工业机器人外部传感器 PPT.ppt
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第5章机器人传感器(共61张PPT)全文编辑修改
电流变效应指液体在电场作用下,电流变流体的力学性质发生
变化甚至相变固化。这种变化是可逆的、连续无级的和可控制的。 电流变效应的这种特性使电流变流体具有广阔的工程应用前景。
培训专用
压阻阵列触觉传感器 利用压阻材料制成阵列式触觉传感器，可有效地提高阵 列数、阵列密度、灵敏度、柔顺性和强固性。
压阻阵列触觉传感器基本结构：
超声波测距误差：一是计时误差。当要求测距误差小于1mm时，若超声 波速度C=344m/s (20℃室温)，忽略声速的传播误差，时间误差 △t<(0.001/344) ≈0.000002907s ，即2.907毫秒。采用MHz级的高精度石英
晶振一般可以达到微秒量级误差。 另一个是传播速度误差。超声波传播速度受空气密度影响，空气密度越高
则超声波传播速度就越快，而空气密度又与温度有关。当温度0℃时超声波速 度是332m/s, 30℃时是350m/s，超声波速度变化为18m/s。若超声波在 30℃的环境下以0℃的声速测量100m距离，测量误差达到5m，测量1m误差将达 到5mm。
培训专用
4. 红外线接近觉传感器 任何物质，只要它本身具有一定的温度（高于绝对零度）， 都能辐射红外线。 非接触式测量，红外发光管发射经调制的信号，经目 标物反射，红外光敏管接收到红外光强的调制信号。 具有灵敏度高，响应快等优点。
主要包括腕力、关节力、指力和支座力传感器，是机 器人重要的传感器之一。 关节力传感器:测量驱动器本身的输出力和力矩，用于
控制中的力反馈。 腕力传感器：测量作用在末端执行器上的各向力和力矩。 指力传感器：测量夹持物体手指的受力情况。
力觉传感器主要使用的元件是电阻应变片。
培训专用
六维腕力传感器 具有八个窄长的弹性梁，每个梁只传递力。 梁的另一头贴有应变片。图中从Px+到Qy-代表了8根应变梁的
变化甚至相变固化。这种变化是可逆的、连续无级的和可控制的。 电流变效应的这种特性使电流变流体具有广阔的工程应用前景。
培训专用
压阻阵列触觉传感器 利用压阻材料制成阵列式触觉传感器，可有效地提高阵 列数、阵列密度、灵敏度、柔顺性和强固性。
压阻阵列触觉传感器基本结构：
超声波测距误差：一是计时误差。当要求测距误差小于1mm时，若超声 波速度C=344m/s (20℃室温)，忽略声速的传播误差，时间误差 △t<(0.001/344) ≈0.000002907s ，即2.907毫秒。采用MHz级的高精度石英
晶振一般可以达到微秒量级误差。 另一个是传播速度误差。超声波传播速度受空气密度影响，空气密度越高
则超声波传播速度就越快，而空气密度又与温度有关。当温度0℃时超声波速 度是332m/s, 30℃时是350m/s，超声波速度变化为18m/s。若超声波在 30℃的环境下以0℃的声速测量100m距离，测量误差达到5m，测量1m误差将达 到5mm。
培训专用
4. 红外线接近觉传感器 任何物质，只要它本身具有一定的温度（高于绝对零度）， 都能辐射红外线。 非接触式测量，红外发光管发射经调制的信号，经目 标物反射，红外光敏管接收到红外光强的调制信号。 具有灵敏度高，响应快等优点。
主要包括腕力、关节力、指力和支座力传感器，是机 器人重要的传感器之一。 关节力传感器:测量驱动器本身的输出力和力矩，用于
控制中的力反馈。 腕力传感器：测量作用在末端执行器上的各向力和力矩。 指力传感器：测量夹持物体手指的受力情况。
力觉传感器主要使用的元件是电阻应变片。
培训专用
六维腕力传感器 具有八个窄长的弹性梁，每个梁只传递力。 梁的另一头贴有应变片。图中从Px+到Qy-代表了8根应变梁的
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ppt
分类
根据应用领域和功能，工业机器 人可分为关节式、多关节式、平 面式和并联式等多种类型。
发展历程与趋势
发展历程
工业机器人经历了从简单机械手到复 杂智能机器人的发展过程，技术不断 进步。
发展趋势
随着人工智能、物联网等技术的不断 发展，工业机器人将更加智能化、自 主化和互联化。
应用领域与优势
应用领域
安全防护与法律法规问题探讨
安全防护技术
加强工业机器人的安全防护技术，防止意外事故的发生，保障操 作人员和设备的安全。
法律法规制定
完善相关法律法规，明确工业机器人的生产、使用、管理等各方面 的规定和要求，保障行业的健康发展。
政策监管
加强对工业机器人行业的监管力度，确保企业合规生产、使用和管 理工业机器人，防止不法行为的发生。
