機(jī)器人位置傳感器：工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)6.3位置傳感器（11頁(yè)）
工業(yè)機(jī)器人傳感器 ——位置傳感器一、位置傳感器位置傳感器主要是檢測(cè)工業(yè)機(jī)器人的空間位置、角度與位移距離等物理量。二、電位器式位置傳感器電位器式傳感器常被用于測(cè)量機(jī)器人關(guān)節(jié)線位移和角位移，是位置反饋控制中必不可少的元件。旋轉(zhuǎn)型直線型圖1圖2二、電位器式位置傳感器直線型電位器的工作原理。圖3圖4二、電位器式位置傳感器旋轉(zhuǎn)型電位器的工作原理。圖5圖6三、光電編碼器光電編碼器是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的直線位移或角度變化轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器，屬于非接觸式傳感器。圖7圖81-轉(zhuǎn)軸 2-LED 3-檢測(cè)光柵 4-碼盤 5-光敏器件三、光電編碼器光電編碼器碼盤上有透光區(qū)與不透光區(qū)。圖9圖10三、光電編碼器相對(duì)編碼器又稱為增量式編碼器。圖11三、光電編碼器圖12四、旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器由定子和轉(zhuǎn)子組成。圖13五、小結(jié)
機(jī)器人位置傳感器：機(jī)器人傳感器
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機(jī)器人傳感器
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機(jī)器人是由計(jì)算機(jī)控制的復(fù)雜機(jī)器，它具有類似人的肢體及感官功能；動(dòng)作程序靈活；有一定程度的智能；在工作時(shí)可以不依賴人的操縱。機(jī)器人傳感器在機(jī)器人的控制中起了非常重要的作用，正因?yàn)橛辛藗鞲衅鳎瑱C(jī)器人才具備了類似人類的知覺功能和反應(yīng)能力。
中文名
機(jī)器人傳感器
作 用
傳遞感覺
用 途
模擬人類感覺
類 別
觸覺 視覺 力覺
控制終端
計(jì)算機(jī)
構(gòu) 成
觸覺傳感器、視覺傳感器、力覺傳感器、接近覺傳感器等
目錄
1
基本介紹
2
分類
?
明暗覺
?
色覺
?
位置覺
?
形狀覺
?
接觸覺
?
壓覺
?
力覺
?
接近覺
?
滑覺
3
主要傳感器
?
視覺
?
力覺
?
觸覺
?
接近覺
?
聽覺
機(jī)器人傳感器基本介紹
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語(yǔ)音
為了檢測(cè)作業(yè)對(duì)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，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)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(lái)越強(qiáng)大，將在許多領(lǐng)域?yàn)槿祟愖龀龈筘暙I(xiàn)。
[1]
機(jī)器人傳感器分類
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語(yǔ)音
根據(jù)檢測(cè)對(duì)象的不同可分為內(nèi)部傳感器和外部傳感器。a.內(nèi)部傳感器：用來(lái)檢測(cè)機(jī)器人本身狀態(tài)（如手臂間角度）的傳感器。多為檢測(cè)位置和角度的傳感器。b.外部傳感器：用來(lái)檢測(cè)機(jī)器人所處環(huán)境（如是什么物體，離物體的距離有多遠(yuǎn)等）及狀況（如抓取的物體是否滑落）的傳感器。具體有物體識(shí)別傳感器、物體探傷傳感器、接近覺傳感器、距離傳感器、力覺傳感器，聽覺傳感器等。
機(jī)器人傳感器明暗覺
檢測(cè)內(nèi)容：是否有光，亮度多少應(yīng)用目的：判斷有無(wú)對(duì)象，并得到定量結(jié)果傳感器件：光敏管、光電斷續(xù)器
機(jī)器人傳感器色覺
檢測(cè)內(nèi)容：對(duì)象的色彩及濃度應(yīng)用目的：利用顏色識(shí)別對(duì)象的場(chǎng)合傳感器件：彩色攝像機(jī)、濾波器、彩色CCD
機(jī)器人傳感器位置覺
檢測(cè)內(nèi)容：物體的位置、角度、距離應(yīng)用目的：物體空間位置、判斷物體移動(dòng)傳感器件：光敏陣列、CCD等
機(jī)器人傳感器形狀覺
檢測(cè)內(nèi)容：物體的外形應(yīng)用目的：提取物體輪廓及固有特征，識(shí)別物體傳感器件：光敏陣列、CCD等
機(jī)器人傳感器接觸覺
