機(jī)器人位置傳感器：工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)6.3位置傳感器（11頁）
工業(yè)機(jī)器人傳感器 ——位置傳感器一、位置傳感器位置傳感器主要是檢測工業(yè)機(jī)器人的空間位置、角度與位移距離等物理量。二、電位器式位置傳感器電位器式傳感器常被用于測量機(jī)器人關(guān)節(jié)線位移和角位移，是位置反饋控制中必不可少的元件。旋轉(zhuǎn)型直線型圖1圖2二、電位器式位置傳感器直線型電位器的工作原理。圖3圖4二、電位器式位置傳感器旋轉(zhuǎn)型電位器的工作原理。圖5圖6三、光電編碼器光電編碼器是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的直線位移或角度變化轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器，屬于非接觸式傳感器。圖7圖81-轉(zhuǎn)軸 2-LED 3-檢測光柵 4-碼盤 5-光敏器件三、光電編碼器光電編碼器碼盤上有透光區(qū)與不透光區(qū)。圖9圖10三、光電編碼器相對編碼器又稱為增量式編碼器。圖11三、光電編碼器圖12四、旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器由定子和轉(zhuǎn)子組成。圖13五、小結(jié)
機(jī)器人位置傳感器：機(jī)器人傳感器
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機(jī)器人傳感器
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機(jī)器人是由計(jì)算機(jī)控制的復(fù)雜機(jī)器，它具有類似人的肢體及感官功能；動作程序靈活；有一定程度的智能；在工作時可以不依賴人的操縱。機(jī)器人傳感器在機(jī)器人的控制中起了非常重要的作用，正因?yàn)橛辛藗鞲衅?，機(jī)器人才具備了類似人類的知覺功能和反應(yīng)能力。
中文名
機(jī)器人傳感器
作 用
傳遞感覺
用 途
模擬人類感覺
類 別
觸覺 視覺 力覺
控制終端
計(jì)算機(jī)
構(gòu) 成
觸覺傳感器、視覺傳感器、力覺傳感器、接近覺傳感器等
目錄
1
基本介紹
2
分類
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明暗覺
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色覺
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位置覺
?
形狀覺
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接觸覺
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壓覺
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力覺
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接近覺
?
滑覺
3
主要傳感器
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視覺
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力覺
?
觸覺
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接近覺
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聽覺
機(jī)器人傳感器基本介紹
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語音
為了檢測作業(yè)對象及環(huán)境或機(jī)器人與它們的關(guān)系，在機(jī)器人上安裝了觸覺傳感器、視覺傳感器、力覺傳感器、接近覺傳感器、超聲波傳感器和聽覺傳感器，大大改善了機(jī)器人工作狀況，使其能夠更充分地完成復(fù)雜的工作。由于外部傳感器為集多種學(xué)科于一身的產(chǎn)品，有些方面還在探索之中，隨著外部傳感器的進(jìn)一步完善，機(jī)器人的功能越來越強(qiáng)大，將在許多領(lǐng)域?yàn)槿祟愖龀龈筘暙I(xiàn)。
[1]
機(jī)器人傳感器分類
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語音
根據(jù)檢測對象的不同可分為內(nèi)部傳感器和外部傳感器。a.內(nèi)部傳感器：用來檢測機(jī)器人本身狀態(tài)（如手臂間角度）的傳感器。多為檢測位置和角度的傳感器。b.外部傳感器：用來檢測機(jī)器人所處環(huán)境（如是什么物體，離物體的距離有多遠(yuǎn)等）及狀況（如抓取的物體是否滑落）的傳感器。具體有物體識別傳感器、物體探傷傳感器、接近覺傳感器、距離傳感器、力覺傳感器，聽覺傳感器等。
