工业机器人技术基础6.2传感器的主要性能指标
工业机器人的基本参数和性能指标知识讲解
工业机器人的基本参数和性能指标工业机器人的基本参数和性能指标表示机器人特性的基本参数和性能指标主要有工作空间、自由度、有效负载、运动精度、运动特性、动态特性等。
(1)工作空间（Work space）工作空间是指机器人臂杆的特定部位在一定条件下所能到达空间的位置集合。
工作空间的性状和大小反映了机器人工作能力的大小。
理解机器人的工作空间时，要注意以下几点：1)通常工业机器人说明书中表示的工作空间指的是手腕上机械接口坐标系的原点在空间能达到的范围，也即手腕端部法兰的中心点在空间所能到达的范围，而不是末端执行器端点所能达到的范围。
因此，在设计和选用时，要注意安装末端执行器后，机器人实际所能达到的工作空间。
2)机器人说明书上提供的工作空间往往要小于运动学意义上的最大空间。
这是因为在可达空间中，手臂位姿不同时有效负载、允许达到的最大速度和最大加速度都不一样，在臂杆最大位置允许的极限值通常要比其他位置的小些。
此外，在机器人的最大可达空间边界上可能存在自由度退化的问题，此时的位姿称为奇异位形，而且在奇异位形周围相当大的范围内都会出现自由度进化现象，这部分工作空间在机器人工作时都不能被利用。
3)除了在工作守闻边缘，实际应用中的工业机器人还可能由于受到机械结构的限制，在工作空间的内部也存在着臂端不能达到的区域，这就是常说的空洞或空腔。
空腔是指在工作空间内臂端不能达到的完全封闭空间。
而空洞是指在沿转轴周围全长上臂端都不能达到的空间。
(2)运动自由度是指机器人操作机在空间运动所需的变量数，用以表示机器人动作灵活程度的参数，一般是以沿轴线移动和绕轴线转动的独立运动的数目来表示。
自由物体在空间自六个自由度（三个转动自由度和三个移动自由度）。
工业机器人往往是个开式连杆系，每个关节运动副只有一个自由度，因此通常机器人的自由度数目就等于其关节数。
机器人的自由度数目越多，功能就越强。
日前工业机器人通常具有4—6个自由度。
当机器人的关节数（自由度）增加到对末端执行器的定向和定位不再起作用时，便出现了冗余自由度。
机器人技术基础课件第六章 机器人传感器
物理量
电量
目前，传感器转换后的信号大多为电信号。 因而从狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信 号转换成电信号的装置。
6.1 机器人传感器概述
6.1.1 传感器的基本概念
2、传感器的组成
传感器一般由敏感元件、转换部分组成
基
被 测 量
敏 感 元 件
转 换 元 件
本 转 换 电
电 信 号
路
6.1 机器人传感器概述
6.2 内传感器
增量式编码器
6.2.1 位移（位置）传感器
（1）信号性质
输出信号为一串脉冲，每一个脉
冲对应一个分辨角，对脉冲进行计 数N，就是对 的累加，即，角位移 ＝N。
如： ＝0.352，脉冲N＝1000，
则：
＝ 0.352×1000＝ 352
增量式编码器的信号性质
6.2 内传感器
增量式编码器
6.2 内传感器
6.2.1 位移（位置）传感器
2、光电编码器
光电编码器是角度（角速度）检测装置，通过光 电转换，将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲 数字量的传感器。具有体积小，精度高，工作可靠 等优点，应用广泛。
编码器
6.2 内传感器
6.2.1 位移（位置）传感器
2、光电编码器
轴式
套式
电信号
二进制编码
• 满足机器人控制的要求 • 满足机器人自身安全和机器人使用者的安全性要求
6.1 机器人传感器概述
6.1.4 机器人传感器的分类
1)按被测物理量分类 常见的被测物理量
机械量:长度,厚度,位移,速度,加速度, 旋转角,转数,质量,重量,力,力矩;
热工量:温度、热量、比热容、热流、 热 分布、压力（压强）、压差、真空度、流 量、流速、物位、 液位、界面、噪声
工业机器人考试试卷(附答案)
工业机器人考试试卷（附答案）一、填空题1、按坐标形式分类，机器人可分为直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型和关节坐标型四种基本类型。
2、作为一个机器人，一般由三个部分组成，分别是控制系统、传感系统和机械系统。
3、机器人主要技术参数一般有自由度、定位精度、工作范围、重复定位精度、分辨率、承载能力及最大速度等。
4、自由度是指机器人所具有的独立坐标轴运动的的数目，不包括末端操作器的开合自由度。
