工业机器人技术基础 课件 项目4：工业机器人感知系统-敏锐的五官

工业机器人技术基础项目四：工业机器人感知部分内部传感器外部传感器知识导入：三大部分6个子系统项目四：工业机器人感知部分内部传感器外部传感器知识导入：机器人类项目四：工业机器人感知部分内部传感器外部传感器知识导入：三大部分6个子系统项目四：工业机器人感知系统1.熟悉工业机器人内部传感器的结构、原理及应用特点；2.熟悉工业机器人外部传感器的结构、原理及应用特点；3.理解传感器的主要性能指标；知识点项目四：工业机器人感知部分内部传感器外部传感器1.什么是传感器？传感器是一种以一定精度测量出物体的物理、化学变化（如位移、力、加速度、温度等），并将这些变化变换成与之有确定对应关系的、易于精确处理和测量的某种电信号（如电压、电流和频率）的检测部件或装置，通常由敏感元件、转换元件、转换电路和辅助电源四部分组成。光敏二极管项目四：工业机器人感知部分内部传感器外部传感器2.生活中传感器应用案例？测温枪（红外探测传感器）电子称（压力传感器）声控灯（声音传感器）测温枪工作原理测温枪，学名是“红外线测温仪”或者“红外线辐射测温仪”。它的原理是：被动吸收目标的红外辐射能量，从而获得物体温度数值。你的身体无时无刻在向外辐射能量，而测温枪的作用，是接收你身体某区域的辐射能量。项目四：工业机器人感知部分内部传感器外部传感器2.生活中传感器应用案例？测温枪（红外探测传感器）电子称（压力传感器）声控灯（声音传感器）项目四：工业机器人感知部分内部传感器外部传感器3.工业机器人中传感器的分类与应用？内部传感器是以机器人本身的坐标轴来确定其位置，安装在机器人自身中，用来感知机器人自己的状态，采集机器人本体、关节和手爪的位移、速度、加速度等来自机器人内部的信息，以调整和控制机器人的行动。内部传感器通常有位置、加速度、速度及压力传感器等组成。项目四：工业机器人感知部分内部传感器外部传感器3.工业机器人中传感器的分类与应用？内部传感器是以机器人本身的坐标轴来确定其位置，安装在机器人自身中，用来感知机器人自己的状态，采集机器人本体、关节和手爪的位移、速度、加速度等来自机器人内部的信息，以调整和控制机器人的行动。内部传感器通常由位置、加速度、速度及压力传感器等组成。外部传感器用于机器人对周围环境、目标物的状态特征获取信息，使机器人和环境发生交互作用，采集机器人和外部环境以及工作对象之间相互作用的信息，从而使机器人对环境有自校正和自适应能力。项目四：工业机器人感知部分内部传感器外部传感器3.工业机器人中传感器的分类与应用？加速度传感器ATI六轴力矩传感器视觉传感器激光雷达项目四：工业机器人感知部分内部传感器外部传感器4.工业机器人中常见内部传感器？电位器式传感器电位器的工作原理：由电阻体与转动或滑动系统组成，即靠一个动触点在电阻体上移动，获得部分电压输出。作用：测直线位移和角位移项目四：工业机器人感知部分内部传感器外部传感器4.工业机器人中常见内部传感器？电位器式传感器作用：测直线位移和角位移优点：结构简单，体积小，质量轻，价格低廉，性能稳定，对环境条件要求不高，输出信号较大，一般不需放大，并易实现函数关系的转换；缺点：电阻元件与电刷间由于存在摩擦及分辨率有限，故其精度一般不高，动态响应较差，主要适合于测量变化较缓慢的量；应用特点项目四：工业机器人感知部分内部传感器外部传感器4.工业机器人中常见内部传感器？旋转变压器作用：测旋转角度和角速度旋转变压器（resolver/transformer）是一种电磁式传感器，又称同步分解器。它是一种测量角度用的小型交流电动机，由定子和转子组成，其输出电信号与转子转角成某种函数关系。原边副边项目四：工业机器人感知部分内部传感器外部传感器4.工业机器人中常见内部传感器？旋转变压器作用：测旋转角度和角速度优点：结构简单、动作灵敏、工作可靠、对环境条件要求低（特别是高温、高粉尘的地方）、输出信号幅度大和抗干扰能力强；缺点：信号处理比较复杂；应用特点项目四：工业机器人感知部分内部传感器外部传感器4.