工业机器人技术基础6.4角速度传感器
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。
《工业机器人技术基础》(第4章)
类别 位移 速度 加速度 力 姿态角
单点视觉 线阵视觉 平面视觉 立体视觉 接近（距离）觉
温度 接触觉
滑觉 声觉 应力
功能
应用
检测机器人自身状态，如 自身的运动、位置和姿态等 信息
控制机器人按规定的位置、 速度、加速度、轨迹和受力状 态等工作
检测外部状况，如作业中 对象或障碍物状态以及工业 机器人与环境的相互作用信 息，使机器人适应外界环境 的变化
编码器在时间 t 内的平均转速为 /t ，单位时间越小，则所求得的转速越接近瞬时转速，
然而时间太短，编码器通过的脉冲数太少，会导致所得到的速度分辨率下降。
图4-15 时间增量测量电路
4.2.3 力觉传感器
力觉传感器又称力或力矩传感器，是用来检测工业机器人的臂部和腕部所产生的 力或其所受反力的传感器。
图4-4 直线型电位器式位移传感器
图4-5 直线型电位器式位移传感器工作原理图
如图 4-5 所示为直线型电位器式位移传感器的工作原理，触头滑动距离 x 可由电压值求得，即 x Vo L Vr
式中， L 为触头最大滑动距离；Vr 为输入电压；Vo 为输出电压。
2）旋转型电位器式位移传感器
旋转型电位器式位移传感器分为单圈电位器和多圈电位器两种，前者的测量范围小于 360°， 对分辨率也有限制；后者有更大的工作范围及更高的分辨率。
8．抗干扰能力
由于传感器输出信号的稳定是控制系统稳定工作的前提，为防止工业 机器人系统的意外动作或故障的发生，传感器系统设计必须采用可靠性 设计技术，通常这个指标通过单位时间内发生故障的概率来定义，因此 抗干扰能力实际是一个统计指标。
4.1.3 工业机器人对传感器的一般要求
1．精度高、重复性好
工业机器人习题库与答案
工业机器人习题库与答案一、判断题（共100题，每题1分，共100分）1.( ) 在使用三点法确定工件坐标时,X2 点用于确定 Y 轴正方向。
A、正确B、错误正确答案：B2.( ) 转数计数器维修后情况下,需要进行“更新转数计数器”操作。
A、正确B、错误正确答案：A3.定轴轮系首末两轮转速之比等于组成该轮系的所有从动齿轮齿数连乘积与所有主动齿轮齿数连乘积之反比。
A、正确B、错误正确答案：B4.安全防范系统是以人工防范为核心,技术防范为辅的综合保安系统。
( )A、正确B、错误正确答案：B5.( ) 电阻并联,并联的电阻越多, 等效电阻越大。
A、正确B、错误正确答案：B6.√ ××机器人编程语言叫做r√pid 语言语言。
A、正确B、错误正确答案：A7.在运算符中,表示减法运算的是/A、正确B、错误正确答案：B8.万用表的使用时, 电阻的测量: 将量程开关拨至Ω的合适量程,黑表笔插入V/Ω 孔,红表笔插入 COM 孔。
( )A、正确B、错误正确答案：B9.视觉获得的感知信息占人对外界感知信息的 60% 。
A、正确B、错误正确答案：B10.( ) 电位器式位移传感器,随着光电编码器的价格降低而逐渐被取代。
A、正确B、错误正确答案：A11.工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。
( )A、正确B、错误正确答案：A12.防护等级后面有两位数字, 第二位代表的含义是固体的防护等级A、正确B、错误正确答案：B13.( ) 电池串联,等效电压等于各电池电压之和。
A、正确B、错误正确答案：A14.图像增强是调整图像的色度亮度饱和度对比度和分辨率, 使得图像效果清晰和颜色分明。
