工业机器人的传感器
工业机器人内部传感器
根据码盘上透光区域与不透光区域分布的不同，光电编码器又可分为 相对式（增量式）和绝对式两种类型。
1）相对式光电编码器
测量旋转运动最常见的传感器是相对式光电编码器，其圆形码盘（见图4-9）上的 透光区与不透光区相互间隔，均匀分布在码盘边缘，分布密度决定测量的解析度。在 码盘两边分别装有光源及光敏元件。
1.2 速度传感器
1．测速发电机
测速发电机是一种模拟式速度传感器，它实际上是一台小型永磁式直流发电机，其 结构原理如图4-13所示。
图4-13 直流输出测速发电机结构原理图
当通过线圈的磁通量恒定时，位于磁场中的线圈旋转使线圈两端产生的电压 u（感应电动势） 与线圈（转子）的转速 成正比，即
u A
1）模拟方式
在模拟方式下，必须有一个频率/电压（F/V）变换器，用来将编码器测得的脉冲 频率转换成与速度成正比的模拟电压，其原理如图4-14所示。F/V变换器必须有良好 的零输入、零输出特性和较小的温度漂移才能满足测试要求。
图4-14 模拟方式的相对式光电编码器测速
2）数ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ方式
数字方式测速是利用数学方式通过计算软件计算出速度。角速度是转角对时间的一阶导数，
工业机器人基础
工业机器人内部传感器
1.1 位移传感器
1．电位器式位移传感器
电位器式位移传感器一般用于测量工业机器人的关节线位移和角位移，是 位置反馈控制中必不可少的元件，它可将机械的直线位移或角位移输入量转 换为与其成一定函数关系的电阻或电压输出。
电位器式位移传感器主要由电阻元件、骨架及电刷等组成。根据滑动 触头·运动方式的不同，电位器式位移传感器分为直线型和旋转型两种。
式中，A 为常数。
简述内外部传感器主要的用途
简述内外部传感器主要的用途
一、内传感器的用途
工业机器人内部的传感器可以检测机器人的状态和环境，用来保障机器人操作的安全性。
主要包括以下几个方面：
1.位置传感器：用来检测机器人的位置和姿态信息，包括关节位置和末端执行器位姿，保证机器人的动作精度和稳定性。
2.力传感器：常用于机器人的末端执行器，用来测量机器人末端执行器施加在物体上的力和力矩的大小和方向，从而保证机器人操作的准确性和稳定性。
3.急停开关：在机器人发生异常情况时，急停开关可以迅速停止机器人的运动，保护机器人和操作者的安全。
4.碰撞检测器：用来检测机器人与周围环境的碰撞情况，一旦发现机器人与周围环境发生碰撞，可以迅速停止机器人的运动，防止机器人损坏或造成事故。
二、外传感器的用途
工业机器人外部的传感器主要用来感知周围环境，提高机器人的操作精度和适应性，主要包括以下几个方面：
1.视觉传感器：主要用来感知机器人周围的视觉信息，包括识别物体的大小、位置、方向等。
2.激光雷达：用于三维重建机器人周围的环境结构，提供机器人感知环境和导航的信息。
3.力传感器：常用于机器人的基座和末端执行器，用来感知机器人和环境的碰撞力，并能根据力的大小和方向调整机器人移动的方向和速度。
4.温度和湿度传感器：用来感知机器人周围环境的温度和湿度情况，从而适应不同的环境工作或调整机器人的运行参数。
总之，工业机器人内外传感器的作用是保障机器人工作安全和提高生产效率，它们的使用不仅可以减少机器人和操作者的风险，还可提高机器人的操作精度和适应性，适应不同的生产环境和任务需求。
工业机器人用传感器的分类
工业机器人用传感器的分类随着工业自动化的发展，工业机器人已经成为制造业中不可或缺的一部分。
而传感器则是工业机器人实现自动化的重要组成部分，它们可以感知周围环境的变化，并将这些信息传递给机器人控制系统，从而实现机器人的自主运动和操作。