工业机器人中常见内部传感器？光电编码器作用：测直线位移或角位移，测速度编码器把角位移或直线位移转换成脉冲式电信号，采用光栅原理，用光电方法进行角位置检测，又可分为增量式和绝对式等类型。我们通常用的是增量型编码器，可将旋转编码器的输出脉冲信号直接输入给PLC，利用PLC的高速计数器对其脉冲信号进行计数，每输出一个脉冲对应一个位移量。项目四：工业机器人感知部分内部传感器外部传感器编码器在工业机器人中的应用：项目四：工业机器人感知部分内部传感器外部传感器编码器与旋转变压器的区别：1、编码器更精确采用的是脉冲计数；旋转变压器就不是脉冲计数，而是模拟量反馈。2、编码器多是方波输出的，旋转变压器是正余弦的，通过芯片解算出相位差。3、旋转变压器的转速比较高，可以达到上万转，编码器就没那么高了。4、旋转变压器的应用环境温度是-55℃到+155℃，编码器是-10℃到+70℃。

两者根本区别在于：数字信号和模拟正弦或余弦信号的的区别。项目四：工业机器人感知部分内部传感器外部传感器4.工业机器人中常见内部传感器？测速发电机作用：测速度测速发电机是一种用于检测机械转速的电磁装置，它把输入的机械转速变换为电压信号输出，并要求输出的电压与转速成正比，其实质是一个测量转速的微型发电机。直流测速发电机交流测速发电机项目四：工业机器人感知部分内部传感器外部传感器4.工业机器人中常见内部传感器？加速度传感器作用：测加速度工作原理：加速度传感器通常由质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和适调电路等部分组成。根据传感器敏感元件的不同，常见的加速度传感器包括电容式、电感式、应变式、压阻式、压电式等。项目四：工业机器人感知部分内部传感器外部传感器（1）压电加速度传感器——压电效应压电加速度传感器主要应用的是压电效应，压电效应是最流行的形式。主要使用加速力而受到的微观晶体结构，压力会在晶体中产生电压，加速度传感器将这个压力转换为速度和方向。项目四：工业机器人感知部分内部传感器外部传感器（2）电容式加速度传感器电容式加速度传感器是基于电容原理的极距变化型的电容传感器，其中一个电极是固定的，另一变化电极是弹性膜片。弹性膜片在外力（气压、液压等）作用下发生位移，使电容量发生变化。这种传感器可以测量气流（或液流）的振动速度（或加速度），还可以进一步测出压力。项目四：工业机器人感知部分内部传感器外部传感器3.工业机器人中传感器的分类与应用？视觉传感器激光雷达力觉传感器项目四：工业机器人感知部分内部传感器外部传感器5.工业机器人中常见外部传感器？视觉传感器

视觉传感器是通过摄像头或其他成像设备获取环境图像，并利用图像处理算法帮助机器人进行物体识别、路径规划、质量测量等任务。视觉传感器赋予机器人“视觉”能力，使其能够在不确定的环境中完成复杂任务。视觉传感器项目四：工业机器人感知部分内部传感器外部传感器5.工业机器人中常见外部传感器？由视觉传感器构成的视觉系统包括：将模拟信号转换为数字信号将光信号转换为电信号。执行图像处理算法，如边缘检测、特征提取等项目四：工业机器人感知部分内部传感器外部传感器视觉传感器在工业机器人中的应用案例：1.定位与导航机器视觉系统可以帮助机器人识别自身位置和周围环境，进行路径规划和导航，如：AGV（自动导引车）利用地面标志或环境特征，实现自主导航和避障。项目四：工业机器人感知部分内部传感器外部传感器视觉传感器在工业机器人中的应用案例：2.目标识别和抓取机器人通过机器视觉识别目标物体的位置、形状和姿态，指导机械手进行精确抓取。如：装配线上，机器人识别散乱放置的零件，进行自动抓取和装配，项目四：工业机器人感知部分内部传感器外部传感器视觉传感器在工业机器人中的应用案例：3.质量检测机器视觉可以实现对产品的外观、尺寸、缺陷等进行自动检测，提高质量控制水平。如：电子元件的焊点检测、瓶盖密封性检测等，下图为瓶盖外观缺陷检测应用。项目四：工业机器人感知部分内部传感器外部传感器视觉传感器在工业机器人中的应用案例：4.