机器人位置传感器：工业机器人技术基础6.3位置传感器（11页）

工业机器人传感器 ——位置传感器一、位置传感器位置传感器主要是检测工业机器人的空间位置、角度与位移距离等物理量。二、电位器式位置传感器电位器式传感器常被用于测量机器人关节线位移和角位移，是位置反馈控制中必不可少的元件。旋转型直线型图1图2二、电位器式位置传感器直线型电位器的工作原理。图3图4二、电位器式位置传感器旋转型电位器的工作原理。图5图6三、光电编码器光电编码器是一种通过光电转换将输出轴上的直线位移或角度变化转换成脉冲或数字量的传感器，属于非接触式传感器。图7图81-转轴 2-LED 3-检测光栅 4-码盘 5-光敏器件三、光电编码器光电编码器码盘上有透光区与不透光区。图9图10三、光电编码器相对编码器又称为增量式编码器。图11三、光电编码器图12四、旋转变压器旋转变压器由定子和转子组成。图13五、小结

机器人位置传感器：机器人传感器

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机器人传感器
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机器人是由计算机控制的复杂机器，它具有类似人的肢体及感官功能；动作程序灵活；有一定程度的智能；在工作时可以不依赖人的操纵。机器人传感器在机器人的控制中起了非常重要的作用，正因为有了传感器，机器人才具备了类似人类的知觉功能和反应能力。
中文名
机器人传感器
作    用
传递感觉
用    途
模拟人类感觉
类    别
触觉 视觉 力觉
控制终端
计算机
构    成
触觉传感器、视觉传感器、力觉传感器、接近觉传感器等
目录
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基本介绍
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分类
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明暗觉
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色觉
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位置觉
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形状觉
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接触觉
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压觉
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力觉
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接近觉
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滑觉
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主要传感器
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视觉
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力觉
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触觉
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接近觉
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听觉
机器人传感器基本介绍
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为了检测作业对象及环境或机器人与它们的关系，在机器人上安装了触觉传感器、视觉传感器、力觉传感器、接近觉传感器、超声波传感器和听觉传感器，大大改善了机器人工作状况，使其能够更充分地完成复杂的工作。由于外部传感器为集多种学科于一身的产品，有些方面还在探索之中，随着外部传感器的进一步完善，机器人的功能越来越强大，将在许多领域为人类做出更大贡献。
[1]
机器人传感器分类
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根据检测对象的不同可分为内部传感器和外部传感器。a.内部传感器：用来检测机器人本身状态（如手臂间角度）的传感器。多为检测位置和角度的传感器。b.外部传感器：用来检测机器人所处环境（如是什么物体，离物体的距离有多远等）及状况（如抓取的物体是否滑落）的传感器。具体有物体识别传感器、物体探伤传感器、接近觉传感器、距离传感器、力觉传感器，听觉传感器等。
机器人传感器明暗觉
检测内容：是否有光，亮度多少应用目的：判断有无对象，并得到定量结果传感器件：光敏管、光电断续器
机器人传感器色觉
检测内容：对象的色彩及浓度应用目的：利用颜色识别对象的场合传感器件：彩色摄像机、滤波器、彩色CCD
机器人传感器位置觉
检测内容：物体的位置、角度、距离应用目的：物体空间位置、判断物体移动传感器件：光敏阵列、CCD等
机器人传感器形状觉
检测内容：物体的外形应用目的：提取物体轮廓及固有特征，识别物体传感器件：光敏阵列、CCD等
机器人传感器接触觉
检测内容：与对象是否接触，接触的位置应用目的：确定对象位置，识别对象形态，控制速度，安全保障，异常停止，寻径传感器件：光电传感器、微动开关、薄膜特点、压敏高分子材料
机器人传感器压觉
检测内容：对物体的压力、握力、压力分布应用目的：控制握力，识别握持物，测量物体弹性传感器件：压电元件、导电橡胶、压敏高分子材料
机器人传感器力觉
检测内容：机器人有关部件（如手指）所受外力及转矩应用目的：控制手腕移动，伺服控制，正解完成作业传感器件：应变片、导电橡胶
机器人传感器接近觉
检测内容：对象物是否接近，接近距离，对象面的倾斜应用目的：控制位置，寻径，安全保障，异常停止传感器件：光传感器、气压传感器、超声波传感器、电涡流传感器、霍尔传感器
机器人传感器滑觉
检测内容：垂直握持面方向物体的位移，重力引起的变形应用目的：修正握力，防止打滑，判断物体重量及表面状态传感器件：球形接点式、光电旋转传感器、角编码器、振动检测器
机器人传感器主要传感器
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机器人传感器视觉
20世纪50年代后期出现，发展十分迅速，是机器人中最重要的传感器之一。机器视觉从20世纪60年代开始首先处理积木世界，后来发展到处理室外的现实世界。20世纪70年代以后，实用性的视觉系统出现了。视觉一般包括三个过程：图像获取、图像处理和图像理解。相对而言，图像理解技术还很落后。
机器人传感器力觉
机器人力传感器就安装部位来讲，可以分为关节力传感器、腕力传感器和指力传感器。国际上对腕力传感器的研究是从20世纪70年代开始的，主要研究单位有美国的DRAPER实验室、SRI研究所、IBM公司和日本的日立公司、东京大学等单位。
机器人传感器触觉
作为视觉的补充，触觉能感知目标物体的表面性能和物理特性：柔软性、硬度、弹性、粗糙度和导热性等。触觉研究从20世纪80年代初开始，到20世纪90年代初已取得了大量的成果。
机器人传感器接近觉
研究它的目的是使机器人在移动或操作过程中获知目标（障碍）物的接近程度，移动机器人可以实现避障，操作机器人可避免手爪对目标物由于接近速度过快造成的冲击。
机器人传感器听觉
（1） 特定人的语音识别系统特定人语音识别方法是将事先指定的人的声音中的每一个字音的特征矩阵存储起来，形成一个标准模板（或叫模板），然后再进行匹配。它首先要记忆一个或几个语音特征，而且被指定人讲话的内容也必须是事先规定好的有限的几句话。特定人语音识别系统可以识别讲话的人是否是事先指定的人，讲的是哪一句话。（2） 非特定人的语音识别系统非特定人的语音识别系统大致可以分为语言识别系统，单词识别系统，及数字音（0~9）识别系统。非特定人的语音识别方法则需要对一组有代表性的人的语音进行训练，找出同一词音的共性，这种训练往往是开放式的，能对系统进行不断的修正。在系统工作时，将接收到的声音信号用同样的办法求出它们的特征矩阵，再与标准模式相比较。看它与哪个模板相同或相近，从而识别该信号的含义。B
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参考资料
1.

