项目五-任务2-外部传感器.pdf

工业机器人技术与应用工业机器人技术与应用外部传感器项目五 工业机器人概述任务二工业机器人的外部传感器是如何工作的呢？你知道工业机器人的外部传感器的用途是什么？导入目 录学习目标知识准备任务实施主题讨论12学习目标了解工业机器人外部传感器的分类了解工业机器人常用外部传感器的工作原理知识目标学习目标工业机器人外部传感器的工作原理学习重点知识准备外部传感器用于机器人对周围环境、目标物的状态特征获取信息，使机器人和环境发生交互作用，采集机器人与外部环境以及工作对象之间相互作用的信息，从而使机器人对环境有自校正和自适应能力。工业机器人的外部传感器有视觉、触觉、力觉、距离等传感器。一、外部传感器概述知识准备轮辐拉压力传感器触觉传感器应用案例一、外部传感器概述知识准备触觉是人与外界环境直接接触时的重要感觉功能，研制满足要求的触觉传感器是机器人发展中的关键技术之一。随着微电子技术的发展和各种有机材料的出现，业内已经提出了多种多样的触觉传感器的研制方案。但是，目前大都属于实验室阶段，达到产品化的不多。触觉传感器按功能大致可分为接触觉传感器、力-力矩觉传感器、压觉传感器和滑觉传感器等。二、触觉传感器二、触觉传感器知识准备接触觉传感器是用于判断机器人（主要指四肢）是否接触到外界物体或测量被接触物体特征的传感器，接触觉传感器类型如表所示。接触觉传感器微动开关式视频导电橡胶式视频含碳海绵式视频碳素纤维式气动复位式等二、触觉传感器知识准备碳素纤维式如图所示：以碳素纤维为上表层，下表层为基板，中间装以氨基甲酸酯和金属电极。接触外界物体时，碳素纤维受压与电极接触导电。它的特点是柔性好，可装于机械手臂面处，但滞后较大。气动复位式它有柔性绝缘表面，受压时变形，脱离接触时则由压缩空气作为复位的动力。与外界物体接触时，其内部的弹性圆泡（铍铜箔）与下部触点接触而导电。它的特点是柔性好，可靠性高，但需要压缩空气源。下图是气动传感器的一种-气囊传感器：三、应力传感器知识准备最简单的应力应变传感器就是电阻应变片，直接贴装在被测物体表面就可以，应力是通过标定转换应变来的。应力应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。三、应力传感器知识准备应力传感器视频四、接近度传感器知识准备接近度传感器是检测物体接近程度的传感器。接近度可表示物体的来临、靠近或出现、离去或失踪等。它除可用于检测计数外，可与继电器或其他执行元件组成接近开关，以实现设备的自动控制和操作人员的安全保护，特别是工业机器人在发现前方有障碍物时，可限制机器人的运动范围，以避免与障碍物发生碰撞等。接近度传感器的制造方法有多种，可分为：磁感应器式振荡器式接近开关四、接近度传感器知识准备1.磁感应器式接近度传感器按构成原理不同，磁感应器式接近度传感器又可分为线圈磁铁式、电涡流式和霍耳式。（1）线圈磁铁式：它由装在壳体内的一块小永磁铁和绕在磁铁上的线圈构成。当被测物体进入永磁铁的磁场时，就在线圈里感应出电压信号。（2）电涡流式：它由线圈、激励电路和测量电路组成。它的线圈受激励而产生交变磁场，当金属物体接近时就会由于电涡流效应而输出电信号。（3）霍耳式：它由霍耳元件或磁敏二极管、晶体管构成，当磁敏元件进入磁场时就产生霍耳电动势，从而能检测出引起磁场变化的物体的接近。霍尔式接近开关传感器磁感应器式接近度传感器四、接近度传感器知识准备2.振荡器式接近度传感器振荡器式接近度传感器有两种形式：（1）利用组成振荡器的线圈作为敏感部分，进入线圈磁场的物体会吸收磁场能量而使振荡器停振，从而改变晶体管集电极电流来推动继电器或其他控制装置工作。（2）采用一块与振荡回路接通的金属板作为敏感部分，当物体（例如人）靠近金属板时便形成耦合“电容器，从而改变振荡条件，导致振荡器停振，这种传感器又称为电容式继电器，振荡器式接近度传感器五、力觉传感器知识准备1.