机器人驱动与运动控制 课件 第5章 机器人传感系统.pptx

第5章机器人传感系统;

5.1机器人传感系统概述;;

5.1.2传感器的分类

机器人传感器可按多种方法进行分类，具体如下。

根据是否接触被测量，传感器可分为接触式传感器和非接触式传感器。非接触式传感器以某种电磁射线(如可见光、X射线、红外线、雷达波、声波、超声波和电磁射线等)形式测量目标响应。接触式传感器以某种实际接触(如力、力矩、压力、位置、温度、电量和磁量等)形式测量目标响应。;

机器人工作时，需要检测其自身状态和作业对象以及作业环境的状态，因此根据工作室检测对象的不同，机器人传感器一般可分为内部传感器和外部传感器两大类。传感系统

在工业机器人中的主要工作流程如图5-2所示。;;

传统的机器人仅采用内部传感器，用于精确控制机器人的运动、位置和姿态。现今，外部传感器被广泛安装和应用，使得机器人对外部环境的适应能力逐步提升，从而体现了一

定的智能性。表5-1中列出了常用的机器人内、外部传感器比较。给机器人安装什么样的传感器以及传感器的性能要求，是现今设计机器人传感系统的首要问题。在设计机器人传

感系统时，应当考虑机器人的具体工作需要和应用特点，根据检测对象、使用环境选择合适的传感器，以最大程度地减小环境造成的影响，确保机器人精准地完成作业任务。;;

5.1.3传感器的性能指标

为了方便评价和选择传感器，需要确定每种传感器的性能指标，了解各项性能对机器人的影响。传感器的特性主要指输出量与输入量之间的关系。当输入量为常量或变化极为

缓慢时，称为静态特性；当输入量随时间变化时，称为动态特性。;

1.灵敏度

灵敏度是指当传感器的输出量达到稳定时，输出量变化与输入量变化的比值。假如传感器的输出量和输入量呈线性关系，则其灵敏度可表示为

式中，s为传感器的灵敏度，Δy为传感器输出量的增量，Δx为传感器输入量的增量。;

2.线性度

线性度反映传感器输出量与输入量之间的线性程度。输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离拟合直线的程度又称为非线性误差，可用下式表示：

式中，ΔLmax为实际曲线与拟合直线之间的最大偏差，yFS为输出满量程值。;

假设传感器的输出量为y，输入量为x，则y与x的关系可表示为

若b为常数，或者近似为常数，则传感器的线性度较高；若b是一个变化较大的量，则传感器的线性度较低。机器人控制系统应该选用线性度较高的传感器。实际上，只有在少数情况下，传感器的输出量和输入量才呈线性关系。在大多数情况下，b都是x的函数，即;

3.精度

精度是指传感器的测量输出值与实际测量值之间的误差。精度通常指的是机器人传感器的精确程度，精密度说明测量传感器输出值的分散性，精密度高意味着随机误差小。准确度说明传感器输出值与真值的偏离程度，它是系统误差大小的标志。精确度是精密度与准确度两者的总和，精度高表示精密度和准确度都比较高，这是在测量中希望得到的结果。准确度、精密度、精度三者之间的关系如图5-3所示。;;

4.重复性

重复性是指传感器在对输入信号按同一方式进行全量程连续多次测量时，相应测试结果的变化程度，其表示式为

式中，Rmax为同方向测量数据的最大偏差，yFS为输出满量程值。;

5.分辨率

分辨率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。传感器辨别的被测量的最小变化量越小，或被测量的个数越多，它的分辨率越高；反之，分辨率越低。无论是示教再现型机器人，还是可编程型机器人，都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质量，一般需要根据机器人的工作任务规定传感器分辨率的最低限度要求。;

6.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，其输出信号随之变化并达到一个稳定值所需要的时间。在某些传感器中，输出信号在达到某一稳定值前会

发生短时间的振荡。传感器输出信号的振荡对机器人控制系统来说非常不利，会影响机器人的控制精度和工作精度，所以传感器的响应时间越短越好。响应时间的计算应当以输入信号开始变化的时刻为起点，以输出信号达到稳定值的时刻为终点。实际上，还需要规定一个稳定值范围，只要输出信号的变化不再超出此范围，即可认为它已经达到了稳定值。对于具体的机器人传感器，还应规定响应时间容许上限。;

7.漂移

漂移是指在一定时间间隔内，传感器的输出量存在着与输入量无关的、不需要的变化。漂移常包括零点漂移和灵敏度漂移。零点漂移是指在某环境量(时间、温度等)的变化间隔内，零点输出的变化。灵敏度漂移是指在某环境量(时间、温度等)的变化间隔内，灵敏度输出的变化。;

5.1.4机器人传感器的选择与要求

1.性价比

传感器成本是首要的考虑因素。