√ 738.机器人系统结构通常由四个相互作用的部分组成:机械手环境任务和控制器。
A、正确B、错误正确答案：A15.( ) 根据用户数据进行调试或信号控制的电缆也被成为电力电缆。
A、正确B、错误正确答案：B16.( ) 顺序控制编程的主要优点是成本低易于控制和操作。
《工业机器人技术》课程教学大纲
《工业机器人技术》课程教学大纲课程名称：工业机器人技术英文名称：Industry Robot Technology课程编码：学时/学分：18/1课程性质：选修适用专业：机械设计制造及其自动化先修课程：理论力学，机械原理，机械设计，液压传动，自动控制理论一、课程的目的与任务《工业机器人技术》是一门培养学生具有机器人设计和使用方面基础知识的专业选修课，本课程主要研究机器人的结构设计与基本理论。
通过本课程的学习，可使学生掌握工业机器人基本概念、机器人运动学理论、工业机器人机械系统设计、工业机器人控制等方面的知识。
其主要任务是培养学生：1、掌握工业机器人运动系统设计方法，具有进行总体设计的能力；2、掌握工业机器人整体性能、主要部件性能的分析方法；3、掌握工业机器人常用的控制理论与方法，具有进行工业机器人控制系统设计的能力；4、了解工业机器人的新理论，新方法及发展趋向。
二、教学内容及基本要求第一章绪论教学目的和要求：了解工业机器人的发展及现状，结构原理及应用情况。
教学重点和难点：介绍工业机器人的产生和发展过程，掌握机器人的概念、特点、工业机器人的基本分类、工业机器人的应用、工业机器人的组成以及主要性能参数，工业机器人的手部、腕部、臂部、机座的结构原理和实例。
教学方法与手段：课堂教学第一节机器人的分类第二节工业机器人的应用和发展1.2.1 工业机器人的应用1.2.2 工业机器人的发展第三节工业机器人的基本组成及技术参数1.3.1 工业机器人的基本组成1.3.2 工业机器人的技术参数1.3.3 工业机器人的坐标1.3.4 工业机器人的参考坐标系习题第二章工业机器人机构教学目的和要求：本部分介绍常用机器人机构，要求学生掌握常用机器人机构设计形式。
教学重点和难点：主要介绍机器人末端操作器、手腕、手臂及机器人驱动与传动形式。
教学方法与手段：课堂教学第一节机器人末端操作器2.1.1 夹钳式取料手2.1.2 吸附式取料手2.1.3 专用操作器及转换器2.1.4 仿生多指灵巧手2.1.5 其它手第二节机器人手腕2.2.1 手腕的分类2.2.2 手腕的典型结构2.2.3 柔顺手腕结构第三节机器人手臂第四节机器人机座2.4.1 固定式机器人2.4.2 移动式机器人第五节工业机器人的驱动与传动2.5.1 直线驱动机构2.5.2 旋转驱动机构2.5.3 直线驱动和旋转驱动的选用和制动2.5.4 工业机器人的传动2.5.5 新型的驱动方式2.5.6 驱动传动方式的应用习题第三章机器人运动学教学目的和要求：机器人运动学主要研究两个问题：一个是运动学问题，即给定机器人手臂、腕部等各个构件的几何参数及各个关节变量求机器人手部对参考坐标系的位置和姿态；介绍机器人的微移动和微转动概念、两坐标系间的微分运动关系、变换式（方程）中的微分关系、机器人雅可比矩阵的概念、求法——微分变换法；了解逆雅可比矩阵的概念和求解。
工业机器人基础复习题知识讲解
1、机器人安应用类型可以分为工业机器人、极限作业机器人和娱乐机器人。
2﹑机器人按照控制方式可分为点位控制方式、连续轨迹控制方式、力（力矩）控制方式和智能控制方式。
3、工业机器人的坐标形式主要有直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型、关节坐标型和平面关节型。