本文将介绍工业机器人用传感器的分类及其在实际应用中的作用。
一、力传感器力传感器是一种可以测量机器人施加的力和扭矩的传感器。
它可以通过测量机器人的力和扭矩，来确定机器人的位置和方向。
力传感器广泛应用于自动化装配、焊接、涂装等工艺中，可以通过反馈机器人的力和扭矩，来实现机器人的精准定位和控制。
二、视觉传感器视觉传感器是一种可以感知机器人周围环境的传感器。
它可以通过摄像头或激光雷达等设备，来获取机器人周围的图像和数据，并将这些信息传递给机器人控制系统。
视觉传感器广泛应用于自动化检测、定位、导航、拍照等场景中，可以通过机器人的视觉来实现自主运动和操作。
三、接触传感器接触传感器是一种可以感知机器人与物体之间接触力的传感器。
它可以通过测量机器人与物体之间的接触力，来判断机器人的位置和方向。
接触传感器广泛应用于自动化装配、夹持、抓取等场景中，可以通过反馈机器人与物体之间的接触力，来实现机器人的精准定位和控制。
四、距离传感器距离传感器是一种可以测量机器人与物体之间距离的传感器。
它可以通过测量机器人与物体之间的距离，来判断机器人的位置和方向。
距离传感器广泛应用于自动化导航、避障、测量等场景中，可以通过反馈机器人与物体之间的距离，来实现机器人的自主运动和操作。
五、温度传感器温度传感器是一种可以测量机器人周围温度的传感器。
它可以通过测量机器人周围的温度，来判断机器人的工作状态和环境。
温度传感器广泛应用于自动化加热、冷却、温度控制等场景中，可以通过反馈机器人周围的温度，来实现机器人的自主运动和操作。
总之，传感器是工业机器人实现自动化的重要组成部分，不同类型的传感器可以感知机器人周围不同的环境信息，从而实现机器人的自主运动和操作。
简述工业机器人传感器的作用
工业机器人传感器的作用1. 简介工业机器人传感器是用于感知和获取环境信息的设备，它们能够帮助工业机器人实现精准的定位、避障、检测和控制等功能。
传感器在工业机器人系统中起着至关重要的作用，它们能够使机器人具备感知能力，从而能够更好地适应复杂多变的工作环境。
本文将详细介绍工业机器人传感器的作用，包括定位传感器、力传感器、视觉传感器、接触传感器和温度传感器等。
2. 定位传感器定位传感器是工业机器人中常用的传感器之一，它能够帮助机器人准确地定位自身的位置，以便实现精确的运动控制。
常见的定位传感器包括编码器、惯性测量单元（IMU）和全球定位系统（GPS）等。
•编码器：编码器能够测量机器人关节的角度或位置，通过将测量值与预设值进行比较，可以实现机器人的运动控制和定位。
•IMU：IMU是一种集成了加速度计、陀螺仪和磁力计等传感器的设备，它能够测量机器人的加速度、角速度和方向等信息，从而实现机器人的姿态估计和运动控制。
•GPS：GPS是一种全球定位系统，能够通过卫星信号定位机器人的位置，广泛应用于需要室外定位的工业机器人。
定位传感器能够使工业机器人实现高精度的定位和运动控制，提高工作效率和精度。
3. 力传感器力传感器是用于测量机器人与外界物体之间的力或压力的传感器，它能够帮助机器人实现精确的力控制和力检测。
常见的力传感器包括压电传感器、应变传感器和力/扭矩传感器等。
•压电传感器：压电传感器能够将受力转化为电信号，通过测量电信号的变化，可以得到机器人与外界物体之间的压力信息。
•应变传感器：应变传感器能够测量物体受力后的应变变化，通过测量应变的大小，可以得到机器人与外界物体之间的力信息。
•力/扭矩传感器：力/扭矩传感器能够测量机器人施加在外界物体上的力和扭矩，从而实现力控制和力检测。
力传感器能够使工业机器人具备对外界物体的感知和控制能力，实现精确的力控制和力检测。