檢測(cè)內(nèi)容：與對(duì)象是否接觸，接觸的位置應(yīng)用目的：確定對(duì)象位置，識(shí)別對(duì)象形態(tài)，控制速度，安全保障，異常停止，尋徑傳感器件：光電傳感器、微動(dòng)開關(guān)、薄膜特點(diǎn)、壓敏高分子材料
機(jī)器人傳感器壓覺
檢測(cè)內(nèi)容：對(duì)物體的壓力、握力、壓力分布應(yīng)用目的：控制握力，識(shí)別握持物，測(cè)量物體彈性傳感器件：壓電元件、導(dǎo)電橡膠、壓敏高分子材料
機(jī)器人傳感器力覺
檢測(cè)內(nèi)容：機(jī)器人有關(guān)部件（如手指）所受外力及轉(zhuǎn)矩應(yīng)用目的：控制手腕移動(dòng)，伺服控制，正解完成作業(yè)傳感器件：應(yīng)變片、導(dǎo)電橡膠
機(jī)器人傳感器接近覺
檢測(cè)內(nèi)容：對(duì)象物是否接近，接近距離，對(duì)象面的傾斜應(yīng)用目的：控制位置，尋徑，安全保障，異常停止傳感器件：光傳感器、氣壓傳感器、超聲波傳感器、電渦流傳感器、霍爾傳感器
機(jī)器人傳感器滑覺
檢測(cè)內(nèi)容：垂直握持面方向物體的位移，重力引起的變形應(yīng)用目的：修正握力，防止打滑，判斷物體重量及表面狀態(tài)傳感器件：球形接點(diǎn)式、光電旋轉(zhuǎn)傳感器、角編碼器、振動(dòng)檢測(cè)器
機(jī)器人傳感器主要傳感器
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語(yǔ)音
機(jī)器人傳感器視覺
20世紀(jì)50年代后期出現(xiàn)，發(fā)展十分迅速，是機(jī)器人中最重要的傳感器之一。機(jī)器視覺從20世紀(jì)60年代開始首先處理積木世界，后來(lái)發(fā)展到處理室外的現(xiàn)實(shí)世界。20世紀(jì)70年代以后，實(shí)用性的視覺系統(tǒng)出現(xiàn)了。視覺一般包括三個(gè)過程：圖像獲取、圖像處理和圖像理解。相對(duì)而言，圖像理解技術(shù)還很落后。
機(jī)器人傳感器力覺
機(jī)器人力傳感器就安裝部位來(lái)講，可以分為關(guān)節(jié)力傳感器、腕力傳感器和指力傳感器。國(guó)際上對(duì)腕力傳感器的研究是從20世紀(jì)70年代開始的，主要研究單位有美國(guó)的DRAPER實(shí)驗(yàn)室、SRI研究所、IBM公司和日本的日立公司、東京大學(xué)等單位。
機(jī)器人傳感器觸覺
作為視覺的補(bǔ)充，觸覺能感知目標(biāo)物體的表面性能和物理特性：柔軟性、硬度、彈性、粗糙度和導(dǎo)熱性等。觸覺研究從20世紀(jì)80年代初開始，到20世紀(jì)90年代初已取得了大量的成果。
機(jī)器人傳感器接近覺
研究它的目的是使機(jī)器人在移動(dòng)或操作過程中獲知目標(biāo)（障礙）物的接近程度，移動(dòng)機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)避障，操作機(jī)器人可避免手爪對(duì)目標(biāo)物由于接近速度過快造成的沖擊。
機(jī)器人傳感器聽覺
（1） 特定人的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)特定人語(yǔ)音識(shí)別方法是將事先指定的人的聲音中的每一個(gè)字音的特征矩陣存儲(chǔ)起來(lái)，形成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模板（或叫模板），然后再進(jìn)行匹配。它首先要記憶一個(gè)或幾個(gè)語(yǔ)音特征，而且被指定人講話的內(nèi)容也必須是事先規(guī)定好的有限的幾句話。特定人語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)可以識(shí)別講話的人是否是事先指定的人，講的是哪一句話。（2） 非特定人的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)非特定人的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)大致可以分為語(yǔ)言識(shí)別系統(tǒng)，單詞識(shí)別系統(tǒng)，及數(shù)字音（0~9）識(shí)別系統(tǒng)。非特定人的語(yǔ)音識(shí)別方法則需要對(duì)一組有代表性的人的語(yǔ)音進(jìn)行訓(xùn)練，找出同一詞音的共性，這種訓(xùn)練往往是開放式的，能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行不斷的修正。在系統(tǒng)工作時(shí)，將接收到的聲音信號(hào)用同樣的辦法求出它們的特征矩陣，再與標(biāo)準(zhǔn)模式相比較。看它與哪個(gè)模板相同或相近，從而識(shí)別該信號(hào)的含義。B
詞條圖冊(cè)
更多圖冊(cè)
參考資料
1.
