《工业机器人技术基础》(第4章).docx

工业机器人技木基独 第4章工业机器人传感器 目录CONTENT4. 1 目录 CONTENT 4. 2工业机器人内部传感器| 4. 3工业机器人外部传感器 1掌握工业机器人传感器的种类、性 学习能指标及其使用要求。 4目标2熟悉工业机器人内、外部传感器的 功能和应用。 n工业机器人传感器概述 4.1.1工业机器人传感器的类型 传感器是一种以一定精度将被测量转换为与之有确定对应关系、易于精确处 理和测量的某种物理量的测量部件或装置。完整的传感器应包括敏感元件、转 化元件、基本转化电路三个基本部分。 工业机器人传感器按用途的不同，可分为内部传感器和外部传感器。 表4-1工业机器人传感器的分类、功能和应用 分类 类别 功能 应用 内部 传感器 位移 检测机器人自身状态，如 自身的运动、位置和姿态等 信息 控制机器人按规定的位置、 速度、加速度、轨迹和受力状 态等工作 速度 加速度 力 姿态角 外部 传感器 视觉 单点视觉 检测外部状况，如作业中 对象或障碍物状态以及工业 机器人与环境的相可作用信 息，使机器人适应外界环境 的变化 对被测量物定向、定位； 目标分类与识别； 控制操作： 抓取物体； 检査产品质量： 适应环境变化： 修改程序 线阵视觉 平面视觉 立体视觉 非视觉 接近（距离）觉 温度 接触觉 滑觉 声觉 应力 4.1.2传感器的性能指标 1.灵敏度 灵敏度是指传感器的输出信号达到稳定时，输出信号变化頌与输入信号变化Ax的比值。假如 传感器的输出和输入呈线性关系，其灵敏度可表示为 Ax 式中，S为传感器的灵敏度；△），为传感器输出信号的增量；为传感器输入信号的增量。 若传感器的输出信号与输入信号呈非线性关系，其灵敏度便是该曲线的导数，即 S也 dx 2.线性度 如图4-2所示，线性度反映传感器输入信号x与输出信号y之间的线性程度，用公式表示为 y = bx 若人为常数，或者近似为常数，则传感器的线性度较高；若人是一个变化较大的量，则传感器的线 性度较差。工业机器人控制系统应该选用线性度较高的传感器。 图4.2传感器的线性度 图4.2传感器的线性度 3.精度 精度是指传感器的测量输岀值与实际被测量值之间的误差。在工业机器人系统设 计中，应该根据系统的工作精度要求选择合适的传感器精度。 (a)激光测距传感器(精度0.2 mm) (b)位移传感器(精度0.01 mm) 图4.3传感器 4.测量范围 测量范围是指被测量的最大允许值和最小允许值之差。传感器的测量范围应该覆 盖工业机器人有关被测量的工作范围。如果无法达到这一要求，可以设法选用某种 转换装置，但这样会引入某种误差，使传感器的测量精度受到一定的影响。 5.重复性 重复性是指传感器在其输入信号按同一方式进行全量程连续多次测量 时，相应测量结果的变化程度。对于多数传感器来说，重复性指标优于精 度指标。这些传感器的精度指标不一定很高，但只要它的温度、湿度、受 力条件和其他参数不变，传感器的测量结果也没有较大的变化。同样，传 感器重复性也应考虑使用条件和测量方法的问题。 6.分辨率 分辨率是指传感器在整个测量范围内所能辨别的被测量的最小变化量，或者所能辨别 的不同被测量的个数。工业机器人大多对传 感器的分辨率有一定的要求。传感器的分辨 率直接影响机器人的可控程度和控制品质。 分辨率是指传感器在整个测量范围内所能 人的工作任务确定。传感器分辨率的最低限度要求一般根据机器 人的工作任务确定。 7.响应时间 响应时间是传感器的动态特性指标，是指传感器的输入信号变化后，其输出信 号变化至一个稳定值所需要的时间。在一些传感器中，输出信号在达到某一稳定值 以前会发生短时间地振荡。 抗干扰能力 由于传感器输出信号的稳定是控制系统稳定工作的前提，为防止工业 机器人系统的意外动作或故障的发生，传感器系统设计必须采用可靠性 设计技术，通常这个指标通过单位时间内发生故障的概率来定义，因此 抗干扰能力实际是一个统计指标。 4丄3工业机器人对传感器的一般要求 1-精度高、重复性好 传感器的精度与重复性直接影响工业机器人的工作质量，用于检测和控制机器 人运动的传感器是控制机器人定位精度的基础。机器人是否能够准确无误地正常工 作往往取决于传感器的测量精度。 2.稳定性好、可靠性高 传感器的稳定性和可靠性是保证工业机器人能够长期稳定可靠地工作 的必要条件。工业机器人经常是在无人照看的条件下代替人工操作的， 万一它在工作中出现故障，轻则影响生产的正常进行，重则造成严重的 事故。 3.抗干扰能力强 工业机器人传感器的工作环境往往比较恶劣，其应当能够承受强电磁干扰、 强振动，并能够在一定的高温、高压、高污染环境中正常工作。 4.重量轻、体积小 对于安装在工业机器人臂部等运动部件上的传感器，重量要轻, 否