機(jī)器人傳感器明暗覺
檢測內(nèi)容：是否有光，亮度多少應(yīng)用目的：判斷有無對象，并得到定量結(jié)果傳感器件：光敏管、光電斷續(xù)器
機(jī)器人傳感器色覺
檢測內(nèi)容：對象的色彩及濃度應(yīng)用目的：利用顏色識別對象的場合傳感器件：彩色攝像機(jī)、濾波器、彩色CCD
機(jī)器人傳感器位置覺
檢測內(nèi)容：物體的位置、角度、距離應(yīng)用目的：物體空間位置、判斷物體移動傳感器件：光敏陣列、CCD等
機(jī)器人傳感器形狀覺
檢測內(nèi)容：物體的外形應(yīng)用目的：提取物體輪廓及固有特征，識別物體傳感器件：光敏陣列、CCD等
機(jī)器人傳感器接觸覺
檢測內(nèi)容：與對象是否接觸，接觸的位置應(yīng)用目的：確定對象位置，識別對象形態(tài)，控制速度，安全保障，異常停止，尋徑傳感器件：光電傳感器、微動開關(guān)、薄膜特點(diǎn)、壓敏高分子材料
機(jī)器人傳感器壓覺
檢測內(nèi)容：對物體的壓力、握力、壓力分布應(yīng)用目的：控制握力，識別握持物，測量物體彈性傳感器件：壓電元件、導(dǎo)電橡膠、壓敏高分子材料
機(jī)器人傳感器力覺
檢測內(nèi)容：機(jī)器人有關(guān)部件（如手指）所受外力及轉(zhuǎn)矩應(yīng)用目的：控制手腕移動，伺服控制，正解完成作業(yè)傳感器件：應(yīng)變片、導(dǎo)電橡膠
機(jī)器人傳感器接近覺
檢測內(nèi)容：對象物是否接近，接近距離，對象面的傾斜應(yīng)用目的：控制位置，尋徑，安全保障，異常停止傳感器件：光傳感器、氣壓傳感器、超聲波傳感器、電渦流傳感器、霍爾傳感器
機(jī)器人傳感器滑覺
檢測內(nèi)容：垂直握持面方向物體的位移，重力引起的變形應(yīng)用目的：修正握力，防止打滑，判斷物體重量及表面狀態(tài)傳感器件：球形接點(diǎn)式、光電旋轉(zhuǎn)傳感器、角編碼器、振動檢測器
機(jī)器人傳感器主要傳感器
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機(jī)器人傳感器視覺
20世紀(jì)50年代后期出現(xiàn)，發(fā)展十分迅速，是機(jī)器人中最重要的傳感器之一。機(jī)器視覺從20世紀(jì)60年代開始首先處理積木世界，后來發(fā)展到處理室外的現(xiàn)實(shí)世界。20世紀(jì)70年代以后，實(shí)用性的視覺系統(tǒng)出現(xiàn)了。視覺一般包括三個過程：圖像獲取、圖像處理和圖像理解。相對而言，圖像理解技術(shù)還很落后。
機(jī)器人傳感器力覺
機(jī)器人力傳感器就安裝部位來講，可以分為關(guān)節(jié)力傳感器、腕力傳感器和指力傳感器。國際上對腕力傳感器的研究是從20世紀(jì)70年代開始的，主要研究單位有美國的DRAPER實(shí)驗(yàn)室、SRI研究所、IBM公司和日本的日立公司、東京大學(xué)等單位。
機(jī)器人傳感器觸覺
作為視覺的補(bǔ)充，觸覺能感知目標(biāo)物體的表面性能和物理特性：柔軟性、硬度、彈性、粗糙度和導(dǎo)熱性等。觸覺研究從20世紀(jì)80年代初開始，到20世紀(jì)90年代初已取得了大量的成果。
機(jī)器人傳感器接近覺
研究它的目的是使機(jī)器人在移動或操作過程中獲知目標(biāo)（障礙）物的接近程度，移動機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)避障，操作機(jī)器人可避免手爪對目標(biāo)物由于接近速度過快造成的沖擊。
機(jī)器人傳感器聽覺
（1） 特定人的語音識別系統(tǒng)特定人語音識別方法是將事先指定的人的聲音中的每一個字音的特征矩陣存儲起來，形成一個標(biāo)準(zhǔn)模板（或叫模板），然后再進(jìn)行匹配。它首先要記憶一個或幾個語音特征，而且被指定人講話的內(nèi)容也必須是事先規(guī)定好的有限的幾句話。特定人語音識別系統(tǒng)可以識別講話的人是否是事先指定的人，講的是哪一句話。（2） 非特定人的語音識別系統(tǒng)非特定人的語音識別系統(tǒng)大致可以分為語言識別系統(tǒng)，單詞識別系統(tǒng)，及數(shù)字音（0~9）識別系統(tǒng)。非特定人的語音識別方法則需要對一組有代表性的人的語音進(jìn)行訓(xùn)練，找出同一詞音的共性，這種訓(xùn)練往往是開放式的，能對系統(tǒng)進(jìn)行不斷的修正。在系統(tǒng)工作時，將接收到的聲音信號用同樣的辦法求出它們的特征矩陣，再與標(biāo)準(zhǔn)模式相比較?？此c哪個模板相同或相近，從而識別該信號的含義。B
詞條圖冊
更多圖冊
參考資料
1.
