传感器在机器人系统中的应用

河南工业职业技术学院Henan Polytechnic Institute 2011届毕业设计（论文）题目＿＿＿＿＿＿＿＿＿班级＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿姓名＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿指导教师＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿摘要近年来，高速发展的经济和工业技术，为我国传感器技术的发展提供了良好的条件。

我国的工业技术越来越离不开传感器的发展，尤其是在工业机器人中的应用，并由此产生了客观的经济效益。

与此同时，我国的传感器技术在工业发展中的应用不足也日益突出，为使传感器技术能够在工业应用中持续良好的应用，文章主要分析了传感器的发展形势，在工业机器人中工作原理，以及与国外的差距，及我国当前应该在传感器技术上朝着怎样的方向发展，做怎样的出的努力，力争能在国际行业中遥遥领先。

关键词：传感器 , 工业技术 , 工业机器人AbstractIn recent years, the high speed development of economy and industrial technology, for the development of our country sensor technology to provide a good conditions. China's industrial technology is more and more cannot leave sensor development, especially the application in industrial robots, and produced the objective economic benefits. At the same time, China's sensor technology in the development of industry application disadvantages have become increasingly prominent, to make the sensor technology can in industrial applications for good application, this paper analyzes the development situation of the sensor in the industrial robot working principle, and the gap with foreign countries, and at present in our country should be in the sensor technology toward the direction of the development on how, how do the efforts, in the international industry can to lead.Key words：sensor Industrial technology Industrial robots目录目录第1章传感器的简介 (1)1.1 传感器的定义 (1)1.2 传感器的组成 (1)1.3传感器的应用 (2)1.4传感器的分类 (3)第二章、常用传感器的类型、特点、结构及用途 (4)2.1 电阻式传感器 (4)2.3 电感式传感器 (7)2.4 压电式传感器 (9)2.5 霍尔式传感器 (10)第三章、传感器在机器人系统中的作用及地位 (13)第四章、机器人系统中传感器的选择及工作原理 (13)4.1机器人中传感器的分类 (13)4.2内部传感器的选择 (14)4.21位置传感器的工作原理 (14)4.22角度传感器工作原理 (22)4.23速度传感器工作原理 (30)4.24加速度传感器工作原理 (32)4.3外部传感器选择 (34)4.31视觉传感器的工作原理 (34)4．32听觉感器的工作原理、 (36)4.33触觉感器的工作原理 (38)第五章、我国传感器技术的发展趋势 (42)5.1 与国外的差距 (42)5.2 今后的发展趋势 (43)六结论 (44)传感器在机器人系统中的应用第1章传感器的简介1.1 传感器的定义信息处理技术取得的进展以及微处理器和计算机技术的高速发展，都需要在传感器的开发方面有相应的进展。

微处理器现在已经在测量和控制系统中得到了广泛的应用。

随着这些系统能力的增强，作为信息采集系统的前端单元，传感器的作用越来越重要。

传感器已成为自动化系统和机器人技术中的关键部件，作为系统中的一个结构组成，其重要性变得越来越明显。

最广义地来说，传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。

国际电工委员会的定义为：“传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号”。

按照Gopel等的说法是：“传感器是包括承载体和电路连接的敏感元件”，而“传感器系统则是组合有某种信息处理(模拟或数字)能力的传感器”。

传感器是传感器系统的一个组成部分，它是被测量信号输入的第一道关口。

1.2 传感器的组成传感器由敏感元件和转换元件组成，如图所示敏感元件指传感器中能直接感受或响应被测量的部分。

转换元件指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。

信号调理与转换电路对信号进行放大、运算调制等，此外信号调理转换电路以及传感器的工作必须有辅助电源1.3传感器的应用人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。

而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。

为适应这种情况，就需要传感器。

因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。

新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。

在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。

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。

因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。

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，进入了许多新领域：例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到cm 的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到s的瞬间反应。

