外部传感器
1.概述
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CONTROL ENGINEERING China版权所有,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控制工程网版权所有,将在许多领域为人类做出更大贡献。
2.外部传感器按功能分类
(1)触觉传感器 触觉是接触、冲击、压迫等机械刺激感觉的综合,触觉可以用来进行机器人抓取,利用触觉可进一步感知物体的形状、软硬等物理性质。对机器人触觉的研究,只能集中于扩展机器人能力所必需的触觉功能,一般把检测感知和外部直接接触而产生的接触觉、压力、触觉及接近觉的传感器称为机器人触觉传感器。
1)接触觉:接触觉是通过与对象物体彼此
① 机械式传感器:利用触点的接触断开获取信息,通常采用微动开关来识别(物体的二维轮廓,由于结构关系无法高密度列阵。
② 弹性式传感器:这类传感器都由弹性元件、导电触点和绝缘体构成。如采用导电性石墨化碳纤维、氨基甲酸乙酯泡沫、印制电路板和金属触点构成的传感器,碳纤维被压后与金属触点接触,开关导通。也可由弹性海绵、导电橡胶和金属触点构成,导电橡胶受压后,海绵变形,导电橡胶和金属触点接触,开关导通。也可由金属和铰青铜构成,被绝缘体覆盖的青铜箔片被压后与金属接触,触点闭合。
③ 光纤传感器:这种传感器包括由一束光纤构成的光缆和一个可变形的反射表面。光通过光纤束投射到可变形的反射材料上,反射光按相反方向通过光纤束返回。如果反射表面是平的,则通过每条光纤所返回的光的强度是相同的。如果反射表面因与物体接触受力而变形,则反射的光强度不同。用高速光扫描技术进行处理,即可得到反射表面的受力情况。
2)接近觉:接近觉是一种粗略的距离感觉,接近觉传感器的主要作用是在接触对象之前获得必要的信息,用来探测在一定距离范围内是否有物体接近、物体的接近距离和对象的表面形状及倾斜等状态,一般用“1”和“0”两种态表示。在机器人中,主要用于对物体的抓取和躲避。接近觉一般用非接触式测量元件,如霍尔效应传感器、电磁式接近开关和光学接近传感器。
以光学接近传感器为例,其结构如下图1所示。由发光二极管和光敏晶体管组成。发光二极管发出的光经过反射被光敏晶体管接收,接收到的光强和传感器与目标的距离有关,输出信号Uout是距离x的函数: Uout=f(x)。红外信号被调制成某一特定频率,可大大提高信噪比。
3)滑觉:机器人在抓取不知属性的物体时,其自身应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,考虑最可靠的夹持方法,实现此功能的传感器称为滑觉传感器。
滑觉传感器有滚动式和球式,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CONTROL ENGINEERING China版权所有,把滑动变成转动。
磁力式滑觉传感器中,滑动物体引起滚轮滚动,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。球式传感器用球代替滚轮,可以检测各个方向的滑动控制工程网版权所有,振动式滑觉传感器表面伸出的触针能和物体接触,物体滚动时,触针与物体接触而产生振动CONTROL ENGINEERING China版权所有,这个振动由压点传感器或磁场线圈结构的微小位移计检测。滚轮式滑觉传感器如图2所示。
(2)力觉传