机器人传感器

机器人技术基础论文

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学生： 机器人传感器

摘要：

机器人的控制系统相当于人类大脑，执行机构相当于人类四肢，传感器相当于人类的五官。因此，要让机器人像人一样接收和处理外界信息，机器人传感器技术是机器人智能化的重要体现。

Abstract：

Robot control system is equivalent to the human brain, actuators

equivalent to human limbs, sensor is equivalent to the human facial

features. Therefore, to make robots like people receive and process

information from outside, robot sensor technology is the important

embodiment of intelligent robots.

关键词：机器人 传感器 内部 外部

正文：

传感器是机器人完成感觉的必要手段，通过传感器的感觉作用，将机器人自身的相关特性或相关物体的特性转化为机器人执行某项功能时所需要的信息。根据传感器在机器人上应用的目的和使用范围不同，可分为内部传感器和外部传感器。

内部传感器用于检测机器人自身状态（如手臂间角度、机器人运动工程中的位置、速度和加速度等）；外部传感器用于检测机器人所处的外部环境和对象状况等，如抓取对象的形状、空间位置、有没有障碍、物体是否滑落等。

机器人用内、外传感器分类

传感器 检测内容 检测器件 应用

位置 位置、角度 电位器、直线感应同步器

角度式电位器、光电编码器 位置移动检测

角度变化检测

速度 速度 测速发电机、增量式码盘 速度检测

加速度 加速度 压电式加速度传感器

压阻式加速度传感器 加速度检测

触觉 接触

把握力

荷重

分布压力

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

机器人的位置检测传感器

一.机器人的位置检测传感器可分为两类：

1） 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。

2） 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。下面是几种常用的位置检测传感器。

1. 光电开关 2.编码器3.旋转变压器。

二.机器人速度、角速度传感器：

1. 编码器

对任意给定的角位移，编码器将产生确定数量的脉冲信号，通过统计指定时间（dt）内脉冲信号的数量，就能计算出相应的角速度。dt越短，得到的速度值就越准确，越接近实际的瞬时速度。但是，如果编码器的转动很缓慢，则测出的速度可能不准。通过对控制器的编程，将指定时间内脉冲信号的个数转化为速度信息就可以计算出速度。

2. 测速发电机

测速发电机是一种把输入的转速信号转换成输出的电压信号的机电式信号元件，它可以作为测速、校正和解算元件，广泛应用于机器人的关节测速中。

3. 位置信号微分

如果位置信号中噪音较小，那么对他进行微分来求取速度信号不仅可行，而且很简单。为此，位置信号应尽可能连续，以免在速度信号中产生大的脉动。所以，建议使用薄膜式电位器测量位置，因为绕线式电位器的输出时分段的，不适合微分。然而，信号的微分总是会有噪音的，应该仔细处理。

三.机器人接触觉传感器：

机器人接触觉传感器是用来判断机器人是否接触物体的测量传感器。传感器输出信号常为0或1，最经济适用的形式是各种微动开关。常用的微动开关由滑柱、弹簧、基板和引线构成，具有性能可靠、成本低、使用方便等特点。接触觉传感器不仅可以判断是否接触物体，而且还可以大致判断物体的形状。一般传感器装在末端的执行器上，除了微动开关外，接触觉传感器还采用碳素纤维及聚氨基甲酸脂为基本材料构成触觉传感器。机器人与物体接触，通过碳素纤维与金属针之间建立导通电路，与微动开关相比，碳素纤维具有更高触电安装密度、更好的柔性、可以安装在机器手的曲面手掌上。

兴颂机器人CNS-LS05系列传感器特点及区别 激光扫描传感器作为移动机器人（AGV）三道安全防护措施的重要一道，其原理是利用传感器内部发射出来的激光脉冲遇到障碍物时会反射，通过计算激光从发射到接收的时间来确定障碍物到传感器的距离，也称为时间飞行原理（TOF，Time of Flight），属于非接触式安全避障传感器。能提前感知周围障碍物并及时做出动作来终止危险情况的到来。 兴颂机器人CNS-LS05系列传感器针对移动机器人使用特点而研发，共分三种型号： 激光扫描传感器型号 CNS-LS05i CNS-LS05C CNS-LS05X 工作电压 DC8-32V 功耗 2W 外观颜色 底座：蓝 透窗：黑 材质 底座：铝压铸件 透窗：聚碳酸酯 重量 173 g 尺寸（长*宽*高）mm 50*50*76.3 使用要求 室内 光源 激光，波长905nm 光源等级 1（IEC 60825-1:2014,EN 60825-1:2014） 检测角度 270度 角度分辨率 0.5度 扫描区域范围 0.05-5m 最远距离扫描误差 40mm（测试环境为普通白纸） 可识别的物体形状 任意形状，分辨率根据感应距离计算 可切换的区域数量 64 防护等级 IP65 工作环境温度湿度 -10℃~+50℃，低于85%RH无结露、结霜 存储温度湿度 -30℃~+70℃，低于85%RH无结露、结霜 抗振动性 10-55Hz,每个X、Y、Z的0.7mm双振幅为2hrs 抗冲击性 196mJ/㎡，在X、Y、Z各10次 配置端口 Micro USB 2.0 RS-232端口 // 1 1 RS-485端口 // 1 1 CAN总线端口 // 1 // 输入通道数量*1 6 // // 输出通道数量*2 4 2 4 *1，输入端口电平为NPN电平。 *2，输出端口电平为NPN电平，NO/NC可配置。