4. 视觉传感器视觉传感器是工业机器人中常用的传感器之一，它能够帮助机器人获取环境的视觉信息，实现目标识别、物体定位和视觉导航等功能。
常见的工业机器人传感器类型和作用介绍
常见的工业机器人传感器类型和作用介绍工业机器人是现代工业生产中的重要设备，它可以自动完成各种工艺操作，提高生产效率和质量。
而机器人要实现自主操作和与环境的交互，就必须依赖传感器来获取各种信息。
下面将介绍一些常见的工业机器人传感器类型及其作用。
1.视觉传感器：视觉传感器是机器人中应用最广泛的传感器之一，可以帮助机器人获取周围环境的图像信息，实现目标识别、位置定位、检测等功能。
常见的视觉传感器包括CCD相机、CMOS相机等，其分辨率越高，精度越高。
2.力传感器：力传感器可以测量机器人与周围环境之间的力和力矩，实现精确控制和操作。
常见的力传感器有电容式、压阻式、电感式等，可以应用于装配、抓取、力控处置等任务。
3.距离传感器：距离传感器可以测量机器人与物体之间的距离，实现避障、定位等功能。
常见的距离传感器包括激光传感器、超声波传感器、红外线传感器等，可以用于测距、测量高度等任务。
4.光电传感器：光电传感器可以检测物体的存在、颜色、形状等特性，实现物体识别、分类、定位等功能。
常见的光电传感器有光电开关、光幕、光电编码器等，可以应用于自动分拣、装配等任务。
5.温度传感器：温度传感器可以测量机器人周围环境的温度变化，实现温度控制、安全保护等功能。
常见的温度传感器包括热敏电阻、热电偶等，可以用于焊接、烤箱等工作环境中。
6.声音传感器：声音传感器可以检测周围环境中的声音，实现语音交互、声音控制等功能。
常见的声音传感器有麦克风、声纳等，可以应用于机器人导航、语音识别等任务。
7.气体传感器：气体传感器可以检测周围环境中的气体浓度和成分，实现气体分析、安全监测等功能。
常见的气体传感器有气体传感电阻、气体传感器阵列等，可以应用于有害气体探测、环境监测等任务。
8.触摸传感器：触摸传感器可以感知机器人与物体接触的力和位置，实现精确控制和安全保护。
常见的触摸传感器有电容触摸传感器、压阻触摸传感器等，可以用于装配、物体操纵等任务。
简述工业机器人内部传感器的分类和原理
工业机器人内部传感器的分类和原理一、引言工业机器人是一种能够自动执行各种任务的可编程装置，常用于组装、焊接、搬运等工业生产过程中。
为了能够准确、安全地完成任务，工业机器人内部配备了一系列传感器，用于感知周围环境和自身状态。
本文将介绍工业机器人内部传感器的分类和原理。
二、传感器的分类根据传感器的功能和原理，可以将工业机器人内部传感器分为以下几类：1. 位置传感器位置传感器用于测量机器人在三维空间中的位置和姿态。
常见的位置传感器包括激光测距传感器、光电开关和编码器等。
•激光测距传感器：利用激光束发射器和接收器进行测距，通过测量激光束的往返时间来计算距离。
激光测距传感器具有高精度和长测距范围等优点，常用于工业机器人的精确定位。
•光电开关：利用光电效应，测量光线的遮挡情况。
通过光电开关可以检测物体的存在和位置，常用于机器人的末端效应器控制。
•编码器：通过测量电机转子的旋转角度，确定机器人的位置。
编码器可以直接安装在机器人的关节上，或者通过传动装置间接测量，用于机器人的运动控制和位置反馈。
2. 接触传感器接触传感器用于检测机器人与物体之间的接触力和接触位置。
常见的接触传感器包括力敏电阻、压电传感器和光纤传感器等。
•力敏电阻：利用电阻值与受力之间的关系，测量接触力的大小。
力敏电阻可以分布在机器人的末端效应器上，实时监测与工件的接触力，用于力控制任务。
•压电传感器：利用材料的压电效应，将压力转化为电信号。
压电传感器可以测量接触力的大小和变化情况，常用于机器人的触摸感应和力控制。