機(jī)器人傳感器概述
．傳感器[引用日期2013-01-01]
機(jī)器人位置傳感器：機(jī)器人的位置檢測(cè)傳感器
第
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機(jī)器人的位置檢測(cè)傳感器
測(cè)量可變位置和角度，即測(cè)量機(jī)器人關(guān)節(jié)線位移和角位移的
傳感器是機(jī)器人位置反饋控制中必不可少的元件。常用的有電位
器、旋轉(zhuǎn)變壓器、編碼器等。其中編碼器既可以檢測(cè)直線位移，
又可以檢測(cè)角位移。下面是幾種常用的位置檢測(cè)傳感器。
1
、
?
光
電開關(guān)
2
、編碼器
3
、旋轉(zhuǎn)變壓器。二、機(jī)器人速度、角速度傳感
器：
1
、
?
編碼器對(duì)任意給定的角位移，編碼器將產(chǎn)生確定數(shù)量的
脈沖信號(hào)，通過統(tǒng)計(jì)指定時(shí)間（
dt
）內(nèi)脈沖信號(hào)的數(shù)量，就能計(jì)
算出相應(yīng)的角速度。
dt
越短，得到的速度值就越準(zhǔn)確，越接近實(shí)
際的瞬時(shí)速度。但是，如果編碼器的轉(zhuǎn)動(dòng)很緩慢，則測(cè)出的速度
可能不準(zhǔn)。通過對(duì)控制器的編程，將指定時(shí)間內(nèi)脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)
轉(zhuǎn)化為速度信息就可以計(jì)算出速度。
2
、
?
測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)
是一種把輸入的轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)換成輸出的電壓信號(hào)的機(jī)電式信號(hào)元
件，它可以作為測(cè)速、校正和解算元件，廣泛應(yīng)用于機(jī)器人的關(guān)
節(jié)測(cè)速中。
3
、
?
位置信號(hào)微分如果位置信號(hào)中噪音較小，那么對(duì)
他進(jìn)行微分來(lái)求取速度信號(hào)不僅可行，而且很簡(jiǎn)單。為此，位置
信號(hào)應(yīng)盡可能連續(xù)，以免在速度信號(hào)中產(chǎn)生大的脈動(dòng)。所以，建
議使用薄膜式電位器測(cè)量位置，因?yàn)槔@線式電位器的輸出時(shí)分段
的，不適合微分。然而，信號(hào)的微分總是會(huì)有噪音的，應(yīng)該仔細(xì)
處理。三、機(jī)器人接觸覺傳感器：機(jī)器人接觸覺傳感器是用來(lái)判
斷機(jī)器人是否接觸物體的測(cè)量傳感器。傳感器輸出信號(hào)常為
0
或
機(jī)器人位置傳感器：機(jī)器人的位置檢測(cè)傳感器_1
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1、機(jī)器人的位置檢測(cè)傳感器測(cè)量可變位置和角度，即測(cè)量機(jī)器人關(guān)節(jié)線位移和角位移的 傳感器是機(jī)器人位置反饋控制中必不可少的元件。常用的有電位 器、旋轉(zhuǎn)變壓器、編碼器等。其中編碼器既可以檢測(cè)直線位移， 又可以檢測(cè)角位移。下面是幾種常用的位置檢測(cè)傳感器。1、光 電開關(guān)2、編碼器3、旋轉(zhuǎn)變壓器。二、機(jī)器人速度、角速度傳感 器：1、編碼器對(duì)任意給定的角位移，編碼器將產(chǎn)生確定數(shù)量的 脈沖信號(hào)，通過統(tǒng)計(jì)指定時(shí)間（dt）內(nèi)脈沖信號(hào)的數(shù)量，就能計(jì) 算出相應(yīng)的角速度。dt越短，得到的速度值就越準(zhǔn)確，越接近實(shí) 際的瞬時(shí)速度。但是，如果編碼器的轉(zhuǎn)動(dòng)很緩慢，則測(cè)出的速度 可能不準(zhǔn)。通過對(duì)控制器的編程，將指定時(shí)間內(nèi)脈沖信號(hào)的個(gè)