4、直角坐标机器人的工作范围是长方形形状；圆柱坐标机器人的工作范围是圆柱体形状；球坐标机器人的工作范围是球面一部分状。
5、工业机器人的参考坐标系主要有关节坐标系、工具参考坐标系、全局参考系坐标系。
6、工业机器人的传动机构是向手指传递运动和动力，该机构根据手指的开合动作特点可以分为回转型和移动型。
7、吸附式取料手靠吸附力取料，根据吸附力的不同分为磁吸附和气吸附两种。
8、气吸附式取料手是利用吸盘内的压力和大气压之间的压力差而工作。
按形成压力差的方法，可分为真空吸盘吸附、气流负压气吸附、挤压排气负压气吸附几种。
9、手臂是机器人执行机构的重要部件，它的作用是支待手腕并将被抓取的工件运送到指定位置上，一般机器人的手臂有3个自由度，即手臂的伸缩升降及横向移动、回转运动和复合运动。
10、机器人的底座可分为固定式和移动式两种。
11、谐波齿轮传动机构主要有柔轮、刚轮和波发生器三个主要零件构成。
12、谐波齿轮通常将刚轮装在输入轴上，把柔轮装在输出轴上，以获得较大的齿轮减速比。
13、机器人的触觉可以分为接触觉、接近觉、压觉、滑觉和力觉五种。
14、机器人接触觉传感器一般由微动开关组成，根据用途和配置不同，一般用于探测物体位置，路径和安全保护。
二、选择题1、世界上第一台工业机器人是（B ）A、VersatranB、UnimateC、RoombaD、AIBO2、通常用来定义机器人相对于其它物体的运动、与机器人通信的其它部件以及运动部件的参考坐标系是（ C ）A、全局参考坐标系B、关节参考坐标系C、工具参考坐标系D、工件参考坐标系3、用来描述机器人每一个独立关节运动参考坐标系是（ B ）A、全局参考坐标系B、关节参考坐标系C、工具参考坐标系D、工件参考坐标系4、夹钳式取料手用来加持方形工件，一般选择（A ）指端。
工业机器人技术 内部传感器
接口
分辨率
可靠性 精度和重复精度
知识准备
一、工业机器人传感器的要求
视频 工业机器人传感器的要求
知识准备
二、内部传感器
内部传感器装在机器人本体上，是用于测量机器人自身状态 的功能元件。具体检测的对象有关节的线位移、角位移等几何量， 速度、加速度、角速度等运动量，倾斜角和振动等物理量。
内部传感器常用于控制系统中，作为反馈元件，检测机器 人自身的各种状态参数，如关节运动的位置、速度、加速度、力 和力矩等。因此，内部传感器主要包括位移、速度及加速度传感 器。
在工业中，根据不同的应用对像，通常可选择分辨率 为500～6000PPR的增量式光电编码器，最高可以达到几万 PPR。
知识准备
二、内部传感器
3.1增量式光电编码器
增量式光电编码器在工业机器人中既可以 用来作为位置传感器测量关节相对位置，又可以 作为速度传感器测量关节速度。
作为速度传感器时，既可以在模拟方式下使 用，又可以在数字方式下使用。
在应用时，机器人的关节轴与传感器的旋 转轴相连，根据测量的输出电压的数值，即可 计算出关节对应的旋转角度。
角位移型
知识准备
二、内部传感器
电位器式传感器结构简单，性能稳定，使用方便，这种传 感器不会因为失电而丢失其已获得的信息。当电源因故断开时， 电位器的触点将保持原来的位置不变；只要重新接通电源，原 有的位置信号就会重新出现。
三轴加速度传感器实物图
任务实施
请同学们根据资料、视频内容填写相关工作页！
主题讨论
讨论问题
工业机器人传感器的要求？ 内部传感器的用途、种类？ 常用内部传感器的工作原理？
小结
通过前面内容的学习同学们了解了工业机器人传感器的要求； 知 道内部传感器的用途、种类；知道常用内部传感器的工作原理。为 机器人的应用打下了基础。