•光纤传感器：通过光纤的折射和反射，测量机器人与物体之间的距离和接触位置。
光纤传感器具有高精度和快速响应的特点，常用于机器人的微小力控制和物体定位。
3. 视觉传感器视觉传感器用于获取机器人周围环境的图像信息，实现图像识别和目标跟踪等功能。
常见的视觉传感器包括摄像头、3D视觉传感器和红外传感器等。
•摄像头：通过光学镜头和图像传感器，捕捉机器人周围环境的图像。
传感器在工业机器人的应用
传感器在工业机器人的应用
传感器在工业机器人的应用非常广泛。
以下是一些常见的应用：
1. 位置传感器：工业机器人通常需要知道自己的位置和姿态。
位置传感器可以提供关节角度、关节位置、机械手的末端位置等信息。
2. 力传感器：工业机器人可能需要根据不同的任务调整自己的力量。
力传感器可以测量机器人与工件之间的力量，并帮助机器人调整自己的姿态和力量。
3. 视觉传感器：工业机器人通常需要“看”工作区域和工件以执行任务。
视觉传感器可以帮助机器人检测工件的位置、形状和颜色，以便进行精确的操作。
4. 激光测距传感器：激光测距传感器可以测量机器人到工件的距离，帮助机器人避免碰撞和进行精确定位。
5. 温度传感器：工业机器人可能需要监测温度以防止过热或过冷。
温度传感器可以帮助机器人监测环境温度和机器人自身的温度。
6. 气体传感器：工业机器人可能需要检测有害气体或环境气体。
气体传感器可以帮助机器人监测气体浓度，以确保工作环境安全。
除了以上列举的传感器，还有许多其他类型的传感器可以用于
工业机器人，具体取决于机器人所执行的任务和应用。
这些传感器的应用可以提高机器人的精度、安全性和效率，使其更加智能化和自主化。
工业机器人外部传感器
图4-27 超声波式接近觉传感器工作原理图
被测距离L有：
L VT 2
1.4 视觉传感器
1．视觉传感器概述
视觉传感器又称为摄像管，它是采用光电转换原理摄取平面光学图像，并 使其转换为电子图像信号的器件。
视觉传感器必须具备两个作用：一是将光信号转换为电信号；二 是将平面图像上的像素进行点阵取样，并把这些像素按时间取出。
视觉传感器在工业机器人中的应用类型大致可以分为三类，即视 觉检验、视觉导引和过程控制；其应用领域包括电子工业、汽车工 业、航空工业以及食品和制药等。
2．光导摄像管
如图4-29（a）所示，光导摄像管外面有一圆柱形玻璃外壳2，内部有位于一端 的电子枪7以及位于另一端的屏幕1和光敏层3。加在线圈6，9上的电压将电子束聚 焦并使其偏转。偏转电路驱使电子束对光敏层的内表面扫描以便“读取”图像。
图4-24 振动式滑觉传感器
1.3 接近觉传感器
接近觉传感器是工业机器人用来探测自身与周围物体之间相对位置或距离的一 种传感器，它探测的距离一般在几毫米到十几厘米之间。接近觉传感器按照转换原 理的不同，可分为电涡流式、光纤式和超声波式等类型。
1．电涡流式接近觉传感器
当导体在一个不均匀的磁场中运动或处于一个交变磁场中时，其 内部便会产生感应电流。这种感应电流称为电涡流，这一现象称为电 涡流现象，电涡流式接近觉传感器便是利用这一原理制作的。
（a）结构
（b）电子束扫描方式 图4-29 光导摄像管
1—屏幕；2—玻璃外壳；3—光敏层；4—网格；5—电子束； 6—光束聚焦线圈；7—电子枪；8—引脚；9—光束偏转线圈
3．CCD传感器
CCD传感器与一般摄像管相比，具有重量轻、体积小、寿命长、功耗低等优点， 它使用一种高感光度的半导体材料制成，能将光线转变成电荷，通过模/数转换器 转换成数字信号。数字信号经过压缩以后的数据传输至计算机，并借助于计算机的 处理手段，根据任务需要反馈给执行器。
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工业机器人的传感器