2、數(shù) 轉(zhuǎn)化為速度信息就可以計(jì)算出速度。2、測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī) 是一種把輸入的轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)換成輸出的電壓信號(hào)的機(jī)電式信號(hào)元 件，它可以作為測(cè)速、校正和解算元件，廣泛應(yīng)用于機(jī)器人的關(guān) 節(jié)測(cè)速中。3、位置信號(hào)微分如果位置信號(hào)中噪音較小，那么對(duì) 他進(jìn)行微分來(lái)求取速度信號(hào)不僅可行，而且很簡(jiǎn)單。為此，位置 信號(hào)應(yīng)盡可能連續(xù)，以免在速度信號(hào)中產(chǎn)生大的脈動(dòng)。所以，建 議使用薄膜式電位器測(cè)量位置，因?yàn)槔@線式電位器的輸出時(shí)分段 的，不適合微分。然而，信號(hào)的微分總是會(huì)有噪音的，應(yīng)該仔細(xì) 處理。三、機(jī)器人接觸覺傳感器：機(jī)器人接觸覺傳感器是用來(lái)判 斷機(jī)器人是否接觸物體的測(cè)量傳感器。傳感器輸出信號(hào)常為0或 1,最經(jīng)濟(jì)適用的
3、形式是各種微動(dòng)開關(guān)。常用的微動(dòng)開關(guān)由滑柱、 彈簧、基板和引線構(gòu)成，具有性能可靠、成本低、使用方便等特 點(diǎn)。接觸覺傳感器不僅可以判斷是否接觸物體，而且還可以大致 判斷物體的形狀。一般傳感器裝在末端的執(zhí)行器上，除了微動(dòng)開 關(guān)外，接觸覺傳感器還采用碳素纖維及聚氨基甲酸脂為基本材料 構(gòu)成觸覺傳感器。機(jī)器人與物體接觸，通過碳素纖維與金屬針之 間建立導(dǎo)通電路，與微動(dòng)開關(guān)相比，碳素纖維具有更高觸電安裝 密度、更好的柔性、可以安裝在機(jī)器手的曲面手掌上。四、機(jī)器 人接近覺傳感器、機(jī)器人接近覺傳感器能感知相距幾毫米到幾時(shí) 厘米內(nèi)對(duì)象物或障礙物的距離、對(duì)象物的便面性質(zhì)等的傳感器， 其目的是在接觸對(duì)象前得到必要的信息
4、，以便后續(xù)動(dòng)作。接近覺 傳感器有許多不同的類型，如電磁式、渦流式、霍爾效應(yīng)式、光 學(xué)式、超聲波式、電感式和電容式等等。五、機(jī)器人姿態(tài)傳感 器：姿態(tài)傳感器是用來(lái)檢測(cè)機(jī)器人與地面相對(duì)關(guān)系的傳感器，當(dāng) 機(jī)器人被限制在工廠的地面時(shí)，沒有必要安裝這種傳感器，如大 部分工業(yè)機(jī)器人。但當(dāng)機(jī)器人脫離了這個(gè)限制，并且能夠自由的 移動(dòng)，如移動(dòng)機(jī)器人，安裝姿態(tài)傳感器就成必要了。典型的姿態(tài) 傳感器是陀螺儀，他利用高速旋轉(zhuǎn)物體（轉(zhuǎn)子）經(jīng)常保持一定姿 態(tài)的性質(zhì)。轉(zhuǎn)子通過一個(gè)支撐它的，被稱為萬(wàn)向接頭的自由支持 機(jī)構(gòu)，安裝在機(jī)器人上。機(jī)器人圍繞著輸入軸僅轉(zhuǎn)過一個(gè)角度。 在速率陀螺儀中，加裝了彈簧。卸掉這個(gè)彈簧后的陀螺儀成為速