教案-工业机器人基础第4章02-2
第四章机器人（视觉）检测系统4.2机器人内部传感器【内容提要】本次课主要介绍了机器人的位置传感器、角度传感器、速度传感器`姿态传感器等内部传感器。
知识要点：✓机器人的位置传感器、角度传感器、速度传感器、姿态传感器等内部传感器的原理✓内部传感器的结构及其作用重点：✓掌握内部传感器的工作原理✓熟悉内部传感器的结构难点：✓解释常见内部传感器的作用关键字：✓位置传感器、角度传感器、速度传感器、姿态传感器【本课内容】4.2 机器人的内部传感器机器人内部传感器的功能是检测机器人本身状态是测量运动学和动力学参数的，能使机器人感知自己的状态并加以调整和控制，能够按照规定的位置、轨迹和速度等参数进行工作。
工业机器人内部传感器通常由位置传感器、角度传感器、速度传感器、加速度传感器等组成。
位置传感器和速度传感器是当今机器人控制中不可缺少的元件；现在很多传感器都已经批量生产，但倾斜角传感器，方位角传感器、振动传感器等内部传感器的使用时间不长，性能也需要进一步改进。
4.2.1 机器人的位置传感器位置感觉是机器人最基本的感觉要求，它可以通过多种传感器来实现，常用的机器人位置传感器有电阻式位移传感器、电容式位移传感器、电感式位移传感器、光电式位移传感器、霍尔元件位移传感器、磁栅式位移传感器以及机械式位移传感器等。
机器人各关节和连杆的运动定位精度要求、重复精度要求及运动范圊要求是选择机器人位置传感器的基本依据。
检测规定的位置，常用ON/OFF两个状态值。
这种方法用于检测机器人的起始原点、终点位置或某个确定的位置。
给定位置检测常用的检测元件有微型开关、光电开关等。
规定的位移量或力作用在微型开关的可动部分上，开关的电气触点断开（常闭）或接通（常开）并向控制回路发出动作信号。
测量可变位置和角度，即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。
常用的有电位器、旋转变压器、编码器等。
其中编码器既可以检测直线位移，又可以检测角位移。
工业机器人技术基础 第4章 工业机器人传感系统
传感器
内部传感器 外部传感器
位置检测传感器
确定位置和角度 任意位置和角度
例如，从位置0011到0100，若位置失常 就可能得到0000、0001、0010、0101、0110、0111等多个码值 所以，普通二进制码编码盘现在已较少使用 而改为采用
2、光学式增量型旋转编码器 增量型旋转编码器能够以数字形式测量出转轴相对于某一基准位置
的瞬间角位置，此外还能测出转轴的转速和转向。光学式增量型旋转编 码器主要由光源、编码盘、检测光栅、光电检测器和转换电路组成。
可以检测机器人构件受到的惯性力，使控制能够补 偿惯性力引起的变形误差。
用于预测机器人的运动时间，计算和控制由离心力引 起的变形误差。
工业机器人在从事某些辅助工作时，也要求具有一定的感觉能力。 辅助工作包括产品的检验和工件的准备等。机器人再外观检验中的应用 日益增多，机器人在此方面的主要用途有检查毛刺、裂缝或孔洞的存在， 确定表面粗糙度和装饰质量，检查装配体的完成情况等。总而言之，根 据辅助工作要求（如：产品检验）和工件的准备来选择机器人传感器。
以工业机器人本身的坐标轴来确定其位置，一般安装在机械手上
由位置传感器、位移传感器、角度传感器、速度传感器、加速度传感 器、力传感器、温度传感器及异常变化的传感器等组成
用于感知机器人自身的状态，以调整和控制机器人的行动
工业机器人关节的位置控制是机器人最基本的控制要求，而对位置 和位移的检测也是机器人最基本的感觉要求。机器人的位置传感器，主 要用于测量机器人自身位置。