运动学
运动学是研究物体运动规律的学科。在工业机器人中，运动 学主要研究机器人末端执行器的位置和姿态随时间的变化规 律。
控制系统与算法
控制系统
工业机器人的控制系统负责接收来自外部的输入信号，并根据预设的算法和程序 ，控制机器人的运动。控制系统通常包括硬件和软件两部分。
算法
算法是控制机器人运动的核心。常用的算法包括路径规划、轨迹生成、碰撞检测 等。这些算法能够确保机器人在执行任务时具有高效、准确和稳定的特点。
2023-12-22工业机 Nhomakorabea人汇报人：可编辑
目 录
• 工业机器人概述 • 工业机器人技术原理 • 工业机器人应用案例 • 工业机器人技术挑战与解决方案 • 未来发展趋势预测与展望
01
工业机器人概述
定义与分类
定义
工业机器人是一种自动化设备， 能够在工业环境中执行各种任务 ，如搬运、装配、焊接等。
根据应用领域和功能，工业机器 人可分为关节式、多关节式、平 面式和并联式等多种类型。
发展历程与趋势
发展历程
工业机器人经历了从简单机械手到复 杂智能机器人的发展过程，技术不断 进步。
发展趋势
随着人工智能、物联网等技术的不断 发展，工业机器人将更加智能化、自 主化和互联化。
应用领域与优势
应用领域
安全防护与法律法规问题探讨
安全防护技术
加强工业机器人的安全防护技术，防止意外事故的发生，保障操 作人员和设备的安全。
法律法规制定
完善相关法律法规，明确工业机器人的生产、使用、管理等各方面 的规定和要求，保障行业的健康发展。
政策监管
加强对工业机器人行业的监管力度，确保企业合规生产、使用和管 理工业机器人，防止不法行为的发生。
运动学
运动学是研究物体运动规律的学科。在工业机器人中，运动 学主要研究机器人末端执行器的位置和姿态随时间的变化规 律。
控制系统与算法
控制系统
工业机器人的控制系统负责接收来自外部的输入信号，并根据预设的算法和程序 ，控制机器人的运动。控制系统通常包括硬件和软件两部分。
算法
算法是控制机器人运动的核心。常用的算法包括路径规划、轨迹生成、碰撞检测 等。这些算法能够确保机器人在执行任务时具有高效、准确和稳定的特点。
2023-12-22工业机 Nhomakorabea人汇报人：可编辑
目 录
• 工业机器人概述 • 工业机器人技术原理 • 工业机器人应用案例 • 工业机器人技术挑战与解决方案 • 未来发展趋势预测与展望
01
工业机器人概述
定义与分类
定义
工业机器人是一种自动化设备， 能够在工业环境中执行各种任务 ，如搬运、装配、焊接等。
《机器人传感技术》PPT课件幻灯片PPT
• 特点：
• 增量式光学编码器本钱低于绝对式光学编 码器，分辨率高，但测量的是位移，每次开机 需进展校准，每次停电也须校准，然后才能测 量位置。
• §6—2 速度传感器
• 分类：模拟、数字
• 1、模拟式测速发电机 • 直流测速发电机—直流发电机。
工作原理一样。但测速发电机必 须与工作轴直接相连。
为了测量转向安装第二对发光二极管及光电二极管bb相对于a错位1增量式光学编码器成本低于绝对式光学编码器分辨率高但测量的是位移每次开机需进行校准每次停电也须校准然后才能测量位置
《机器人传感技术》PPT课件幻 灯片PPT
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到 36/02100.3515
36/02200.0003433
3、格雷Gray码盘
•
二进制高位变，低位也变，变化位数不定。格
雷码进位时只有一位变化。超过两位变化有错，纠
错。
• 计算机内部存有格雷码与自然二进制码转换表
4、绝对编码器特点
记录机器人关节绝对位置，开机就测出 各关节目前所处位置
绝对式编码器给出的是角位置数字 绝对式编码器码道多，构造复杂，价格贵
• 三、增量式光学编码器
• 构造：在外侧一个环带内设置径向黑白相间条 纹。圆盘两侧分别安装一对发光二极管及光电 二极管A。
• 原理：当黑色条纹阻挡光线时，发光二极管输 出信号是0,否那么是1.。圆盘旋转，输出一系 列脉冲与旋转角度对应。为了测量转向，安装 第二对发光二极管及光电二极管B，B 相对于A 错位1 /4 周期。
• 3、电位器实例—电液伺服驱动
动触头-步进控 制
电位器与齿轮固连
工业机器人外部传感器
10:20
2) 压觉传感器: 压觉传感器用来检测和机器人接触的对象物之间的压力值。 a. 利用某些材料的内阻随压力变化而变化的压阻效应制成的压阻元件， 将它们密集配置成阵列，即可检测压力的分布。（压敏导电橡胶或塑料） b. 利用压电效应器件如压电晶体等。它的优点是耐腐蚀、频带宽和灵敏 度高等；缺点是无直流响应，不能直接检测静态信号。 c. 利用半导体力敏器件与信号电路构成的集成压敏传感器。常用的三种： 压电型（ZnO/Si-IC），电阻型SIR(硅集成)和电容型SIC，其优点是体积小、 成本低、便于同计算机接口;缺点是耐压负载差、不柔软。 d. 利用压磁传感器、扫描电路与针式差动变压器式传感器构成的压觉传 感器，有较强的过载能力，但体积较大。