機(jī)器人傳感器概述
．傳感器[引用日期2013-01-01]
機(jī)器人位置傳感器：機(jī)器人的位置檢測傳感器
第
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頁
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共
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機(jī)器人的位置檢測傳感器
測量可變位置和角度，即測量機(jī)器人關(guān)節(jié)線位移和角位移的
傳感器是機(jī)器人位置反饋控制中必不可少的元件。常用的有電位
器、旋轉(zhuǎn)變壓器、編碼器等。其中編碼器既可以檢測直線位移，
又可以檢測角位移。下面是幾種常用的位置檢測傳感器。
1
、
?
光
電開關(guān)
2
、編碼器
3
、旋轉(zhuǎn)變壓器。二、機(jī)器人速度、角速度傳感
器：
1
、
?
編碼器對任意給定的角位移，編碼器將產(chǎn)生確定數(shù)量的
脈沖信號，通過統(tǒng)計(jì)指定時間（
dt
）內(nèi)脈沖信號的數(shù)量，就能計(jì)
算出相應(yīng)的角速度。
dt
越短，得到的速度值就越準(zhǔn)確，越接近實(shí)
際的瞬時速度。但是，如果編碼器的轉(zhuǎn)動很緩慢，則測出的速度
可能不準(zhǔn)。通過對控制器的編程，將指定時間內(nèi)脈沖信號的個數(shù)
轉(zhuǎn)化為速度信息就可以計(jì)算出速度。
2
、
?
測速發(fā)電機(jī)測速發(fā)電機(jī)
是一種把輸入的轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)換成輸出的電壓信號的機(jī)電式信號元
件，它可以作為測速、校正和解算元件，廣泛應(yīng)用于機(jī)器人的關(guān)
節(jié)測速中。
3
、
?