一．工业机器人的感觉系统
工业机器人的传感器主要分为：1.工业机器人的感觉系统2 .工业机器人内部传感器3 .工业机器人外部传感器4 .工业机器人传感器应用
其中工业机器人的感觉系统的基本组成为：视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉、平衡感觉和其他，而工业机器人传感器按用途可分为内部传感器和外部传感器。
其中内部传感器装在操作机上，包括位移、速度、加速度传感器，是为了检测机器人操作机内部状态，在伺服控制系统中作为反馈信号。
外部传感器，如视觉、触觉、力觉距离等传感器，是为了检测作业对象及环境与机器人的联系。
工业机器人传感器的一般要求有精度高、重复性好，稳定性和可靠性好，抗干扰能力强，质量轻、体积小、安装方便。
其特定要求有适应加工任务要求，满足机器人控制的要求，满足安全性要求以及其它辅助工作的要求。
二．工业机器人内部传感器在工业机器人内部传感器中，位置传感器和速度传感器，是当今机器人反馈控制中不可缺少的元件。
现已有多种传感器大量生产，但倾斜角传感器、方位角传感器及振动传感器等用作机器人内部传感器的时间不长，其性能尚需进一步改进。
内部传感器功能分类有：
1）规定位置、规定角度的检测
检测预先规定的位置或角度，可以用开/关两个状态值，用于检测机器人的起始原点、越限位置或确定位置。
微型开关：规定的位移或力作用到微型开关的可动部分(称为执行器)时，开关的电气触点断开或接通。
限位开关通常装在盒里，以防外力的作用和水、油、尘埃的侵蚀。
光电开关：光电开关是由LED光源和光敏二极管或光敏晶体管等光敏元件组成，相隔一定距离而构成的透光式开关。
当光由基准位置的遮光片通过光源和光敏元件的缝隙时，光射不到光敏元件上，而起到开关的作用
2）位置、角度测量
测量机器人关节线位移和角位移的传感器是机器人位置反馈控制中必不可少的元件。
a)电位器
b)旋转变压器
c)编码器
3）速度、角速度测量
速度、角速度测量是驱动器反馈控制必不可少的环节。
有时也利用测位移传感器测量速度及检测单位采样时间位移量，但这种方法有其局限性：低速时测量不稳定的危险；高速时，只能获得较低的测量精度。
最通用的速度、角速度传感器是测速发电机或成为转速表的
传感器、比率发电机。
测量角速度的测速发电机，可按其构造分为直流测速发电机、交流测速发电机和感应式交流测速发电机。
4）加速度测量
随着机器人的高速比、高精度化，机器人的振动问题提上日程。
为了解决振动问题，有时在机器人的运动手臂等位置安装加速度传感器，测量振动加速度，并把它反馈到驱动器上。
a)应变片加速度传感器
b)伺服加速度传感器
c)压电感应加速度传感器
d)其他类型传感器
三．工业机器人外部传感器工业机器人外部传感器的作用是为了检测作业对象及环境或机器人与它们的关系，在机器人上安装了触觉传感器、视觉传感器、力觉传感器、接近觉传感器、超声波传感器和听觉传感器，大大改善了机器人工作状况，使其能够更充分地完成复杂的工作。
由于外部传感器为集多种学科于一身的产品，有些方面还在探索之中，随着外部传感器的进一步完善，机器人的功能越来越强大，将在许多领域为人类做出更大贡献。
外部传感器功能分类：
（1）触觉传感器
触觉是接触、冲击、压迫等机械刺激感觉的综合，触觉可以用来进行机器人抓取，利用触觉可进一步感知物体的形状、软硬等物理性质。
一般把检测感知和外部直接接触而产生的接触觉、压力、触觉及接近觉的传感器称为机器人触觉传感器
（2）力觉传感器
力觉是指对机器人的指、肢和关节等运动中所受力的感知.主要包括：腕力觉、关节力觉和支座力觉等，根据被测对象的负载，可以把力传感器分为测力传感器(单轴力传感器)、力矩表(单轴力矩传感器)、手指传感器(检测机器人手指作用力的超小型单轴力传感器)和六轴力觉传感器。