号
10:20
分辨率
额定值
四、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。
高密度智能压觉传感器这是一种 很有发展前途的压觉传感器，其中压阻式和电容 式使用最多。提别是硅电容式压觉传感器得到了广泛应用
10:20
3) 滑觉传感。可以检测垂直于握持方向物体的位移、旋转、由重力 引起的变形，以达到修正受力值、防止滑动、进行多层次作业及测 量物体重量和表面特性等的目的。
滚轴带动光 电传感器和 缝隙圆板而 产生脉冲信
力觉传感器根据力的检测方式不同，可以分为： a. 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； b. 利用压电效应的压电元件式； c. 用位移计测量负载产生的位移的差动变压器、电容位移
2) 压觉传感器: 压觉传感器用来检测和机器人接触的对象物之间的压力值。 a. 利用某些材料的内阻随压力变化而变化的压阻效应制成的压阻元件， 将它们密集配置成阵列，即可检测压力的分布。（压敏导电橡胶或塑料） b. 利用压电效应器件如压电晶体等。它的优点是耐腐蚀、频带宽和灵敏 度高等；缺点是无直流响应，不能直接检测静态信号。 c. 利用半导体力敏器件与信号电路构成的集成压敏传感器。常用的三种： 压电型（ZnO/Si-IC），电阻型SIR(硅集成)和电容型SIC，其优点是体积小、 成本低、便于同计算机接口;缺点是耐压负载差、不柔软。 d. 利用压磁传感器、扫描电路与针式差动变压器式传感器构成的压觉传 感器，有较强的过载能力，但体积较大。
号
10:20
分辨率
额定值
四、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。
高密度智能压觉传感器这是一种 很有发展前途的压觉传感器，其中压阻式和电容 式使用最多。提别是硅电容式压觉传感器得到了广泛应用
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3) 滑觉传感。可以检测垂直于握持方向物体的位移、旋转、由重力 引起的变形，以达到修正受力值、防止滑动、进行多层次作业及测 量物体重量和表面特性等的目的。
滚轴带动光 电传感器和 缝隙圆板而 产生脉冲信
力觉传感器根据力的检测方式不同，可以分为： a. 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； b. 利用压电效应的压电元件式； c. 用位移计测量负载产生的位移的差动变压器、电容位移
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。
工业机器人-智能传感与感知ppt课件
SRI腕力传感器应变片连接方式
外部传感器
（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。
1) 超声波测距法
超声波是频间隔推算 出距离。缺点:波束较宽，其分辨力受到严重的限制，主要用于导航和回避障碍物。
定义
种类
• 移动机器（AGV） • 点焊机器人 • 弧焊机器人 • 激光加工机器人 • 真空机器人-真空中使用（半导体工业） • 洁净机器人-洁净环境使用
种类
• 移动机器（AGV）-自动移载
KUKA
种类
• 移动机器（AGV）-自动移载
平移、自转-子母轮
种类
解决方案
四大家族
ABB
KUKA
FANUC
工业机器人
人机协作
感知能力
工业机器人
人机协作
ABB-YuMi人机协作机器人
YuMi是全球首款名副其 实的人机协作机器人， 既能与人类并肩执行相 同的作业任务，又可确 保其周边区域安全无虞。 无论是手表、平板电脑 还是其他各类产品,YuMi 都能轻松处理，甚至连 穿针引线也不在话下， YuMi将彻底改变我们对 装配自动化的固有思维。
2) 滑觉传感器有滚动式和球式，还有一种通过振动检测滑觉的 传感器。物体在传感器表面上滑动时，和滚轮或环相接触， 把滑动变成转动。
外部传感器
例如振动式滑觉传感器，表面伸出的触针能和物体接触，物 体滚动时，触针与物体接触而产生振动，这个振动由压电传感器 或磁场线圈结构的微小位移计检测。
外部传感器
（2）力觉传感器
原理：三角测量法、立体视觉法等等。
