(51)-第6章IR感觉系统机器人通用技术

第6章机器人感觉系统1、工业机器人传感器的分类、性能参数与选用；2、工业机器人机械手在作业空间的位置如计算原理；3、工业机器人位置传感器-----光电编码器的工作原理与选用、信号串行输出方式、常见故障排除；4、工业机器人本体为何要使用电池？电池的更换、维护与维修；5、视觉传感器、六维力觉传感器的工作原理及应用；6、工业机器人周边设备常用传感器及其故障排查。主要内容人类是如何接收外界信息的？视觉听觉嗅觉昧觉触觉五官机器人的传感器相当于人五官的部分机能，是今后左右机器人发展的重要技术之一。6.1概述6.1.1传感器的定义传感器是利用物体的物理、化学变化，并将其变化变换成电信号（电压、电流和频率）的装置。

传感器组成机器人自动操作时，需要检测其自身的状态和作业对象与作业环境的状态。

内部信息传感器：检测自身的状态

外部信息传感器：检测作业对象与作业环境的状态6.1.2传感器分类传感器的分类1.灵敏度：输出信号的变化与输入信号变化的比值6.1.3传感器的性能指标大多数情况下b是x的函数2.线性度：输出信号的变化与输入信号变化的比值是否保持常数常用的线性化方法：最小二乘法、最小误差法等3.测量范围：被测量的最大允许值与最小允许值之差。4.精度：测量输出值与实际被测量值之间的误差。5.重复性：按某一方向全程连续多次测量时，其相应测试结果的变化程度。6.分辨率：在整个测量范围内所能辨别的被测量的最小变化值。7.响应时间：输入信号变化后，输出信号变化到一个稳定值所需的时间（动态性能指标）。8．抗干扰能力典型的位移传感器是电位计工作原理?输出信号e的变化范围？6.2位置和位移传感器输出信号e的变化范围？直线位移传感器（俗称电子尺，电阻尺），量程75-1000mm,

重复精度0.013mm，寿命一亿次，分辨率无穷小。适用于汽车，工程机械，宇宙装置、导弹、飞机雷达天线的伺服系统以及注塑机，木工机械，印刷机，机器人，工程监测，电脑控制运动器械等需要精确测量位移的场合。标准阻值5K，10K寿命：200万次电气角度：340°输出平滑性：0.1%分辨率：无穷小功率：1WATT机械转角：360°使用环境温度：-55°—+125°旋转式电位计6.2.2光电编码器/Encoder光电编码器是集光、机、电技术于一体的数字化传感器，可以高精度测量转角或直线位移。利用光电转换原理将轴角信息转换为电信息量，并以数字代码输出。两大类旋转编码器：用于测量转角、转速。直尺型编码器：用于测量直线位移、运动速度。旋转编码器绝对式编码器/absoluteencoder增量式编码器/increasingencoder绝对式编码器是一种旋转式检测装置，可直接把被测转角用数字代码表示出来，且每一个角度位置均有其对应的测量代码，它能表示绝对位置，没有累积误差，电源切除后，位置信息不丢失，仍能读出转动角度。

光电式接触式电磁式绝对式编码器分类1.绝对式编码器多路光源光敏元件编码盘以光电式四位绝对编码器为例来说明其工作原理。组成：0101111001100111100010011010101111001101111100000001001000110100编码盘的结构：码盘上有许多同心圆环（码道n），整个圆盘又分为若干个()等分的扇形区段。按二进制编码在码盘上刻上若干圈透明和不透明的区域。对应每圈都有光电传感器。工作原理：光线通过码盘的透明区域，使光敏元件导通，产生低电平，代表二进制的“0”；不透明区域代表二进制的“1”。最外圈代表最低位、最内圈代表最高位。

每组二进制编码对应一个确定的角度。23222120根据检测信号的二进制码的输出，故可测得被测轴的周向绝对位置。设n=10，分辨率α=0.36o绝对式码盘的规格及分辨率规格绝对式码盘的规格与码盘码道数n有关；现在市场上提供从4道到18道

