智慧制造-机器人传感技术与控制课件.ppt

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1、智慧制造:机器人传感技术与控制第一代机器人：不具有感知和反馈，示教再现型第二代机器人：对外界环境有一定感知能力，具有视觉、触觉、听觉等功能。第三代机器人：智能机器人，具有感觉能力，有记忆、推理和决策的能力，有与外部世界——对象、环境和人相适应、相协调的工作机能。为了检测作业对象、环境或机器人与它们的关系，在机器人上安装了触觉、视觉、力觉、接近觉、超声波等传感器，进行定位和控制，实现类似人类感知作用。机器人传感器是指机器人对内外部环境感知的物理量变换为电量输出的装置。机器人传感器分为内部传感器和外部传感器

2、。机器人的内部传感器是安装在机器人自身中,用来感知它自己的状态，以调整并控制机器人的行动。它通常由位置、速度、加速度及压力传感器组成。机器人的外部传感器是检测环境、目标的状态特征，使机器人--环境发生交互作用，从而使机器人对环境有自校正和自适应能力。类型：包括触觉传感器、视觉传感器、接近觉传感器、听觉传感器等。控制器内部传感外部传感机器人位置传感器速度传感器加速度传感器力和压力传感器微动开关红外传感器接触和视觉传感器接近觉传感器超声波传感器视觉传感器语音合成器内传感器用于测量机器人自身状态测量与机器人作

3、业有关的外部环境多指协调控制抓取规划多指多关节灵巧机械手三个手指3个关节电机角度传感器复合触觉传感器通过从结构与功能上模仿人手，实现对各种形状物体的灵巧操作，精确的力控制与运动控制传感器在机器人身上分布5.1机器人内部传感器机器人内传感器包括位移（位置）传感器、速度、加速度传感器等。一、位置传感器1.电位器式位移传感器直线电位器和圆形电位器，用作直线位移和角位移传感器。电位器式位移传感器结构简单，性能稳定可靠，精度高，较方便地选择其输出信号范围。电位器式位移传感器的可动电刷与被测物体相连。物体的位移引起

4、电位器移动端的电阻变化。阻值的变化量反映了位移的量值，阻值的增加还是减小则表明了位移的方向。电位器式位移传感器位移和电压关系：E：输入电压L：触头最大移动距离X：向左端移动的距离e：电阻右侧的输出电压旋转型电位器式位移传感器直线型电位器式位移传感器2.旋转光电编码器旋转光电编码器是角度、角速度检测装置，具有体积小，精度高，工作可靠等优点，应用广泛。一般装在机器人各关节的转轴上，用来测量各关节转轴转过的角度或角速度。编码器在机器人中的应用伺服电机伺服电机编码器伺服电机伺服电机编码器编码器编码器(1)绝对式

5、编码器绝对式编码器按照角度直接进行编码，直接用数字代码表示。根据内部结构和检测方式有接触式、光电式等。绝对式光电编码器的编码盘由透明及不透明区组成。接触式4个电刷4位二进制码盘最小分辨角＝360°／2n当n＝4，＝360°／24＝22.5°导电为“1”，非导电为“0”绝对式光电编码器原理光电式LED光敏元件光电编码器位置测量动画演示（2）增量式光电编码器的结构码盘光栏板LED零位标志（一转脉冲）光敏元件＝360／条纹数＝360／1024＝0.352透光条纹90ABAB辨向：光敏元

6、件所产生的信号A、B彼此相差90相位。当码盘正转时，A信号超前B信号90；当码盘反转时，B信号超前A信号90。零位标记槽LED光源编码盘透光槽均匀分布零位读出光电元件“一转信号”或零标志脉冲，测量的起始基准增量式编码器原理动画演示绝对式编码器输出二进制编码，增量式编码器输出脉冲。二、速度传感器速度传感器：测量机器人关节速度。测速发电机、增量光电编码器。测速发电机：把机械转速变换成电压信号，输出电压与输入的转速成正比。u=KnK是常数直流测速发电机的结构原理1—永久磁铁；2—转子线圈；3—电刷；4—

7、整流子测速发电机转子与机器人关节伺服驱动电动机相连，就能测出机器人运动过程中关节转动速度。测速发电机在机器人控制系统中有广泛的应用。直流测速发电机交流测速发电机光电编码器转速测量动画演示5.2机器人外部传感器外部传感器用来检测机器人所处环境及目标状况，从而使得机器人能够与环境发生交互作用并对环境具有自我校正和适应能力。如：是什么物体，离物体的距离有多远，抓取的物体是否滑落等。广义来看，机器人外部传感器就是具有人类五官的感知能力的传感器。外力沿压电材料特定晶向作用使晶体产生形变，在相应的晶面上将产生电荷，

8、去掉外力后压电材料又重回不带电状态，这种由外力作用产生电极化的现象叫正压电效应。逆压电效应：压电效应是可逆的。在压电材料特定晶向施加电场时，不仅有极化现象发生，还特产生机械形变。去掉电场，应力和形变也随之消失，这种现象称作逆压电效应。半导体材料受到外力作用时电阻率会发生变化。原因是外力作用使原子点阵排列发生变化，晶格间距的改变使禁带宽度变化，导致载流子迁移率及浓度变化，即电阻率发生变化。压阻效应压电效应物质在光照作用下释放电子的现象称为光电