弦函数）检测出倾斜角度。但是，由于容器限制，测量范围只能在振子自由摆动的允许范围内，不能检测过大的倾斜角度。垂直阵子式倾斜角传感器的原理