5、机器人分辨率分为编程分辨率和控制分辨率，统称为系统分辨率。
6、重复定位精度是关于精度的统计数据。
7、根据真空产生的原理真空式吸盘可分为真空吸盘、气流负压吸盘和挤气负压吸盘等三种基本类型。
8、机器人运动轨迹的生成方式有示教再现运动、关节空间运动、空间直线运动和空间曲线运动。
9、机器人传感器的主要性能指标有灵敏度、线性度、测量范围、重复性、精度、分辨率、响应时间和抗干扰能力等。
10、自由度是指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目。
11、机器人的重复定位精度是指在同一环境、同一条件、同一目标动作、同一命令下，机器人连续重复运动若干次时，其位置分散情况。
12、机器人的驱动方式主要有液压驱动、气压驱动和电气驱动三种。
13、机器人上常用的可以测量转速的传感器有测速发电机和增量式码盘。
14、机器人控制系统按其控制方式可以分为力控制方式、轨迹控制方式和示教控制方式。
15、按几何结构分划分机器人分为：串联机器人、并联机器人。
二、单项选择题(请在每小题的四个备选答案中，选出一个最佳答案。
)1、工作范围是指机器人 B 或手腕中心所能到达的点的集合。
A 机械手B 手臂末端C 手臂D 行走部分。
2、机器人的精度主要依存于 C 、控制算法误差与分辨率系统误差。
A传动误差 B 关节间隙 C机械误差 D 连杆机构的挠性3、滚转能实现360°无障碍旋转的关节运动，通常用 A 来标记。
A RB WC BD L4、RRR型手腕是 C 自由度手腕。
工业机器人的技术指标和应用
工业机器人的技术指标和应用工业机器人是一种能够自动执行各种任务的机器人系统，它主要应用于生产线上的各个环节。
工业机器人的技术指标和应用十分丰富多样，下面将对其进行详细介绍。
一、技术指标1. 负载能力：工业机器人的负载能力是指机器人能够承受的最大重量。
根据不同的应用需求，工业机器人的负载能力有所不同，一般可分为轻型、中型和重型三个等级。
2. 动作自由度：工业机器人的动作自由度是指机器人能够自由运动的维度数量。
通常情况下，工业机器人的动作自由度为6个，即可在三维空间内进行平移和旋转运动。
3. 重复定位精度：工业机器人的重复定位精度是指机器人在重复执行同一任务时，所能达到的精确度。
该指标对于生产线上的装配任务尤为重要，一般要求在毫米级别的精度范围内。
4. 控制系统：工业机器人的控制系统是指机器人的核心控制单元，用于控制机器人的运动和执行任务。
常见的控制系统有基于PC的控制系统和专用控制器，它们具有高度的实时性和可编程性。
5. 传感器技术：工业机器人常配备各种传感器，用于感知环境和与外部物体进行交互。
常见的传感器包括视觉传感器、力传感器、激光传感器等，它们能够使机器人更加智能化和灵活。
6. 安全技术：工业机器人的安全技术是保障生产线安全的重要手段。
包括紧急停止装置、防撞装置、安全光幕等，能够保护操作人员和机器人在工作过程中的安全。
二、应用领域1. 组装与装配：工业机器人在组装与装配领域有着广泛的应用。
通过精确的位置控制和高度灵活的操作能力，机器人可以完成各种零部件的组装和装配工作，提高生产效率和质量。
2. 上下料：工业机器人在上下料领域也有着重要的应用。
机器人可以通过视觉传感器和力传感器等技术，实现对物料的精确定位和抓取，实现自动化的上下料操作，提高生产线的效率和稳定性。
3. 焊接与切割：工业机器人在焊接与切割领域能够发挥独特的优势。
机器人具备高度的精确度和稳定性，可以实现复杂曲线的焊接和切割操作，提高生产线的自动化水平和生产质量。
项目一(2)-传感器的主要性能指标
项目一（2）认识传感器一、传感器的主要性能指标1.传感器的静态特性传感器的静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。
因为这时输入量和输出量都和时间无关，所以它们之间的关系，即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程，或以输入量作横坐标，把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。
表征传感器静态特性的主要参数有：线性度、灵敏度、分辨力和迟滞等。
（1）传感器的线性度通常情况下，传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线。