位置信號微分如果位置信號中噪音較小，那么對
他進(jìn)行微分來求取速度信號不僅可行，而且很簡單。為此，位置
信號應(yīng)盡可能連續(xù)，以免在速度信號中產(chǎn)生大的脈動。所以，建
議使用薄膜式電位器測量位置，因?yàn)槔@線式電位器的輸出時分段
的，不適合微分。然而，信號的微分總是會有噪音的，應(yīng)該仔細(xì)
處理。三、機(jī)器人接觸覺傳感器：機(jī)器人接觸覺傳感器是用來判
斷機(jī)器人是否接觸物體的測量傳感器。傳感器輸出信號常為
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或
機(jī)器人位置傳感器：機(jī)器人的位置檢測傳感器_1
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1、機(jī)器人的位置檢測傳感器測量可變位置和角度，即測量機(jī)器人關(guān)節(jié)線位移和角位移的 傳感器是機(jī)器人位置反饋控制中必不可少的元件。常用的有電位 器、旋轉(zhuǎn)變壓器、編碼器等。其中編碼器既可以檢測直線位移， 又可以檢測角位移。下面是幾種常用的位置檢測傳感器。1、光 電開關(guān)2、編碼器3、旋轉(zhuǎn)變壓器。二、機(jī)器人速度、角速度傳感 器：1、編碼器對任意給定的角位移，編碼器將產(chǎn)生確定數(shù)量的 脈沖信號，通過統(tǒng)計(jì)指定時間（dt）內(nèi)脈沖信號的數(shù)量，就能計(jì) 算出相應(yīng)的角速度。dt越短，得到的速度值就越準(zhǔn)確，越接近實(shí) 際的瞬時速度。但是，如果編碼器的轉(zhuǎn)動很緩慢，則測出的速度 可能不準(zhǔn)。通過對控制器的編程，將指定時間內(nèi)脈沖信號的個
2、數(shù) 轉(zhuǎn)化為速度信息就可以計(jì)算出速度。2、測速發(fā)電機(jī)測速發(fā)電機(jī) 是一種把輸入的轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)換成輸出的電壓信號的機(jī)電式信號元 件，它可以作為測速、校正和解算元件，廣泛應(yīng)用于機(jī)器人的關(guān) 節(jié)測速中。3、位置信號微分如果位置信號中噪音較小，那么對 他進(jìn)行微分來求取速度信號不僅可行，而且很簡單。為此，位置 信號應(yīng)盡可能連續(xù)，以免在速度信號中產(chǎn)生大的脈動。所以，建 議使用薄膜式電位器測量位置，因?yàn)槔@線式電位器的輸出時分段 的，不適合微分。然而，信號的微分總是會有噪音的，應(yīng)該仔細(xì) 處理。三、機(jī)器人接觸覺傳感器：機(jī)器人接觸覺傳感器是用來判 斷機(jī)器人是否接觸物體的測量傳感器。傳感器輸出信號常為0或 1,最經(jīng)濟(jì)適用的
3、形式是各種微動開關(guān)。常用的微動開關(guān)由滑柱、 彈簧、基板和引線構(gòu)成，具有性能可靠、成本低、使用方便等特 點(diǎn)。接觸覺傳感器不僅可以判斷是否接觸物體，而且還可以大致 判斷物體的形狀。一般傳感器裝在末端的執(zhí)行器上，除了微動開 關(guān)外，接觸覺傳感器還采用碳素纖維及聚氨基甲酸脂為基本材料 構(gòu)成觸覺傳感器。機(jī)器人與物體接觸，通過碳素纖維與金屬針之 間建立導(dǎo)通電路，與微動開關(guān)相比，碳素纖維具有更高觸電安裝 密度、更好的柔性、可以安裝在機(jī)器手的曲面手掌上。四、機(jī)器 人接近覺傳感器、機(jī)器人接近覺傳感器能感知相距幾毫米到幾時 厘米內(nèi)對象物或障礙物的距離、對象物的便面性質(zhì)等的傳感器， 其目的是在接觸對象前得到必要的信息
