機(jī)器人(rén)之所以被稱之爲機(jī)器人(rén),是因爲其有很多智能的特質。人(rén)用五官等來(lái)感知世界,機(jī)器人(rén)的五官就(jiù)是傳感器啦。有時候人(rén)的一種感知功能到了機(jī)器人(rén)身(shēn)上還(hái)需要多個傳感器共同工(gōng)作(zuò)才能完成。目前智能機(jī)器人(rén)分(fēn)類主要有交互機(jī)器人(rén)、傳感機(jī)器人(rén)和自(zì)主機(jī)器人(rén)3種。從(cóng)拟人(rén)功能出發,視覺、力覺、觸覺最爲重要,早已進入實用階段,聽覺也有較大(dà)進展,其它還(hái)有嗅覺、味覺、滑覺等,對應有多種傳感器,所以機(jī)器人(rén)傳感産業也形成了生(shēng)産和科(kē)研力量。
傳感器
内傳感器
機(jī)器介機(jī)電一體(tǐ)化的産品,内傳感器和電機(jī)、軸等機(jī)械部件(jiàn)或機(jī)械結構如(rú)手臂(Arm)、手腕(Wrist)等安裝在一起,完成位置、速度、力度的測量,實現伺服控制。
位置(位移)傳感器
直線移動傳感器有電位計(jì)式傳感器和可(kě)調變壓器兩種。角位移傳感器有電位計(jì)式、可(kě)調變壓器(旋轉變壓器)及光(guāng)電編碼器三種,其中光(guāng)電編碼器有增量式編碼器和絕對式編碼器。增量式編碼器一般用于零位不确定的位置伺服控制,絕對式編碼器能夠得(de)到對應于編碼器初始鎖定位置的驅動軸瞬時角度值,當設備受到壓力時,隻要讀(dú)出每個關節編碼器的讀(dú)數,就(jiù)能夠對伺服控制的給定值進行調整,以防止機(jī)器人(rén)啓動時産生(shēng)過劇(jù)烈的運動。
速度和加速度傳感器
速度傳感器有測量平移和旋轉運動速度兩種,但(dàn)大(dà)多數情況下,隻限于測量旋轉速度。利用位移的導數,特别是光(guāng)電方法讓光(guāng)照(zhào)射旋轉圓盤,檢測出旋轉頻率和脈沖數目,以求出旋轉角度,及利用圓盤制成有縫隙,通過二個光(guāng)電二極管辨别出角速度,即轉速,這就(jiù)是光(guāng)電脈沖式轉速傳感器。此外還(hái)有測速發電機(jī)用于測速等。
應變儀即伸縮測量儀,也是一種應力傳感器,用于加速度測量。加速度傳感器用于測量工(gōng)業機(jī)器人(rén)的動态控制信号。一般有由速度測量進行推演、已知質量物體(tǐ)加速度所産生(shēng)動力,即應用應變儀測量此力進行推演,還(hái)有就(jiù)是下面所說(shuō)的方法:
與被測加速度有關的力可(kě)由一個已知質量産生(shēng)。這種力可(kě)以爲電磁力或電動力,最終簡化爲對電流的測量,這就(jiù)是伺服返回傳感器,實際又能有多種振動式加速度傳感器。
力覺傳感器
力覺傳感器用于測量兩物體(tǐ)之間作(zuò)用力的三個分(fēn)量和力矩的三個分(fēn)量。機(jī)器人(rén)中理(lǐ)想的傳感器是粘接在依從(cóng)部件(jiàn)的半導體(tǐ)應力計(jì)。具體(tǐ)有金屬電阻型力覺傳感器、半導體(tǐ)型力覺傳感器、其它磁性壓力式和利用弦振動原理(lǐ)制作(zuò)的力覺傳感器。
還(hái)有轉矩傳感器(如(rú)用光(guāng)電傳感器測量轉矩)、腕力傳感器(如(rú)國(guó)際斯坦福研究所的由6個小型差動變壓器組成,能測量作(zuò)用于腕部X、Y和Z三個方向的動力及各軸動轉矩)等。