在实际工作中，为使仪表具有均匀刻度的读数，常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线、线性度（非线性误差）就是这个近似程度的一个性能指标。
拟合直线的选取有多种方法。
如将零输入和满量程输出点相连的理论直线作为拟合直线；或将与特性曲线上各点偏差的平方和为最小的理论直线作为拟合直线，此拟合直线称为最小二乘法拟合直线。
（2）传感器的灵敏度灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化△y对输入量变化△x的比值。
它是输出一输入特性曲线的斜率。
如果传感器的输出和输入之间显线性关系，则灵敏度S是一个常数。
否则，它将随输入量的变化而变化。
灵敏度的量纲是输出、输入量的量纲之比。
例如，某位移传感器，在位移变化1mm时，输出电压变化为200mV，则其灵敏度应表示为200mV/mm。
当传感器的输出、输入量的量纲相同时，灵敏度可理解为放大倍数。
提高灵敏度，可得到较高的测量精度。
但灵敏度愈高，测量范围愈窄，稳定性也往往愈差。
（3）传感器的分辨力分辨力是指传感器可能感受到的被测量的最小变化的能力。
也就是说，如果输入量从某一非零值缓慢地变化。
当输入变化值未超过某一数值时，传感器的输出不会发生变化，即传感器对此输入量的变化是分辨不出来的。
只有当输入量的变化超过分辨力时，其输出才会发生变化。
通常传感器在满量程范围内各点的分辨力并不相同，因此常用满量程中能使输出量产生阶跃变化的输入量中的最大变化值作为衡量分辨力的指标。
工业机器人技术基础6.2传感器的主要性能指标
输入
延时
延时有多长呢？
输出
八、抗干扰能力
传感器抗干扰能力一般指传感器抵御外界电磁干扰的能力。
工业机器人电磁兼容性测试
图10
九、总结
灵敏度 重复性
线性度
分辨率
测量范围
响应时间
精度
抗干扰能力
图11
工业机器人传感器 ——传感器的主要性能指 标
工业机器人用的传感器和普通传感器一样，有很多性能指标，如： 灵敏度、线性度、测量范围、精度、重复性、分辨力、响应时间、抗 干扰能力等。
一、灵敏度
灵敏度是指传感器在稳态下输出变化值与输入变化值之比，可用 如下的公式表示：
图1
ห้องสมุดไป่ตู้
图2
二、线性度
线性度：线性度反映传感器输出信号与输入信号之间的线性程度。假设 传感器的输出信号为 y，输入信号为 x，则 y与x 的关系可表示 为:y=bx
图3
三、测量范围
测量范围是指被测量的最大允许值和最小允许值之差。
此款拉杆式位移传感器 测量范围：0-400mm
图4
此款超声波测距模块 测量范围：2-450cm
图5
四、精度
精度是指传感器的测量输出值与实际被测量值之间的误差。
此款激光测距传感器的 精度为：0.2mm
图6
此款位移传感器的精 度为：0.01mm
图7
五、重复性
重复性是指传感器在对输入信号按同一方式进行全量程连续多次测 量时，相应测试结果的变化程度。
图8
六、分辨率
分辨率是指传感器在整个测量范围内所能辨别的被测量的最小变化 量，或者所能辨别的不同被测量的个数。
分辨率为0.01V
图9
七、响应时间
传感器性能指标
一、测量仪表的基本性能1、精确度（1）精密度δ它表明仪表指示值的分散性，即对某一稳定的被测量，由同一个测量者，用同一个仪表，在相当短的时间内，连续重复测量多次，其测量结果（指示值）的分散程度。
δ愈小，说明测量愈精密。
例如，某温度仪表的精密度δ=0.5℃，即表示多次测量结果的分散程度不大于0.5℃。
精密度是随机误差大小的标志，精密度高，意味着随机误差小。
但是必须注意，精密度与准确度是两个概念，精密度高不一定准确。
（2）准确度ε它表明仪表指示值与真值的偏离程度。
例如，某流量表的准确度ε=0.3m3/s,表示该仪表的指示值与真值偏离0.3m3/s。
准确度是系统误差大小的标志，准确度高，意味着系统误差小。
同样，准确度高不一定精密。
（3）精确度τ它是精密度与准确度的综合反映，精确度高，表示精密度和准确度都比较高。
在最简单的情况下，可取两者的代数和，即τ=δ+ε。
精确度常以测量误差的相对值表示。
2、稳定性（1）稳定度指在规定时间内，测量条件不变的情况下，由于仪表自身随机性变动、周期性变动、漂移等引起指示值的变化。
一般以仪表精密度数值和时间长短一起表示。
例如，某仪表电压指示值每小时变化1.3V，则稳定性可表示为1.3mV/h。
（2）影响量测量仪表由外界环境变化引起指示值变化的量，称为影响量。