力觉传感器根据力的检测方式不同，可以分为：
1) 检测应变或应力的应变片式，应变片力觉传感器被机器人广泛采用；
2) 利用压电效应的压电元件式；
3) 用位移计测量负载产生的位移的差动变压器、电容位移计式。
在选用力传感器时，首先要特别注意额定值，其次在机器人通常的力控制中，力的精度意义不大，重要的是分辨率。
在机器人上实际安装使用力觉传感器时，一定要事先检查操作区域，清除障碍物。
这对实验者的人身安全、对保证
机器人及外围设备不受损害有重要意义。
（3）距离传感器
距离传感器可用于机器人导航和回避障碍物，也可用于机器人空间内的物体进行定位及确定其一般形状特征。
目前最常用的测距法有两种：
1) 超声波测距法
超声波是频率20kHz以上的机械振动波，利用发射脉冲和接收脉冲的时间间隔推算出距离。
超声波测距法的缺点是波束较宽，其分辨力受到严重的限制，因此，主要用于导航和回避障碍物。
2) 激光测距法：激光测距法也可以利用回波法，或者利用激光测距仪，其工作原理如下：
氦氖激光器固定在基线上，在基线的一端由反射镜将激光点射向被测物体，反射镜固定在电动机轴上，电动机连续旋转，使激光点稳定地对被测目标扫描。
由CCD(电荷耦合器件)摄像机接受反射光，采用图像处理的方法检测出激光点图像，并根据位置坐标及摄像机光学特点计算出激光反射角。
利用三角测距原理即可算出反射点的位置。
(4) 其他外部传感器
除以上介绍的机器人外部传感器外，还可根据机器人特殊用途安装听觉传感器、味觉传感器及电磁波传感器，而这些机器人主要用于科学研究、海洋资源探测或食品分析、救
火等特殊用途。
这些传感器多数属于开发阶段，有待于更进一步完善，以丰富机器人专用功能。
(5) 传感器融合
系统中使用的传感器种类和数量越来越多，每种传感器都有一定的使用条件和感知范围，并且又能给出环境或对象的部分或整个侧面的信息，为了有效地利用这些传感器信息，需要采用某种形式对传感器信息进行综合、融合处理，不同类型信息的多种形式的处理系统就是传感器融合。
传感器的融合技术涉及神经网络、知识工程、模糊理论等信息、检测、控制领域的新理论和新方法。
传感器汇集类型有多种，现举两种例子。
1) 竞争性的：在传感器检测同一环境或同一物体的同一性质时，传感器提供的数据可能是一致的，也可能是矛盾的。
若有矛盾，就需要系统裁决。
裁决的方法有多种，如加权平均法、决策法等。
在一个导航系统中，车辆位置的确定可以通过计算法定位系统(利用速度、方向等记录数据进行计算)或陆标(如交叉路口、人行道等参照物)观测确定。
若陆标观测成功，则用陆标观测的结果，并对计算法的值进行修正，否则利用计算法所得的结果。
2) 互补性的：传感器提供不同形式的数据。
例如，识别三维物体的任务就说明这种类型的融合。
利用彩色摄像机和激光测距仪确定一段阶梯道路，彩色摄像机提供图像(如颜
色、特征)，而激光测距仪提供距离信息，两者融合即可获得三维信息。
目前，要使多传感器信息融合体系化尚有困难，而且缺乏理论依据。
多传感器信息融合的理想目标应是人类的感觉、识别、控制体系，但由于对后者尚无一个明确的工程学的阐述，所以机器人传感器融合体系要具备什么样的功能尚是一个模糊的概念。
相信随着机器人智能水平的提高，多传感器信息融合理论和技术将会逐步完善和系统化。
四．工业机器人传感器应用：
1. 装配作业中的应用：
吸尘器自动装配实验系统
2. 机器人非接触式检测：
日立自主控制机器人工作示意图
3. 利用视觉的自主机器人系统：
具有视觉系统的机器人进行非接触式测
量
4. 多感觉智能机器人：。