多传感器数据融合
多传感器数据融合算法简介
《工业机器人技术基础》教学课件 模块5 工业机器人传感技术
通常把光电效应分为三类： 1.在光线作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应，如光电管、光电倍增管等。 2.在光线作用下能使物体的电阻率改变的现象称为内光电效应，如光敏电阻、光敏晶体管等。 3.在光线作用下，物体产生一定方向电动势的现象称为光生伏特效应，如光电池等。
单元2 工业机器人传感技术应用
目录
单元1 工业机器人传感技术基础 单元2 工业机器人传感技术应用
单元1 工业机器人传感技术基础
单元1 工业机器人传感技术基础
一、传感技术概述
传感技术是利用传感器采集环境信息的一种自动化技术。传感器是基于内部的物理、化学变化，将之变换成电信号 （电压、电流和频率）的装置。
传感技术是实现自动检测和控制的首要环节。传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体 变得“活”了起来。从物联网角度看，传感技术是衡量一个国家信息化程度的重要标志。
单元2 工业机器人传感技术应用
四、视觉识别
为了能够胜任更复杂的工作，机器人不但要有更好的控制系统，还需要更多地感知环境的变化。其中，机器视觉技术以其可获 取的信息量大、信息完整而成为机器人最重要的感知功能。
在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正 常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。如果没有优质的传感器，现代化生产也就失去了基础。
单元1 工业机器人传感技术基础
三、传感技术的功能
在基础学科研究中，传感器更具有突出的地位。现代科学技术的发展已经步入众多新领域，例如在宏观上要观测距 离地球上千光年的茫茫宇宙，微观上要观测小到飞米的粒子世界，纵向上要观测长达数十万年的天体演化，以及短到飞 秒量级的瞬间反应。此外，还出现了各种前端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁场 等。显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相应的传感器是不可能的。许多基础科学研究的障碍，首先 就在于获取对象信息存在困难，而一些基于新机理的高灵敏度检测传感器的出现，往往会促进该领域内的技术突破。传 感器技术的发展，常常是一些前沿型学科取得进展的先驱力量。
单元2 工业机器人传感技术应用
目录
单元1 工业机器人传感技术基础 单元2 工业机器人传感技术应用
单元1 工业机器人传感技术基础
单元1 工业机器人传感技术基础
一、传感技术概述
传感技术是利用传感器采集环境信息的一种自动化技术。传感器是基于内部的物理、化学变化，将之变换成电信号 （电压、电流和频率）的装置。
传感技术是实现自动检测和控制的首要环节。传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体 变得“活”了起来。从物联网角度看，传感技术是衡量一个国家信息化程度的重要标志。
单元2 工业机器人传感技术应用
四、视觉识别
为了能够胜任更复杂的工作，机器人不但要有更好的控制系统，还需要更多地感知环境的变化。其中，机器视觉技术以其可获 取的信息量大、信息完整而成为机器人最重要的感知功能。
在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正 常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。如果没有优质的传感器，现代化生产也就失去了基础。
单元1 工业机器人传感技术基础
三、传感技术的功能
在基础学科研究中，传感器更具有突出的地位。现代科学技术的发展已经步入众多新领域，例如在宏观上要观测距 离地球上千光年的茫茫宇宙，微观上要观测小到飞米的粒子世界，纵向上要观测长达数十万年的天体演化，以及短到飞 秒量级的瞬间反应。此外，还出现了各种前端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁场 等。显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相应的传感器是不可能的。许多基础科学研究的障碍，首先 就在于获取对象信息存在困难，而一些基于新机理的高灵敏度检测传感器的出现，往往会促进该领域内的技术突破。传 感器技术的发展，常常是一些前沿型学科取得进展的先驱力量。