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工业机器人常用传感器分析:了解机器人如何感知世界

日期:2018-1-10

       机器人是由计算机控制的复杂机器,它具有类似人的肢体及感官功能;动作程序灵活;有一定程度的智能;在工作时可以不依赖人的操纵。随着工业机器人技术的不断发展,机器人不再只是那个搬运重物的工具,传感器技术的应用,让工业机器人变得智能了许多,传感器为机器人增加了感觉,为机器人高精度智能化的工作提供了基础。

  传感器是用来感测和采集数据,传感器是机器人的眼睛和耳朵,机器人传感器在机器人的控制中起了非常重要的作用,正因为有了传感器,机器人才具备了类似人类的知觉功能和反应能力,工业机器人常用传感器很多包括压力传感器、力觉传感器、距离传感器、视觉传感器、触觉传感器等等。

  1、二维视觉传感器

  具有从一整幅图像捕获光线的数发千计像素的能力,图像的清晰和细腻程度常用分辨率来衡量,以像素数量表示,在捕获图像之后,视觉传感器将其与内存中存储的基准图像进行比较,以做出分析。此外,无论该机器部件位于视场中的哪个位置,无论该部件是否在 360 度范围内旋转,视觉传感器都能做出判断。视觉传感器可以扩展人的视觉范围,使人们看到视觉范围以外的微观世界和宏观世界。二维视觉传感器主要就是一个摄像头,它可以完成物体运动的检测以及定位等功能,二维视觉传感器已经出现了很长时间,许多智能相机可以配合协调工业机器人的行动路线,根据接收到的信息对机器人的行为进行调整。

  2、三维视觉传感器

  利用视觉信息进行判别和理解(机械视觉)等研究方面所不可缺少的,特别是如果能实时地获取运动物体的三维形状的话,其应用范围还会更广。工业用的三维形状测定主要是采用狭缝光投影法,这种方法是基于三角测量的原理,将狭缝光透射到被测物上在用摄像器探测其反射光,这时,从狭缝的透射方向和摄像器上狭缝的位置就能获得被测物的三维形状,一次可以得到一行信息,因为可以实现高精度化和小型化,所以是目前最适合实用化的方法。

  狭缝光的生成,一般是采用半导体激光器和圆柱状透镜,在摄像传感器中采用电视摄像机的结构。

  最近三维视觉传感器逐渐兴起,三维视觉系统必须具备两个摄像机在不同角度进行拍摄,这样物体的三维模型可以被检测识别出来。相比于二维视觉系统,三维传感器可以更加直观的展现事物。

  3、力扭矩传感器

  力扭矩传感器是一种可以让机器人知道力的传感器,可以对机器人手臂上的力进行监控,根据数据分析,对机器人接下来行为作出指导。

  扭矩传感器是对各种旋转或非旋转机械部件上对扭转力矩感知的检测。扭矩传感器将扭力的物理变化转换成精确的电信号。扭矩传感器可以应用在制造粘度计,电动(气动,液力)扭力扳手,它具有精度高,频响快,可靠性好,寿命长等优点。

  4、碰撞检测传感器

  碰撞检测传感器是一款行人碰撞检测传感器,能够更精确地检测车辆与行人之间的碰撞,使弹出式发动机罩的运作更精确。在传统的弹出式发动机罩中,前保险杠上安装有几个加速传感器,当碰撞发生时,传感器未必能够检测到碰撞,这取决于行人与前保险杠的接触位置。该传感器由两个压力传感器和一个中空的聚乙烯壳体组成,这些传感器与壳体与保险杠内部结构相吻合。在一次正面碰撞中,压力传感器检测中空壳体中的压力变化,当保险杠发生变形时,内部压力则会增加,从而无论碰撞发生在保险杠的何处,压力传感器都能精确地检测出碰撞。

  工业机器人尤其是协作机器人最大的要求就是安全,要营造一个安全的工作环境,就必须让机器人识别什么事不安全。一个碰撞传感器的使用,可以让机器人理解自己碰到了什么东西,并且发送一个信号暂停或者停止机器人的运动。

  5、安全传感器

  安全传感器,是指能感受(或响应)规定的被测量并按照一定规律转换成可用信号输出的器件或装置称为传感器。安全传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的转换元件以及相应的电子线路所组成。与上面的碰撞检测传感器不同,使用安全传感器可以让工业机器人感觉到周围存在的物体,安全传感器的存在,避免机器人与其他物体发生碰撞。

  6、距离传感器

  用于智能移动机器人的距离传感器有:激光测距仪(兼可测角)、声纳传感器等。

  7、触觉传感器

  微型开关是接触传感器最常用型式,另有隔离式双态接触传感器(即双稳态开关半导体电路)、单模拟量传感器、矩阵传感器(压电元件的矩阵传感器、人工皮肤--变电导聚合物、光反射触觉传感器等)。

  8、位置传感器

  直线移动传感器有电位计式传感器和可调变压器两种。角位移传感器有电位计式、可调变压器(旋转变压器)及光电编码器三种,其中光电编码器有增量式编码器和绝对式编码器。增量式编码器一般用于零位不确定的位置伺服控制,绝对式编码器能够得到对应于编码器初始锁定位置的驱动轴瞬时角度值,当设备受到压力时,只要读出每个关节编码器的读数,就能够对伺服控制的给定值进行调整,以防止机器人启动时产生过剧烈的运动。

  9、速度传感器

  速度传感器有测量平移和旋转运动速度两种,但大多数情况下,只限于测量旋转速度。利用位移的导数,特别是光电方法让光照射旋转圆盘,检测出旋转频率和脉冲数目,以求出旋转角度,及利用圆盘制成有缝隙,通过二个光电二极管辨别出角速度,即转速,这就是光电脉冲式转速传感器。

  10、加速度传感器

  加速度传感器是一种能够测量加速度的传感器。通常由质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和适调电路等部分组成。传感器在加速过程中,通过对质量块所受惯性力的测量,利用牛顿第二定律获得加速度值。根据传感器敏感元件的不同,常见的加速度传感器包括电容式、电感式、应变式、压阻式、压电式等。

  上文提到的都是外部传感器;外部传感器是用来获取有关机器人的作业对象及外界环境等方面的信息,是机器人与周围交互工作的信息通道,用来执行视觉、接近觉、触觉、力觉等传感器,比如距离测量、声音、光线等。

  还有内部传感器;内部传感器主要用来检测机器人各内部系统的状况,如各关节的位置、速度、加速度温度、电机速度、电机载荷、电池电压等,并将所测得的信息作为反馈信息送至控制器,形成闭环控制

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