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盤(pán)點(diǎn)機(jī)器人傳感器的類型及其作用

隨著智能化的程度提高，機(jī)器人傳感器應(yīng)用越來(lái)越多。智能機(jī)器人主要有交互機(jī)器人、傳感機(jī)器人和自主機(jī)器人3種。從擬人功能出發(fā)，視覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)最為重要，早已進(jìn)入實(shí)用階段，聽(tīng)覺(jué)也有較大進(jìn)展，其它還有嗅覺(jué)、味覺(jué)、滑覺(jué)等，對(duì)應(yīng)有多種傳感器，所以機(jī)器人傳感產(chǎn)業(yè)也形成了生產(chǎn)和科研力量。內(nèi)傳感器機(jī)器介機(jī)電一體化的產(chǎn)品，內(nèi)傳感器和電機(jī)、軸等機(jī)械部件或機(jī)械結(jié)構(gòu)如手臂（Arm）、手腕（Wrist）等安裝在一起，完成位置、速度、力度的測(cè)量，實(shí)現(xiàn)伺服控制。位置（位移）傳感器直線移動(dòng)傳感器有電位計(jì)式傳感器和可調(diào)變壓器兩種。角位移傳感器有電位計(jì)式、可調(diào)變壓器（旋轉(zhuǎn)變壓器）及光電編碼器三種，其中光電編碼器有增量式編碼器和絕對(duì)式編碼器。增量式編碼器一般用于零位不確定的位置伺服控制，絕對(duì)式編碼器能夠得到對(duì)應(yīng)于編碼器初始鎖定位置的驅(qū)動(dòng)軸瞬時(shí)角度值，當(dāng)設(shè)備受到壓力時(shí)，只要讀出每個(gè)關(guān)節(jié)編碼器的讀數(shù)，就能夠?qū)λ欧刂频慕o定值進(jìn)行調(diào)整，以防止機(jī)器人啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生過(guò)劇烈的運(yùn)動(dòng)。速度和加速度傳感器速度傳感器有測(cè)量平移和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)速度兩種，但大多數(shù)情況下，只限于測(cè)量旋轉(zhuǎn)速度。利用位移的導(dǎo)數(shù)，特別是光電方法讓光照射旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)，檢測(cè)出旋轉(zhuǎn)頻率和脈沖數(shù)目，以求出旋轉(zhuǎn)角度，及利用圓盤(pán)制成有縫隙，通過(guò)二個(gè)光電二極管辨別出角速度，即轉(zhuǎn)速，這就是光電脈沖式轉(zhuǎn)速傳感器。此外還有測(cè)速發(fā)電機(jī)用于測(cè)速等。力覺(jué)傳感器力覺(jué)傳感器用于測(cè)量?jī)晌矬w之間作用力的三個(gè)分量和力矩的三個(gè)分量。機(jī)器人中理想的傳感器是粘接在依從部件的半導(dǎo)體應(yīng)力計(jì)。具體有金屬電阻型力覺(jué)傳感器、半導(dǎo)體型力覺(jué)傳感器、其它磁性壓力式和利用弦振動(dòng)原理制作的力覺(jué)傳感器。由于機(jī)器人發(fā)展歷史較長(zhǎng)，近年來(lái)普遍采用以交流永磁電動(dòng)機(jī)為主的交流伺服系統(tǒng)，對(duì)應(yīng)位置、速度等傳感器大量應(yīng)用的是：各種類型的光電編碼器、磁編碼器和旋轉(zhuǎn)變壓器。外傳感器以往一般工業(yè)機(jī)器人是沒(méi)有外部感覺(jué)能力的，而新一代機(jī)器人如多關(guān)節(jié)機(jī)器人，特別是移動(dòng)機(jī)器人、智能機(jī)器人則要求具有校正能力和反應(yīng)環(huán)境變化的能力，外傳感器就是實(shí)現(xiàn)這些能力的。觸覺(jué)傳感器微型開(kāi)關(guān)是接觸傳感器最常用型式，另有隔離式雙態(tài)接觸傳感器（即雙穩(wěn)態(tài)開(kāi)關(guān)半導(dǎo)體電路）、單模擬量傳感器、矩陣傳感器（壓電元件的矩陣傳感器、人工皮膚——變電導(dǎo)聚合物、光反射觸覺(jué)傳感器等）。應(yīng)力傳感器如多關(guān)節(jié)機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)作時(shí)需要知道實(shí)際存在的接觸、接觸點(diǎn)的位置（定位）、接觸的特性即估計(jì)受到的力（表征）這三個(gè)條件，所以用上節(jié)已指出的應(yīng)變儀，結(jié)合具體應(yīng)力檢測(cè)的基本假設(shè)，如求出工作臺(tái)面與物體間的作用力，具體有對(duì)環(huán)境裝設(shè)傳感器、對(duì)機(jī)器人腕部裝設(shè)測(cè)試儀器用傳動(dòng)裝置作為傳感器等方法。接近度傳感器由于機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度提高及對(duì)物體裝卸可能引起損壞等原因需要知道物體在機(jī)器人工作場(chǎng)地內(nèi)存在位置的先驗(yàn)信息以及適當(dāng)?shù)能壽E規(guī)劃，所以有必要應(yīng)用測(cè)量接近度的遙感方法。接近傳感器分為無(wú)源傳感器和有源傳感器，所以除自然信號(hào)源外，還可能需要人工信號(hào)的發(fā)送器和接收器。超聲波接近度傳感器用于檢測(cè)物體的存在和測(cè)量距離。它不能用于測(cè)量小于30~50cm的距離，而測(cè)距范圍較大，它可用在移動(dòng)機(jī)器人上，也可用于大型機(jī)器人的夾手上。還可做成超聲導(dǎo)航系統(tǒng)。聲覺(jué)傳感器用于感受和解釋在氣體（非接觸感受）、液體或固體（接觸感受）中的聲波。聲波傳感器復(fù)雜程度可以從簡(jiǎn)單的聲波存在檢測(cè)到復(fù)雜的聲波頻率分析，直到對(duì)連續(xù)自然語(yǔ)言中單獨(dú)語(yǔ)音和詞匯的辨別。接觸式或非接觸式溫度傳感器近年在機(jī)器人中應(yīng)用較廣，除常用的熱電阻（熱敏電阻）、熱電偶等外，熱電電視攝像機(jī)測(cè)及感覺(jué)溫度圖像方面也取得進(jìn)展。滑覺(jué)傳感器用于檢測(cè)物體的滑動(dòng)。當(dāng)要求機(jī)器人抓住特性未知的物體時(shí)，必須確定最適當(dāng)?shù)奈樟χ担砸髾z測(cè)出握力不夠時(shí)所產(chǎn)生的物體滑動(dòng)信號(hào)。目前有利用光學(xué)系統(tǒng)的滑覺(jué)傳感器和利用晶體接收器的滑覺(jué)傳感器，后者的檢測(cè)靈敏度與滑動(dòng)方向無(wú)關(guān)。距離傳感器用于智能移動(dòng)機(jī)器人的距離傳感器有：激光測(cè)距儀（兼可測(cè)角）、聲納傳感器等，近幾年得到發(fā)展。視覺(jué)傳感器這是應(yīng)用很廣泛的外傳感器，有鑒于它的內(nèi)容很豐富，而且機(jī)器視覺(jué)經(jīng)常獨(dú)立形成產(chǎn)品，與軟件技術(shù)關(guān)系很密切。

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