5、 率積分陀螺儀，此時(shí)輸出軸以角速度旋轉(zhuǎn)，且此角速度與圍繞輸 入軸的轉(zhuǎn)角速度成正比。姿態(tài)傳感器設(shè)置在機(jī)器人的軀干部分， 它用來(lái)檢測(cè)移動(dòng)中的軀干部分，它用來(lái)你檢測(cè)移動(dòng)中的姿態(tài)和方 位變化，保持機(jī)器人的正確姿態(tài)，并且實(shí)現(xiàn)指令要求的方位。除 此以外，還有氣體速度陀螺儀、光陀螺儀，前者利用了姿態(tài)變化 時(shí)，氣流也發(fā)生了變化這一現(xiàn)象；后者利用了當(dāng)環(huán)路狀光徑相對(duì) 于慣性空間旋轉(zhuǎn)時(shí)，沿這種光徑傳播的光，會(huì)因向右旋轉(zhuǎn)而呈現(xiàn) 速度變化的現(xiàn)象。六、機(jī)器人力覺傳感器：力覺是指對(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，用于感知夾持物的狀態(tài)， 校正由于手臂變形所引起的運(yùn)動(dòng)誤差，保護(hù)機(jī)器人及零件不受傷 害。他們對(duì)裝配機(jī)器
6、人具有重要意義。力覺傳感器主要包括關(guān)節(jié) 力傳感器、腕力傳感器等。七、機(jī)器人滑覺傳感器機(jī)器人在抓取 不知屬性的物體時(shí)，其自身能確定最佳握緊力的給定值。當(dāng)握緊 力不夠時(shí)，要檢測(cè)被握緊物體的滑動(dòng)，利用該檢測(cè)信號(hào)，在不損 害物體的前提下，考慮最可靠地夾持方法。實(shí)現(xiàn)此功能的傳感器 稱為滑覺傳感器。滑覺傳感器有滑動(dòng)式和球式，還有一種通過振 動(dòng)檢測(cè)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?yōu)檗D(zhuǎn)動(dòng)。磁力滑覺傳感器中，滑動(dòng)物體引起滾 輪滑動(dòng)，用磁鐵和靜止的磁頭，或用光傳感器進(jìn)行檢測(cè)，這種傳 感器只能檢測(cè)到一個(gè)方向的滑動(dòng)。球式用球代替滾輪，還可以檢 測(cè)個(gè)個(gè)方向的滑動(dòng)，振動(dòng)式滑覺傳感器表面
7、伸出的觸針能和物體 接觸，物體滾動(dòng)時(shí)，物體與觸針接觸而產(chǎn)生振動(dòng)，這個(gè)振動(dòng)由壓 點(diǎn)式傳感器或磁場(chǎng)線圈結(jié)構(gòu)的微小位移計(jì)檢測(cè)。八、機(jī)器人的視 覺、聽覺、嗅覺傳感器：機(jī)器人的視覺系統(tǒng)通常是利用光電傳感 器構(gòu)成的。機(jī)器人視覺系統(tǒng)要能達(dá)到實(shí)用，至少滿足實(shí)時(shí)性、可 靠性、有柔性和價(jià)格適中這幾個(gè)方面的要求。機(jī)器人的聽覺從應(yīng) 用的目的來(lái)看可以分為兩類:1）發(fā)音人識(shí)別系統(tǒng)2）語(yǔ)意識(shí)別 系統(tǒng)。機(jī)器人聽覺系統(tǒng)中的聽覺傳感器的基本形態(tài)與傳聲器相 同，多為你利用壓電效應(yīng)、磁電效應(yīng)等。嗅覺傳感器主要是采用 氣體傳感器、射線傳感器等。機(jī)器人的嗅覺傳感器主要用于：1） 檢測(cè)空氣中的化學(xué)成分及濃度。2）檢測(cè)放射線、可燃?xì)怏w及有 毒氣體。3） 了解環(huán)境污染、預(yù)防火災(zāi)和毒氣泄漏報(bào)警。第1頁(yè)共1頁(yè)
