机器人传感器及机器人应用
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精品课件
接触觉传感器图例：
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2．压觉传感器：
压觉传感器检测传感器面上受到的作用 力，它由弹性体及检测弹性位移的敏感 元件构成。用弹簧支承的平板作为机械 手的物体夹持面。在平板上加负载时， 平板发生位移，该位移量由电位器检测 。如果已知弹簧的刚性系数，则可根据 位移计的输出求出力的大小。
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机器人传感器 及机器人应用
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引言：
给机器人装备什么样的传感器，对 这些传感器有什么要求，这是设计 机器人感觉系统时遇到的首要问题 。选择机器人传感器应当完全取决 于机器人的工作需要和应用特点。
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一、机器人需要的感觉能力（1）
触觉能力：
主要指确定工作对象是否存在，以及它的尺寸大小 和形状等。
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测速发电机图例（1）：
转子静止时
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测速发电机图例（2）：
F
转子静止时
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F 转子旋转时
四、典型外传感器
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1．接触觉传感器：
接触觉传感器检测机器人是否接触目 标或环境，用于寻找物体或感知碰撞 。
工作原理：
在电极和柔性导体之间留有间隙，当施加 外力时，受压部分的柔性导体和柔性绝缘 体发生变形，利用柔性导体和电极之间的 接通状态形成接触觉。
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2、喷漆机器人（1）：
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2、喷漆机器人（2）：
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3、装配机器人（1）：
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3、装配机器人（2）：
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4、FMS系统中机器人：
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5、摘果机器人：
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6、剪枝机器人：
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7、剪羊毛机器人：
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8、导医机器人：
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9、“爱宝” 机器狗：
励磁绕组通电：
励 磁 绕 组 接 交 流 电 压 U1→ 产 生 交 变 脉 动 磁 通 Φ1→由于Φ1与输出绕组的轴线垂直→输出绕组 中无感应电动势→输出电压U2=0
转子旋转时：
测速发电机转子旋转→转子切割磁力线→导体条 中产生感应电动势（右手法则）→带电导体便在 周围产生磁场→合成磁通的方向Φr如图→与输出 绕组的轴线方向平行→产生感应电压U2
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3．速度测量（3）：
工作原理：
测速发电机存在如下数量关系：
U2∝Φ1n∝U1 n 由此可以看出，当励磁绕组加上电源电压且
测速发电机以转速n转动时，它的输出绕组中 就产生输出电压U2，其大小和转速n成正比 。 。当这转样动就方把向转改速变信时号，转U换2的为相电位压也信改号变。1输80出° 电压的频率等于电源频率，与转速无关。
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二、传感器的分类
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1．内传感器：
内传感器是用于测量机器人自身状态的 功能元件。
具体检测的对象有：
关节的线位移、角位移等几何量； 速度、角速度、加速度等运动量； 倾斜角、方位角、振动等物理量。
内传感器常用于控制系统中，用作反馈 元件，检测机器人自身的状态参数。
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2．外传感器：
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典型元器件图例：
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2．位置、角度测量（1）：
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。
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2．位置、角度测量（2）：
光电编码器：
光电编码器由发光元件、聚光镜、漏光盘 、光栏板、光敏管等构成。灯泡发出的光 线经过聚焦后变成平行光束，当漏光盘上 的条纹与光栏板上的条纹重合时，光敏管 便接受一次光的信号并记数，由此可以测 试旋转速度。
测量与机器人作业有关的外部因素。通 常与机器人的目标识别、作业安全等因 素有关。
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三、典型内传感器
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1．规定位置检测的内传感器：
应用场合：
检测规定的位置，常用ON/OFF两个状态值。这 种方法用于检测机器人的起始原点、终点位置或 某个确定的位置。
典型元Hale Waihona Puke Baidu件：
给定位置检测常用的检测元件有微型开关、光电 开关等。规定的位移量或力作用在微型开关的可 动部分上，开关的电气触点断开（常闭）或接通 （常开）并向控制回路发出动作信号。
接近觉：
主要用于探测机器人自身与周围物体之间相对位置 或距离的传感器。接近觉界于触觉与视觉之间。
视觉：
孔、边、拐角的检测及工作对象形状的检测等。
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一、机器人需要的感觉能力（2）
压觉：
主要用于检测机器人与作业对象之间接 触面的法向压力值的大小。
滑觉：
主要用于检测物体因自重相对于机器人 手爪的滑移量的大小。
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光电编码器工作原理图：
1-光源 2-聚光镜 3-漏光盘 4-光敏管 5-光拦板
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光电编码器结构示意图：
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2．位置、角度测量（3）：
光电编码器用于测量直线位移：
1-比较器 2-放大器 3-电液伺服阀 4-光电编码 器 5-传动带 6-滑轮 7-活塞 8-钢索
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3．速度测量（1）：
介绍交流测速发电机的工作原理。 组成：
交流异步发电机由定子和转子组成。 定子上有两个绕组：一个作励磁用，用于产
生磁场，称为励磁绕组；另一个输出电压， 称为输出绕组。两个绕组的轴线互相垂直。 转子的结构可视为由无数并联的导体组成， 和鼠笼转子结构一样。
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3．速度测量（2）：
工作原理：
压觉传感器图例：
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3．滑觉传感器：
滑觉传感器有滚轮式和球式。物体在传 感器表面上滑动时，和滚轮或球相接触 ，把滑动变成转动。滑动物体引起滚轮 的转动，用磁铁和静止的磁头进行检测 。
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滑觉传感器图例：
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五、机器人的应用
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1、弧焊机器人（1）：