都有；选择：①伺服系统要求的分辨率；②考虑机械传动系统的参数。分辨率（分辨角）α设绝对式码盘的规格n道：

运用钟表齿轮机械的原理，当中心码盘旋转时，通过齿轮传动另一组码盘（或多组齿轮，多组码盘），在单圈编码的基础上再增加圈数的编码，以扩大编码器的测量范围，这样的绝对编码器就称为多圈式绝对编码器。多圈绝对式编码器----机械绝对计圈多圈的圈数为12位（3组齿轮，每组4位），也就是说最大4096圈可以被识别。Features1.当掉电时，绝对型编码器的位置不会丢失，一旦电源接通，它即可读出现时准确的位置信号。同样，在经过一阵干扰后，可通过复读重新获得准确的位置信号。因此，绝对型编码器与增量型编码器相比，不存在掉电信号丢失问题，抗干扰能力强，可用于长期的定位控制。

2.绝对型编码器读出的信号可以是格雷码等数字信号，其错码几率较小，对于后部二次仪表的运算，因是数字量计算，不易增加其误差，因此，其传输及计算的数据的可靠性高。3.结构复杂、价格高（4-5倍）。

绝对型多转编码器因其精度高量程大，不怕干扰掉电，在被广泛应用于如水利、冶金、化工、造纸、矿山、港口机械等各行业。2.增量式编码器光源：A相、B相、C相（Z）沿码盘的径向均匀刻上透明和不透明的狭缝。组成：多路光源、光敏元件、码盘。其旋转方向的判别和脉冲数量的增减需借助后部的判向电路和计数器来实现。每转过一个单位，编码器就输出一个脉冲，故称之为增量式。A相、B相的相位角相差90度。可判别旋转方向：A相脉冲上升时，B相为低电平，设为正转；B相脉冲上升时，A相为低电平，则设为反转。转向如何判别？增量编码器的A/B输出的波形一般有两种：陡直上升沿和陡直下降沿的方波信号；缓慢上升与下降，波形类似正弦曲线的sin/cos曲线波形信号输出，A与B相差1/4T周期90度相位，如果A是类正弦sin曲线，那B就是类余弦cos曲线。严格地讲，方波最高只能做4倍频。更高的分频要用增量脉冲信号是sin/cos类正余弦的信号来做，后续电路可通过读取波形相位的变化，用模数转换电路来细分，5倍、10倍、20倍，甚至100倍以上，分好后再以方波波形输出（PPR）。增量式码盘的规格及分辨率规格增量式码盘的规格是指码盘每转一圈发出的脉冲数；现在市场上提供的规格从36线/转到10万线

/转都有；选择：①伺服系统要求的分辨率；②考虑机械传动系统的参数。分辨率（分辨角）α设增量式码盘的规格为n线/转：PPR,也就是每转脉冲数

采用倍频电路提高分辨率由电池记忆而成为“绝对值”的，而并非每个位置有一一对应的代码表示，因此也称为伪绝对值编码器。

如何解决增量式编码器断电不能记忆问题？答案：增加后备电池----伪绝对值编码器FANUC的β128iA为分辨率为131072（17位）ppr的绝对值编码器，而在大约直径40mm的玻璃盘上刻划131072个逻辑码道是不可想象的。通过拆装β128iA编码器，发现其码盘属增量式，且原始物理刻线是2048线（2的11次方，11位），分辨率并不很高。原来，FANUC的增量值编码器内部先通过16倍（4位）电子细分，得到15位PPR,再次4倍频(2位)，得到了17位(Bit)的分辨率。

例如：在机器人系统中，上电后或复位后做回零搜索运动是不允许的，那么绝对值编码器就是必须的。只有RD、*RD两根信号线。编码器与串测量板(SMB)连接，通过SMB与控制柜计算机系统通信，检测机器人的位置信息。串行输出方式

机器人本体上的电池用来保存每根轴编码器的数据，因此电池需要每年都更换。本体电池的更换另：机器人在正常工作中，不消耗电池。所以机器人长期不用时，电池容易耗尽。两组电池，每组两节安川机器人本体电池

电压下降报警（SRVO-065BLALalarm(Group:%dAxis:%d)出现时，允许用户更换电池。

若不及时更换，则会出现报警（SRVO-062BZALalarm(Group:%dAxis:%d)，此时机