4、，以便后續(xù)動作。接近覺 傳感器有許多不同的類型，如電磁式、渦流式、霍爾效應(yīng)式、光 學(xué)式、超聲波式、電感式和電容式等等。五、機(jī)器人姿態(tài)傳感 器：姿態(tài)傳感器是用來檢測機(jī)器人與地面相對關(guān)系的傳感器，當(dāng) 機(jī)器人被限制在工廠的地面時，沒有必要安裝這種傳感器，如大 部分工業(yè)機(jī)器人。但當(dāng)機(jī)器人脫離了這個限制，并且能夠自由的 移動，如移動機(jī)器人，安裝姿態(tài)傳感器就成必要了。典型的姿態(tài) 傳感器是陀螺儀，他利用高速旋轉(zhuǎn)物體（轉(zhuǎn)子）經(jīng)常保持一定姿 態(tài)的性質(zhì)。轉(zhuǎn)子通過一個支撐它的，被稱為萬向接頭的自由支持 機(jī)構(gòu)，安裝在機(jī)器人上。機(jī)器人圍繞著輸入軸僅轉(zhuǎn)過一個角度。 在速率陀螺儀中，加裝了彈簧。卸掉這個彈簧后的陀螺儀成為速
5、 率積分陀螺儀，此時輸出軸以角速度旋轉(zhuǎn)，且此角速度與圍繞輸 入軸的轉(zhuǎn)角速度成正比。姿態(tài)傳感器設(shè)置在機(jī)器人的軀干部分， 它用來檢測移動中的軀干部分，它用來你檢測移動中的姿態(tài)和方 位變化，保持機(jī)器人的正確姿態(tài)，并且實(shí)現(xiàn)指令要求的方位。除 此以外，還有氣體速度陀螺儀、光陀螺儀，前者利用了姿態(tài)變化 時，氣流也發(fā)生了變化這一現(xiàn)象；后者利用了當(dāng)環(huán)路狀光徑相對 于慣性空間旋轉(zhuǎn)時，沿這種光徑傳播的光，會因向右旋轉(zhuǎn)而呈現(xiàn) 速度變化的現(xiàn)象。六、機(jī)器人力覺傳感器：力覺是指對機(jī)器人的 指、肢和關(guān)節(jié)等運(yùn)動中所受力的感知，用于感知夾持物的狀態(tài)， 校正由于手臂變形所引起的運(yùn)動誤差，保護(hù)機(jī)器人及零件不受傷 害。他們對裝配機(jī)器
6、人具有重要意義。力覺傳感器主要包括關(guān)節(jié) 力傳感器、腕力傳感器等。七、機(jī)器人滑覺傳感器機(jī)器人在抓取 不知屬性的物體時，其自身能確定最佳握緊力的給定值。當(dāng)握緊 力不夠時，要檢測被握緊物體的滑動，利用該檢測信號，在不損 害物體的前提下，考慮最可靠地夾持方法。實(shí)現(xiàn)此功能的傳感器 稱為滑覺傳感器?；X傳感器有滑動式和球式，還有一種通過振 動檢測滑覺的傳感器。物體在傳感器表面上滑動時，和滾輪或環(huán) 相接觸，把滑動變?yōu)檗D(zhuǎn)動。磁力滑覺傳感器中，滑動物體引起滾 輪滑動，用磁鐵和靜止的磁頭，或用光傳感器進(jìn)行檢測，這種傳 感器只能檢測到一個方向的滑動。球式用球代替滾輪，還可以檢 測個個方向的滑動，振動式滑覺傳感器表面
7、伸出的觸針能和物體 接觸，物體滾動時，物體與觸針接觸而產(chǎn)生振動，這個振動由壓 點(diǎn)式傳感器或磁場線圈結(jié)構(gòu)的微小位移計(jì)檢測。八、機(jī)器人的視 覺、聽覺、嗅覺傳感器：機(jī)器人的視覺系統(tǒng)通常是利用光電傳感 器構(gòu)成的。機(jī)器人視覺系統(tǒng)要能達(dá)到實(shí)用，至少滿足實(shí)時性、可 靠性、有柔性和價(jià)格適中這幾個方面的要求。機(jī)器人的聽覺從應(yīng) 用的目的來看可以分為兩類:1）發(fā)音人識別系統(tǒng)2）語意識別 系統(tǒng)。機(jī)器人聽覺系統(tǒng)中的聽覺傳感器的基本形態(tài)與傳聲器相 同，多為你利用壓電效應(yīng)、磁電效應(yīng)等。嗅覺傳感器主要是采用 氣體傳感器、射線傳感器等。機(jī)器人的嗅覺傳感器主要用于：1） 檢測空氣中的化學(xué)成分及濃度。2）檢測放射線、可燃?xì)怏w及有 毒氣體。3） 了解環(huán)境污染、預(yù)防火災(zāi)和毒氣泄漏報(bào)警。第1頁共1頁