机器人传感器概述
．传感器[引用日期2013-01-01]

机器人位置传感器：机器人的位置检测传感器

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机器人的位置检测传感器

测量可变位置和角度，即测量机器人关节线位移和角位移的
传感器是机器人位置反馈控制中必不可少的元件。常用的有电位
器、旋转变压器、编码器等。其中编码器既可以检测直线位移，
又可以检测角位移。下面是几种常用的位置检测传感器。
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光
电开关
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、编码器
3
、旋转变压器。二、机器人速度、角速度传感
器：
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、
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编码器对任意给定的角位移，编码器将产生确定数量的
脉冲信号，通过统计指定时间（
dt
）内脉冲信号的数量，就能计
算出相应的角速度。
dt
越短，得到的速度值就越准确，越接近实
际的瞬时速度。但是，如果编码器的转动很缓慢，则测出的速度
可能不准。通过对控制器的编程，将指定时间内脉冲信号的个数
转化为速度信息就可以计算出速度。
2
、
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测速发电机测速发电机
是一种把输入的转速信号转换成输出的电压信号的机电式信号元
件，它可以作为测速、校正和解算元件，广泛应用于机器人的关
节测速中。
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位置信号微分如果位置信号中噪音较小，那么对
他进行微分来求取速度信号不仅可行，而且很简单。为此，位置
信号应尽可能连续，以免在速度信号中产生大的脉动。所以，建
议使用薄膜式电位器测量位置，因为绕线式电位器的输出时分段
的，不适合微分。然而，信号的微分总是会有噪音的，应该仔细
处理。三、机器人接触觉传感器：机器人接触觉传感器是用来判
断机器人是否接触物体的测量传感器。传感器输出信号常为
0
或

机器人位置传感器：机器人的位置检测传感器_1

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1、机器人的位置检测传感器测量可变位置和角度，即测量机器人关节线位移和角位移的 传感器是机器人位置反馈控制中必不可少的元件。常用的有电位 器、旋转变压器、编码器等。其中编码器既可以检测直线位移， 又可以检测角位移。下面是几种常用的位置检测传感器。1、光 电开关2、编码器3、旋转变压器。二、机器人速度、角速度传感 器：1、编码器对任意给定的角位移，编码器将产生确定数量的 脉冲信号，通过统计指定时间（dt）内脉冲信号的数量，就能计 算出相应的角速度。dt越短，得到的速度值就越准确，越接近实 际的瞬时速度。但是，如果编码器的转动很缓慢，则测出的速度 可能不准。通过对控制器的编程，将指定时间内脉冲信号的个