此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁场等等。

显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的传感器是不可能的。

许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。

一些传感器的发展，往往是一些边缘学科开发的先驱。

角度传感器常见的应用有：1.自动门，利用人体的红外微波来开关门2.烟雾报警器，利用烟敏电阻来测量烟雾浓度，从而达到报警目的3.手机，数码相机的照相机，利用光学传感器来捕获图象4.电子称，利用力学传感器（导体应变片技术）来测量物体对应变片的压力，从而达到测量重量目的5.水位报警，温度报警，湿度报警，光学报警等都是……智能传感器已广泛应用于航天、航空、国防、科技和工农业生产等各个领域中。

例如,它在机器人领域中有着广阔应用前景,智能传感器使机器人具有类人的五官和大脑功能,可感知各种现象,完成各种动作。

在工业生产中,利用传统的传感器无法对某些产品质量指标(例如,黏度、硬度、表面光洁度、成分、颜色及味道等)进行快速直接测量并在线控制。

而利用智能传感器可直接测量与产品质量指标有函数关系的生产过程中的某些量(如温度、压力、流量等)。

Cygnus公司生产了一种"葡萄糖手表",其外观像普通手表一样,戴上它就能实现无疼、无血、连续的血糖测试。

"葡萄糖手表"上有一块涂着试剂的垫子,当垫子与皮肤接触时,葡萄糖分子就被吸附到垫子上,并与试剂发生电化学反应,产生电流。

传感器测量该电流,经处理器计算出与该电流对应的血糖浓度,并以数字量显示。

1.4传感器的分类第二章、常用传感器的类型、特点、结构及用途传感器已广泛应用于航天、航空、国防科研、信息产业、机械、电力、能源、交通、冶金、石油、建筑、邮电、生物、医学、环保、材料、灾害预测预防、农林、渔业生产、食品、烟酒制造、机器人、家电等诸多领域,可以说几乎渗透到每个领域。

2.1 电阻式传感器电阻式传感器是把被测量转换为电阻变化的一种传感器.按工作的原理可分为：变阻器式、电阻应变式、热敏式、光敏式、电敏式。

（1）变阻器式传感器变阻器式传感器的等效电路如下图：如果电阻丝的直径和材料确定，单位位移的电阻值为一常数，传感器的输出与输入成线性关系。

变阻式传感器又称为电位器式传感器。

它们是由电阻元件及电刷(活动触点)两个基本部分组成。

电刷相对于电阻元件的运动可以是直线运动、转动和螺旋运动，因而可以将直线位移或角位移转换为与其成一定函数关系的电阻或电压输出。

这类传感器结构简单，尺寸小，性能稳定。

受环境影响小。

不需放大。

滑线变阻器式传感器精度可达0.1％。

在生活中，应用实例诸多，如重量的自动检测--配料设备、煤气包储量检测等。

（2）电阻应变式传感器电阻应变式传感器由弹性敏感元件、电阻应变计、补偿电阻和外壳组成，可根据具体测量要求设计成多种结构形式。

弹性敏感元件受到所测量的力而产生变形，并使附着其上的电阻应变计一起变形。

电阻应变计再将变形转换为电阻值的变化，从而可以测量力、压力、扭矩、位移、加速度和温度等多种物理量。

电阻应变式传感器是基于电阻应变片的使用，金属电阻应变片的工作原理是基于金属导体的应变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着它所受机械变形（伸长或缩短）的变化而发生变化的现象。

金属应变片的电阻相对变化为 ρρ//2//d r dr l dl R dR +-=，ε=l dl / 称为金属电阻丝的轴向应变，简称纵向应变。

r dr /称为电阻丝的径向应变，简称横向应变。

当电阻丝沿横向伸长时，两者之间的关系为l dl r dr //μ-=，其中μ为电阻丝材料的泊桑比，ελλσρρE ==/d ，则ελμ)21(/E ++=R dR ，金属电阻材料的E λ很小，即其压阻效应很弱，这样上式可简化为εμ)21(/+≈R dR ，其灵敏度为电子称2.2 电容式传感器把被测的机械量，如位移、压力等转换为电容量变化的传感器。

它的敏感行金属板组成的平板电容器，若不考虑边缘效应，其电容量为d A C /ε=当被测参数变化使得上式中的A 、d 或 ε发生变化时，电容量C 也随之变化。