机器人传感器(一)

机器人传感器（一）内容简介1，机器人简介2，传感器的分类3，内部传感器4，外部传感器第一代机器人：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。机器人简介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业有关的外部环境传感器的分类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的分类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。内部传感器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。内部传感器旋转型电位器式位移传感器直线型电位器式位移传感器内部传感器2.编码式位移传感器——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。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。光电编码器由光栅盘和光电检测装置组成。常见的光电编码器由光栅盘，发光元件和光敏元件组成。内部传感器光电码盘随电动机转动，输出脉冲信号。根据旋转方向用计数器对输出脉冲计数就能确定电动机的位移或转速。根据其刻度方法及信号输出形式，分为增量式、绝对式以及混合式三种。透明圆盘上设置n条同心圆环，对环带进行二进制编码。内部传感器二、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=K*nK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—整流子内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。外部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，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。压阻效应压电效应外部传感器物质在光照作用下释放电子的现象称为光电效应，释放的电子叫光电子，光电子在外电场作用下形成的电流叫光电流。由实验发现的光电效应的规律是光电流大小与入射光频率有关，当入射光频率低于某一极限频率时，将不产生光电效应。只有当入射光频率高于极限额串时，光电流的大小才与入射光强度成正比。光电效应外部传感器在既无外电场也无外力作用时，电石、水品等晶体材料受温度变化的影响，其品格的原子排列发生变化，也能产生自发极化。这是由于当环境温度变化时，晶体的热膨胀和热振动状态发生变化，在晶面上将产生电荷，表现出自发极化现象，称作热释电效应。热释电效应外部传感器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、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。外部传感器日本大和制衡株式会社林纯一研制的腕力传感器。整体轮辐式结构，传感器在十字梁与轮缘联结处有一个柔性环节，在四根交叉梁上共贴有32个应变片（图中小方块），组成8路全桥输出。十字梁腕力传感器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根应变梁的变形信号的输出。外部传感器