工业机器人的位置及位移电位器式位移传感器.PPT

图 4.42 飞行时间法原理图 　　4) 利用光的波动性 光是高度稳定的振动波， 以光波长为基准测量距离， 可以得到稳定和高精度的结果。 激光测长仪以光的波长为标度， 它针对光路差产生的干涉条纹的变化进行计数， 实现距离测量， 已经成为当今精密机械中不可或缺的定位装置(如图 4.43所示)。 不过激光测量的精度受到环境因素及测试条件的制约， 因此一定要建立一个减震环境。 4.3 工业机器人的位置及位移 4.3.1 电位器式位移传感器 　　电位器式位移传感器由一个线绕电阻(或薄膜电阻)和一个滑动触点组成。 其中滑动触点通过机械装置受被检测量的控制。当被检测的位置量发生变化时,滑动触点也发生位移, 从而改变了滑动触点与电位器各端之间的电阻值和输出电压值, 根据这种输出电压值的变化, 可以检测出机器人各关节的位置和位移量。 　　电位器式位移传感器具有很多优点。它的输入输出特性(即输入位移量与电压量之间的关系)可以是线性的,也可以根据需要选择其他任意函数关系的输入输出特性; 它的输出信号选择范围很大,只需改变电阻器两端的基准电压,就可以得到比较小的或比较大的输出电压信号。这种位移传感器不会因为失电而破坏其已感觉到的信息。当电源因故断开时,电位器的滑动触点将保持原来的位置不变, 只需重新接通电源, 原有的位置信息就会重新出现。另外,它还具有性能稳定，结构简单， 尺寸小，重量轻，精度高等优点。电位器式位移传感器的一个主要缺点是容易磨损。由于滑动触点和电阻器表面的磨损, 使电位器的可靠性和寿命受到一定的影响, 正因如此,电位器式位移传感器在机器人上的应用受到了极大的局限, 近年来随着光电编码器价格的降低而逐渐被取代。 　　按照电位器式位移传感器的结构, 可以把它分成两大类: 一类是直线型电位器, 另一类是旋转型电位器。 　　直线型电位器主要用于检测直线位移, 其电阻器采用直线型螺线管或直线型碳膜电阻, 滑动触点也只能沿电阻的轴线方向做直线运动。直线型电位器的工作范围和分辨率受电阻器长度的限制。线绕电阻、电阻丝本身的不均匀性会造成电位器式传感器的输入输出关系的非线性。 　　旋转型电位器的电阻元件呈圆弧状, 滑动触点也只能在电阻元件上做圆周运动。旋转型电位器有单圈电位器和多圈电位器两种。 由于滑动触点等的限制, 单圈电位器的工作范围只能小于360°;对分辨率也有一定限制。 对于多数应用情况来说, 这并不会妨碍它的使用。假如需要更高的分辨率和更大的工作范围, 可以选用多圈电位器。 　　图4.27为一种典型的电位器式测试电路。当输入电压VCC加在电位器的两个输入端时,电位器的输出信号Vout与滑动触点的位置成比例。 　　图4.28所示为两种典型的商用旋转式电位器。 图 4.27 作为位置传感器的电位器 图 4.28 典型的商用旋转式电位器 图 4.29 旋转电位器的结构原理图 (a) 导电塑料型； (b) 线圈型 4.3.2 光电编码器 　　1. 绝对型光电编码器 　　绝对型编码器即使发生电源中断, 也能正确地给出角度位置。 绝对型编码器产生供每种轴用的独立的和单值的码字。 与相对型编码器不同,它的每个读数都与前面的读数无关。绝对型编码器最大的优点是系统电源中断时, 器件可记录发生中断的地点, 当电源恢复时,它可把记录情况通知系统。 　　绝对型编码器通常由三个主要元件构成: ① 多路(或通道)光源(如发光二极管); ② 光敏元件; ③ 光电码盘。 　　图4.30是绝对型光电编码器的编码原理图, 码盘上有5条码道。所谓码道, 就是码盘上的同心圆。 按照二进制分布规律, 把每条码道加工成透明和不透明区域相间的形式。 码盘的一侧安装光源,另一侧安装一排径向排列的光电管, 每个光电管对准一条码道。当光源照射码盘时, 如果是透明区, 则光线被光电管接收, 并转变成电信号, 输出信号为“1”; 如果是不透明区, 则光电管接收不到光线, 输出信号为“0”。被测工作轴带动码盘旋转时, 光电管输出的信息就代表了轴的对应位置, 即绝对位置。 图 4.30 绝对型光电编码器 　　光电编码盘大多采用格雷码编码盘,格雷码的特点是每一相邻数码之间仅改变一位二进制数, 这样,即使制作和安装不十分准确, 产生的误差最多也只是最低位的一位数。在图4.30中，五位二进制码盘分辨的最小角度(分辨率)为 码道越多,分辨率越高。目前, 码盘码道可做到十八条, 能分辨的最小角度为α=360°/218≈0.0014°。 　　2. 相对型光电编码器 　　与绝对型光电编码器一样, 相对型光电编码器也是由前述三个主要元件构成的。两者的工作原理基本相同, 所不同的是后者的光源只有一路或两路。光电码盘一般只刻有一圈或两圈透明和不透明区域, 当光透过