金属电阻型力觉传感器如果将已知应变系数为C值的金属导线（电阻丝）固定在物体表面上，那么当物体发生形变时，该电阻丝也会相应产生伸缩现象。因此，测定电阻丝的阻值变化，就可知道物体的形变量，进而求出外作用力。将电阻体做成薄膜型，并贴在绝缘膜上使用。这样，可使测量部件小型化，并能大批生产质量相同的产品。称重传感器五、力觉传感器知识准备2.半导体型力觉传感器在半导体晶体上施加压力，那么晶体的对称性将发生变化即导电机理发生变化，从而使电阻值也发生变化，这种作用称为压阻效应。半导体的应变系数可达100到200，如果适当选择半导体材料，则可获得正的或负的应变系数值。此外，还研制出压阻膜片的应变仪，它不必贴在测定点上即可进行力的测量。也可以采用在玻璃、石英和云母片上蒸发半导体的办法制作压敏电子元件。其电阻温度比金属电阻型的要大但其结构比较简单，尺寸小，灵敏度高，而可靠性很高。半导体型力觉传感器五、力觉传感器知识准备3.其他力觉传感器除了金属电阻型和半导体型力觉传感器外，还有磁性、压电式和利用弦振动原理制作的力觉传感器等。磁致伸缩工作原理压电效应五、力觉传感器知识准备4.转矩传感器传动装置驱动轴转速n、功率P及转矩T之间的关系为：如果转轴加上负载，那么就会产生扭力。测量这一扭力，就能测出转矩。五、力觉传感器知识准备转矩传感器视频五、力觉传感器知识准备5.腕力传感器例如，国际斯坦福研究所(SRI)设计的手腕力觉传感器如图所示。它由六个小型差动变压器组成，能测量作用于腕部x、y和z三个方向的力及各轴的转矩。六、其他传感器知识准备1.声觉传感器声觉传感器主要用于感受和解释在气体（非接触式感受）、液体或固体（接触式感受）中的声波。声波传感器的复杂程度可从简单的声波存在检测，到复杂的声波频率分析和对连续自然语言中单独语音和词汇辨别。可把人工语音感觉技术用于机器人。在工业环境中，机器人感觉某些声音是有用的；有些声音（如爆炸）可能意味着危险，另一些声音（如叫声）可能用作命令。声音识别系统已经越来越多地获得应用。声音传感器六、其他传感器知识准备2.温度传感器温度传感器有接触式和非接触式两种，均可用于工业机器人。当机器人自主运行时，或者不需要人在场时，或者需要知道温度信号时，温度感觉特性是很用的。有必要提高温度传感器（如测量钢液温度）的精度及区域反应能力。通过改进热电电视摄像机的特性，感觉温度图像方面已取得显著进展。两种常用的温度传感器为热敏电阻和热电偶。这两种传感器必须和被测物体保持实际接触，热敏电阻的阻值与温度成正比变化，热电偶能够产生一个与两温度差成正比的小电压。温度传感器六、其他传感器知识准备3.滑觉传感器滑觉传感器主要检测物体的滑动。当机器人抓住特性未知的物体时，必须确定最适合的握力值。为此，需要检测出握力不够时所产生的物体滑动信号，然后利用这个信号，在不损坏物体的情况下，牢牢地抓住该物体。现在应用的滑觉传感器主要有两种：一是利用光学系统的滑觉传感器，二是利用晶体接收器的滑觉传感器。前者的检测灵敏度随着滑动方向不同而异，后者的检测灵敏度则与滑觉方向无关。七、多传感器信息融合知识准备传感器信息融合又称数据融合，是对多种信息的获取、表示及其内在联系进行综合处理和优化的技术。将经过集成处理的多传感器信息进行合成，形成一种对外部环境或被测对象某一特征的表达方式。单一传感器只能获得环境或被测对象的部分信息段，而多传感器信息经过融合后能够完善地、准确地反映环境的特征。七、多传感器信息融合知识准备1一激光测距传感器2一装配机械手3一力觉传感器4一触觉专惠器5一视觉传感器6一超声波传感器多传感器信息融合自主移动装配机器人任务实施请同学们根据资料、视频内容填写相关工作页！讨论问题 工业机器人外部传感器的分类？常用外部传感器的工作原理？主题讨论通过前面内容的学习同学们了解了工业机器人传感器的要求；知道外部传感器的用途、种类；知道常用外部传感器的工作原理。为机器人的应用打下了基础。小结谢谢观看谢谢观看