它是由温度、湿度、气压、振动、电源电压及电源频率等一些外界环境影响所引起的。
说明影响量时，必须将影响因素与指示值偏差同时表示。
例如，某仪表由于电源电压发生变化10%而引起其指示值变化0.02mA，则应写成0.02mA/U±10%。
二、传感器的分类和性能指标1、传感器的分类表2 基本物理量与派生物理量表3 部分按工作原理分类的传感器3、传感器的性能指标（1）量程和范围量程是指测量上限和下限的代数差；范围是指仪表能按规定精确度进行测量的上限和下限的区间。
例如一个位移传感器的测量下限是-5mm，测量上限是+5mm，则这个传感器的量程为5-（-5）=10mm，测量范围是-5mm~5mm。
机器人的主要技术参数
机器人的主要技术参数机器人的主要技术参数机器人是一种能够自主执行任务的智能装置，它具有多种技术参数。
本文将从以下几个方面进行详细介绍。
一、机器人的传感器技术参数机器人需要通过传感器获取周围环境信息，以便做出正确的决策和行动。
常见的传感器包括视觉传感器、声音传感器、触觉传感器等。
其中，视觉传感器是最常用的一种，它可以通过拍摄照片或视频来获取图像信息，并进行图像处理和分析。
视觉传感器的主要技术参数包括分辨率、帧率、视野角度等。
分辨率越高，图像质量越好；帧率越高，图像流畅度越高；视野角度越大，可覆盖范围越广。
二、机器人的运动控制技术参数机器人需要具备精确的运动控制能力，以便在各种环境中实现自主移动和操作。
运动控制技术参数包括速度、加速度、转向半径等。
速度是机器人在移动时所达到的最大速度；加速度是机器人在启动或停止时所达到的最大加速度；转向半径是机器人在转弯时所需要的最小半径。
这些参数需要根据机器人的具体应用场景进行调整。
三、机器人的通信技术参数机器人需要实现与外部设备或其他机器人之间的通信，以便进行协作和数据交换。
通信技术参数包括通信协议、传输速率、通信距离等。
常见的通信协议包括Wi-Fi、蓝牙、Zigbee等。
传输速率越高，数据传输越快；通信距离越远，机器人之间的协作范围就越广。
四、机器人的电源技术参数机器人需要稳定可靠的电源供应，以便正常运行。
电源技术参数包括电池容量、充电时间、工作时间等。
电池容量决定了机器人能够工作多长时间；充电时间决定了机器人在充满电后可以连续工作多长时间；工作时间是指机器人在一次充电后可以连续工作多长时间。
这些参数需要根据具体应用场景进行调整。
五、机器人的安全技术参数机器人需要具备安全保护措施，以便避免对人员和环境造成伤害。
安全技术参数包括碰撞检测、障碍物识别、紧急停止等。
碰撞检测是指机器人可以检测到前方是否有障碍物，并及时采取避让措施；障碍物识别是指机器人可以识别前方的障碍物类型，以便做出正确的决策；紧急停止功能是指机器人可以在出现危险情况时立即停止运动，保护周围人员和设备安全。
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工业机器人用的传感器和普通传感器一样，有很多性能指标，如： 灵敏度、线性度、测量范围、精度、重复性、分辨力、响应时间、抗 干扰能力等。
一、灵敏度
灵敏度是指传感器在稳态下输出变化值与输入变化值之比，可用 如下的公式表示：
图1
图2
二、线性度
线性度：线性度反映传感器输出信号与输入信号之间的线性程度。假设 传感器的输出信号为 y，输入信号为 x，则 y与x 的关系可表示 为:y=bx
图3
三、测量范围
测量范围是指被测量的最大允许值和最小允许值之差。
此款拉杆式位移传感器 测量范围：0-400mm
图4
此款超声波测距模块 测量范围：2-450cm
图5
四、精度
精度是指传感器的测量输出值与实际被测量值之间的误差。
此款激光测距传感器的 精度为：0.2mm
图6
此款位移传感器的精 度为：0.01mm
Байду номын сангаас输入
延时
延时有多长呢？
输出
八、抗干扰能力
传感器抗干扰能力一般指传感器抵御外界电磁干扰的能力。
工业机器人电磁兼容性测试
图10
九、总结
灵敏度 重复性
线性度
分辨率
测量范围
响应时间
精度
抗干扰能力
图11
图7
五、重复性
重复性是指传感器在对输入信号按同一方式进行全量程连续多次测 量时，相应测试结果的变化程度。
图8
六、分辨率
分辨率是指传感器在整个测量范围内所能辨别的被测量的最小变化 量，或者所能辨别的不同被测量的个数。
分辨率为0.01V
图9
七、响应时间
响应时间是传感器的动态特性指标，是指传感器的输入信号变化后， 其输出信号随之变化并达到一个稳定值所需要的时间。