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1、弧焊机器人（2）：
接触觉传感器图例：
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2．压觉传感器：
压觉传感器检测传感器面上受到的作用 力，它由弹性体及检测弹性位移的敏感 元件构成。用弹簧支承的平板作为机械 手的物体夹持面。在平板上加负载时， 平板发生位移，该位移量由电位器检测 。如果已知弹簧的刚性系数，则可根据 位移计的输出求出力的大小。
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机器人传感器 及机器人应用
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引言：
给机器人装备什么样的传感器，对 这些传感器有什么要求，这是设计 机器人感觉系统时遇到的首要问题 。选择机器人传感器应当完全取决 于机器人的工作需要和应用特点。
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一、机器人需要的感觉能力（1）
触觉能力：
主要指确定工作对象是否存在，以及它的尺寸大小 和形状等。
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测速发电机图例（1）：
转子静止时
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测速发电机图例（2）：
F
转子静止时
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F 转子旋转时
四、典型外传感器
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1．接触觉传感器：
接触觉传感器检测机器人是否接触目 标或环境，用于寻找物体或感知碰撞 。
工作原理：
在电极和柔性导体之间留有间隙，当施加 外力时，受压部分的柔性导体和柔性绝缘 体发生变形，利用柔性导体和电极之间的 接通状态形成接触觉。
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2、喷漆机器人（1）：
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2、喷漆机器人（2）：
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3、装配机器人（1）：
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3、装配机器人（2）：
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4、FMS系统中机器人：
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5、摘果机器人：
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6、剪枝机器人：
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7、剪羊毛机器人：
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8、导医机器人：
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9、“爱宝” 机器狗：
励磁绕组通电：
励 磁 绕 组 接 交 流 电 压 U1→ 产 生 交 变 脉 动 磁 通 Φ1→由于Φ1与输出绕组的轴线垂直→输出绕组 中无感应电动势→输出电压U2=0
转子旋转时：
测速发电机转子旋转→转子切割磁力线→导体条 中产生感应电动势（右手法则）→带电导体便在 周围产生磁场→合成磁通的方向Φr如图→与输出 绕组的轴线方向平行→产生感应电压U2
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3．速度测量（3）：
工作原理：
测速发电机存在如下数量关系：
U2∝Φ1n∝U1 n 由此可以看出，当励磁绕组加上电源电压且
测速发电机以转速n转动时，它的输出绕组中 就产生输出电压U2，其大小和转速n成正比 。 。当这转样动就方把向转改速变信时号，转U换2的为相电位压也信改号变。1输80出° 电压的频率等于电源频率，与转速无关。
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二、传感器的分类
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1．内传感器：
内传感器是用于测量机器人自身状态的 功能元件。
具体检测的对象有：
关节的线位移、角位移等几何量； 速度、角速度、加速度等运动量； 倾斜角、方位角、振动等物理量。
内传感器常用于控制系统中，用作反馈 元件，检测机器人自身的状态参数。
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2．外传感器：
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典型元器件图例：
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2．位置、角度测量（1）：
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。
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2．位置、角度测量（2）：
光电编码器：
光电编码器由发光元件、聚光镜、漏光盘 、光栏板、光敏管等构成。灯泡发出的光 线经过聚焦后变成平行光束，当漏光盘上 的条纹与光栏板上的条纹重合时，光敏管 便接受一次光的信号并记数，由此可以测 试旋转速度。
测量与机器人作业有关的外部因素。通 常与机器人的目标识别、作业安全等因 素有关。
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三、典型内传感器
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1．规定位置检测的内传感器：
应用场合：
检测规定的位置，常用ON/OFF两个状态值。这 种方法用于检测机器人的起始原点、终点位置或 某个确定的位置。
典型元Hale Waihona Puke Baidu件：
给定位置检测常用的检测元件有微型开关、光电 开关等。规定的位移量或力作用在微型开关的可 动部分上，开关的电气触点断开（常闭）或接通 （常开）并向控制回路发出动作信号。
接近觉：
主要用于探测机器人自身与周围物体之间相对位置 或距离的传感器。接近觉界于触觉与视觉之间。
视觉：
孔、边、拐角的检测及工作对象形状的检测等。
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一、机器人需要的感觉能力（2）
压觉：
主要用于检测机器人与作业对象之间接 触面的法向压力值的大小。
滑觉：
主要用于检测物体因自重相对于机器人 手爪的滑移量的大小。
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光电编码器工作原理图：
1-光源 2-聚光镜 3-漏光盘 4-光敏管 5-光拦板
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光电编码器结构示意图：
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2．位置、角度测量（3）：
光电编码器用于测量直线位移：
1-比较器 2-放大器 3-电液伺服阀 4-光电编码 器 5-传动带 6-滑轮 7-活塞 8-钢索
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3．速度测量（1）：
介绍交流测速发电机的工作原理。 组成：
交流异步发电机由定子和转子组成。 定子上有两个绕组：一个作励磁用，用于产
生磁场，称为励磁绕组；另一个输出电压， 称为输出绕组。两个绕组的轴线互相垂直。 转子的结构可视为由无数并联的导体组成， 和鼠笼转子结构一样。
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3．速度测量（2）：
工作原理：
压觉传感器图例：
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3．滑觉传感器：
滑觉传感器有滚轮式和球式。物体在传 感器表面上滑动时，和滚轮或球相接触 ，把滑动变成转动。滑动物体引起滚轮 的转动，用磁铁和静止的磁头进行检测 。
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滑觉传感器图例：
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五、机器人的应用
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1、弧焊机器人（1）：
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1、弧焊机器人（2）：