2、数 转化为速度信息就可以计算出速度。2、测速发电机测速发电机 是一种把输入的转速信号转换成输出的电压信号的机电式信号元 件，它可以作为测速、校正和解算元件，广泛应用于机器人的关 节测速中。3、位置信号微分如果位置信号中噪音较小，那么对 他进行微分来求取速度信号不仅可行，而且很简单。为此，位置 信号应尽可能连续，以免在速度信号中产生大的脉动。所以，建 议使用薄膜式电位器测量位置，因为绕线式电位器的输出时分段 的，不适合微分。然而，信号的微分总是会有噪音的，应该仔细 处理。三、机器人接触觉传感器：机器人接触觉传感器是用来判 断机器人是否接触物体的测量传感器。传感器输出信号常为0或 1,最经济适用的

3、形式是各种微动开关。常用的微动开关由滑柱、 弹簧、基板和引线构成，具有性能可靠、成本低、使用方便等特 点。接触觉传感器不仅可以判断是否接触物体，而且还可以大致 判断物体的形状。一般传感器装在末端的执行器上，除了微动开 关外，接触觉传感器还采用碳素纤维及聚氨基甲酸脂为基本材料 构成触觉传感器。机器人与物体接触，通过碳素纤维与金属针之 间建立导通电路，与微动开关相比，碳素纤维具有更高触电安装 密度、更好的柔性、可以安装在机器手的曲面手掌上。四、机器 人接近觉传感器、机器人接近觉传感器能感知相距几毫米到几时 厘米内对象物或障碍物的距离、对象物的便面性质等的传感器， 其目的是在接触对象前得到必要的信息

4、，以便后续动作。接近觉 传感器有许多不同的类型，如电磁式、涡流式、霍尔效应式、光 学式、超声波式、电感式和电容式等等。五、机器人姿态传感 器：姿态传感器是用来检测机器人与地面相对关系的传感器，当 机器人被限制在工厂的地面时，没有必要安装这种传感器，如大 部分工业机器人。但当机器人脱离了这个限制，并且能够自由的 移动，如移动机器人，安装姿态传感器就成必要了。典型的姿态 传感器是陀螺仪，他利用高速旋转物体（转子）经常保持一定姿 态的性质。转子通过一个支撑它的，被称为万向接头的自由支持 机构，安装在机器人上。机器人围绕着输入轴仅转过一个角度。 在速率陀螺仪中，加装了弹簧。卸掉这个弹簧后的陀螺仪成为速

5、 率积分陀螺仪，此时输出轴以角速度旋转，且此角速度与围绕输 入轴的转角速度成正比。姿态传感器设置在机器人的躯干部分， 它用来检测移动中的躯干部分，它用来你检测移动中的姿态和方 位变化，保持机器人的正确姿态，并且实现指令要求的方位。除 此以外，还有气体速度陀螺仪、光陀螺仪，前者利用了姿态变化 时，气流也发生了变化这一现象；后者利用了当环路状光径相对 于惯性空间旋转时，沿这种光径传播的光，会因向右旋转而呈现 速度变化的现象。六、机器人力觉传感器：力觉是指对机器人的 指、肢和关节等运动中所受力的感知，用于感知夹持物的状态， 校正由于手臂变形所引起的运动误差，保护机器人及零件不受伤 害。他们对装配机器

6、人具有重要意义。力觉传感器主要包括关节 力传感器、腕力传感器等。七、机器人滑觉传感器机器人在抓取 不知属性的物体时，其自身能确定最佳握紧力的给定值。当握紧 力不够时，要检测被握紧物体的滑动，利用该检测信号，在不损 害物体的前提下，考虑最可靠地夹持方法。实现此功能的传感器 称为滑觉传感器。滑觉传感器有滑动式和球式，还有一种通过振 动检测滑觉的传感器。物体在传感器表面上滑动时，和滚轮或环 相接触，把滑动变为转动。磁力滑觉传感器中，滑动物体引起滚 轮滑动，用磁铁和静止的磁头，或用光传感器进行检测，这种传 感器只能检测到一个方向的滑动。球式用球代替滚轮，还可以检 测个个方向的滑动，振动式滑觉传感器表面

7、伸出的触针能和物体 接触，物体滚动时，物体与触针接触而产生振动，这个振动由压 点式传感器或磁场线圈结构的微小位移计检测。八、机器人的视 觉、听觉、嗅觉传感器：机器人的视觉系统通常是利用光电传感 器构成的。机器人视觉系统要能达到实用，至少满足实时性、可 靠性、有柔性和价格适中这几个方面的要求。机器人的听觉从应 用的目的来看可以分为两类:1）发音人识别系统2）语意识别 系统。机器人听觉系统中的听觉传感器的基本形态与传声器相 同，多为你利用压电效应、磁电效应等。嗅觉传感器主要是采用 气体传感器、射线传感器等。机器人的嗅觉传感器主要用于：1） 检测空气中的化学成分及浓度。2）检测放射线、可燃气体及有 毒气体。3） 了解环境污染、预防火灾和毒气泄漏报警。第1页共1页