7.1 传感器与机器人（课件）- 《传感器与检测技术》同步教学（电工版）

传感器与智能机器人 现代机器人的分代 　　1. 第一代机器人 英格伯格和德沃尔制造的工业机器人是第一代机器人，属于示教再现型，即人手把着机械手，把应当完成的任务做一遍，或者人用“示教控制盒”发出指令，让机器人的机械手臂运动，一步步完成它应当完成的各个动作。 因未采用传感器，第一代机器人不具有感知和反馈能力。 　 第二代机器人是有感觉的机器人：它们对外界环境有一定感知能力，即具有听觉、视觉、触觉等功能。机器人工作时，根据感觉器官—传感器获得的信息，灵活调整自己的工作状态，保证在适应环境的情况下完成工作。如：有触觉的机械手可轻松自如地抓取鸡蛋，有嗅觉的机器人能分辨出不同饮料和酒类。 2. 第二代机器人 　 第三代机器人是智能机器人，它不仅具有感觉能力，而且还具有独立判断和行动的能力，并具有记忆、推理和决策的能力，因而能够完成更加复杂的动作。中央电脑控制手臂和行走装置，使机器人的手完成作业，脚完成移动，机器人能够用自然语言与人对话。 智能机器人的“智能”特征就在于它具有与外部世界——对象、环境和人相适应、相协调的工作机能。从控制方式看，智能机器人不同于工业机器人的“示教、再现”，不同于遥控机器人的“主—从操纵”，而是以一种“认知—适应”的方式自律地进行操作。 　　智能机器人在发生故障时，通过自我诊断装置能自我诊断出故障部位，并能自我修复。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 3. 第三代机器人 探路者 机遇号 机器人传感器分为内部传感器和外部传感器。 机器人的内部传感器是安装在机器人自身中,用来感知它自己的状态，以调整并控制机器人的行动。它通常由位置、加速度、速度及压力传感器组成。 机器人的外部传感器是检测环境、目标的状态特征，使机器人--环境发生交互作用，从而使机器人对环境有自校正和自适应能力。 类型：包括触觉传感器、视觉传感器、接近觉传感器、听觉传感器等。 机器人传感器是指机器人对内外部环境感知的物理量变换为电量输出的装置。 控制器 内部传感 外部传感 机器人 位置传感器 速度传感器 加速度传感器 力和压力传感器 微动开关 红外传感器 接触和视觉传感器 接近觉传感器 超声波传感器 视觉传感器 语音合成器 内传感器用于测量机器人自身状态 测量与机器人作业有关的外部环境 多指协调控制抓取规划 多指多关节 灵巧机械手 三个手指 3个关节 电 机 角度传感器 复合触觉传感器 通过从结构与功能上模仿人手，实现对各种形状物体的灵巧操作，精确的力控制与运动控制 传感器在机器人身上分布 1 机器人内部传感器 机器人内传感器包括位移（位置）传感器、速度、加速度传感器等。 一、位置传感器 1.电位器式位移传感器 直线电位器和圆形电位器，用作直线位移和角位移传感器。 电位器式位移传感器结构简单，性能稳定可靠，精度高，较方便地选择其输出信号范围。 旋转型电位器式位移传感器 直线型电位器式位移传感器 2. 编码式位移传感器 —— 光电编码器 光电编码器是角度（角速度）检测装置，通过光电转换，将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲数字量的传感器。具有体积小，精度高，工作可靠等优点，应用广泛。 一般装在机器人各关节的转轴上，用来测量各关节转轴转过的角度。 　　 光电编码器由光栅盘和光电检测装置组成。 常见的光电编码器由光栅盘，发光元件和光敏元件组成。 光电码盘随电动机转动，输出脉冲信号。根据旋转方向用计数器对输出脉冲计数就能确定电动机的位移或转速。 根据其刻度方法及信号输出形式，分为增量式、绝对式以及混合式三种。 透明圆盘上设置n条同心圆环，对环带进行二进制编码。 16 码道 每个码道上 黑（不透光）二进制数的1 白（透光），二进制数的0 码道沿径向具有不同的二进制值。 码盘转动，光电元件接受光信号，并转成相应的数字电信号。 增量式编码器 二、速度传感器 速度传感器：测量机器人关节速度。 测速发电机、增量光电编码器。 测速发电机：把机械转速变换成电压信号，输出电压与输入的转速成正比。 u = K*n K是常数 直流测速发电机的结构原理 1—永久磁铁；2—转子线圈；3—电刷；4—整流子 测速发电机转子与机器人关节伺服驱动电动机相连，就能测出机器人运动过程中关节转动速度。 测速发电机在机器人控制系统中有广泛的应用。 直流测速发电机 交流测速发电机 2 机器人外部传感器 外部传感器用来检测机器人所处环境及目标状况，从而使得机器人能够与环境发生交互作用并对环境具有自我校正和适应能力。 如：是什么物体，离物体的距离有多远，抓取的物体是否滑落等。 广义来看，机器人外部传感器就是具有人类五官的感知能力的传感