由于機(jī)器人(rén)發展曆史較長,近年(nián)來(lái)普遍采用以交流永磁電動機(jī)爲主的交流伺服系統,對應位置、速度等傳感器大(dà)量應用的是:各種類型的光(guāng)電編碼器、磁編碼器和旋轉變壓器。
外傳感器
以往一般工(gōng)業機(jī)器人(rén)是沒有外部感覺能力的,而新一代機(jī)器人(rén)如(rú)多關節機(jī)器人(rén),特别是移動機(jī)器人(rén)、智能機(jī)器人(rén)則要求具有校(xiào)正能力和反應環境變化的能力,外傳感器就(jiù)是實現這些能力的。
觸覺傳感器
微型開關是接觸傳感器最常用型式,另有隔離(lí)式雙态接觸傳感器(即雙穩态開關半導體(tǐ)電路(lù))、單模拟量傳感器、矩陣傳感器(壓電元件(jiàn)的矩陣傳感器、人(rén)工(gōng)皮膚——變電導聚合物、光(guāng)反射觸覺傳感器等)。
應力傳感器
如(rú)多關節機(jī)器人(rén)進行動作(zuò)時需要知道實際存在的接觸、接觸點的位置(定位)、接觸的特性即估計(jì)受到的力(表征)這三個條件(jiàn),所以用上節已指出的應變儀,結合具體(tǐ)應力檢測的基本假設,如(rú)求出工(gōng)作(zuò)台面與物體(tǐ)間的作(zuò)用力,具體(tǐ)有對環境裝設傳感器、對機(jī)器人(rén)腕部裝設測試儀器用傳動裝置作(zuò)爲傳感器等方法。
聲覺傳感器
用于感受和解釋在氣體(tǐ)(非接觸感受)、液體(tǐ)或固體(tǐ)(接觸感受)中的聲波。聲波傳感器複雜程度可(kě)以從(cóng)簡單的聲波存在檢測到複雜的聲波頻率分(fēn)析,直到對連續自(zì)然語言中單獨語音和詞彙的辨别。
接觸式或非接觸式溫度傳感器
近年(nián)在機(jī)器人(rén)中應用較廣,除常用的熱(rè)電阻(熱(rè)敏電阻)、熱(rè)電偶等外,熱(rè)電電視攝像機(jī)測及感覺溫度圖像方面也取得(de)進展。
滑覺傳感器
用于檢測物體(tǐ)的滑動。當要求機(jī)器人(rén)抓住特性未知的物體(tǐ)時,必須确定最适當的握力值,所以要求檢測出握力不夠時所産生(shēng)的物體(tǐ)滑動信号。
目前有利用光(guāng)學系統的滑覺傳感器和利用晶體(tǐ)接收器的滑覺傳感器,後者的檢測靈敏度與滑動方向無關。
距離(lí)傳感器
用于智能移動機(jī)器人(rén)的距離(lí)傳感器有:激光(guāng)測距儀(兼可(kě)測角)、聲納傳感器等,近幾年(nián)得(de)到發展。
視覺傳感器
這是應用很廣泛的外傳感器,有鑒于它的内容很豐富,而且機(jī)器視覺經常獨立形成産品,與軟件(jiàn)技術(shù)關系很密切。
接近度傳感器
由于機(jī)器人(rén)的運動速度提高及對物體(tǐ)裝卸可(kě)能引起損壞等原因需要知道物體(tǐ)在機(jī)器人(rén)工(gōng)作(zuò)場地内存在位置的先驗信息以及适當的軌迹規劃,所以有必要應用測量接近度的遙感方法。接近傳感器分(fēn)爲無源傳感器和有源傳感器,所以除自(zì)然信号源外,還(hái)可(kě)能需要人(rén)工(gōng)信号的發送器和接收器。
超聲波接近度傳感器用于檢測物體(tǐ)的存在和測量距離(lí)。它不能用于測量小于30~50cm的距離(lí),而測距範圍較大(dà),它可(kě)用在移動機(jī)器人(rén)上,也可(kě)用于大(dà)型機(jī)器人(rén)的夾手上。還(hái)可(kě)做成超聲導航系統。
紅(hóng)外線接近度傳感器,其體(tǐ)積很小,隻有幾立方厘米大(dà),因此可(kě)以安裝在機(jī)器人(rén)夾手上。