焊接和涂胶引导机器视觉用于引导机器人完成焊接、涂胶等高精度作业，实时调整路径和参数。如：汽车制造中，机器人根据视觉识别进行精确涂胶，基于视觉涂胶视觉识别焊缝并自动焊接项目四：工业机器人感知部分内部传感器外部传感器5.工业机器人中常见外部传感器？二维视觉传感器应用：二维视觉基本上就是一个可以执行多种任务的摄像头。从检测运动物体到传输带上的零件定位等等。二维视觉在市场上已经出现了很长一段时间，并且占据了一定的份额。许多智能相机都可以检测零件并协助机器人确定零件的位置，机器人就可以根据接收到的信息适当调整其动作。项目四：工业机器人感知部分内部传感器外部传感器5.工业机器人中常见外部传感器？三维视觉传感器应用：与二维视觉相比，三维视觉是最近才出现的一种技术。三维视觉系统必须具备两个不同角度的摄像机或使用激光扫描器。通过这种方式检测对象的第三维度。同样，现在也有许多的应用使用了三维视觉技术。例如零件取放，利用三维视觉技术检测物体并创建三维图像，分析并选择最好的拾取方式。项目四：工业机器人感知部分内部传感器外部传感器5.工业机器人中常见外部传感器？触觉传感器触觉传感器模拟人类的触觉，通过感知压力、振动和接触信息，为机器人提供反馈。这类传感器常用于需要柔性操作的场景，如抓取易碎物体或进行精密装配。仿人机械手柔性抓取草莓项目四：工业机器人感知部分内部传感器外部传感器5.工业机器人中常见外部传感器？触觉传感器常用的触觉传感器有压电式和电容式触觉传感器。压电式触觉传感器：用于机械手指或末端执行器，感知接触力和触觉反馈。电容式触觉传感器：通过检测电容变化，感知接触情况，适合柔性机器人末端的触觉反馈。项目四：工业机器人感知部分内部传感器外部传感器5.工业机器人中常见外部传感器？光纤传感器：是一种将被测对象的状态转变为可测的光信号的传感器。作用：测形状、颜色、温度等原理：是将光源入射的光束经由光纤送入调制器，在调制器内与外界被测参数的相互作用，使光的光学性质如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等发生变化，成为被调制的光信号，再经过光纤送入光电器件、经解调器后获得被测参数。光纤传感器有对射型，反射型和回归反射型。光源项目四：工业机器人感知部分内部传感器外部传感器5.工业机器人中常见外部传感器？光电传感器：是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路接通电路，从而检测物体的有无，适用于长距离物体检测。有对射型、反射型和区域型。反射型光电传感器对射型光电传感器光纤传感器与光电传感器对比总结：光电传感器光纤传感器材料组成原理分类测量限制应用场景限制测量距离价格项目四：工业机器人感知部分内部传感器外部传感器5.工业机器人中常见外部传感器？磁性开关：磁性开关中的干簧管又叫磁控管是利用磁场信号来控制的一种开关元件。作用：检测机械运动或电路的状态原理：磁性开关不处在工作状态时，玻璃管中的两个簧片是不接触的。如果有磁性物质接近玻璃管时，在磁场的作用下，两个簧片会被磁化而相互吸合在一起，从而使电路接通。当磁性物质消失后，没有外磁力的影响，两个簧片又会因为自身所具有的弹性而分开，断开电路。项目四：工业机器人感知部分内部传感器外部传感器6.工业机器人用传感器的主要性能指标？性能指标

性能指标是表征传感器性能优劣的客观依据，看懂技术指标有助于正确选型和使用该产品。灵敏度响应时间精度测量范围重复性抗干扰能力分辨力线性度项目四：工业机器人感知部分内部传感器外部传感器6.工业机器人用传感器的主要性能指标？性能指标（1）分辨力定义：当传感器的输入从非零值缓慢增加时，在超过某一增量后输出发生可观测的变化，这个输入增量称传感器的分辨力，即最小输入增量。表征了传感器对被测量的分辨能力！项目四：工业机器人感知部分内部传感器外部传感器6.工业机器人用传感器的主要性能指标？性能指标（2）灵敏度定义：是传感器静态特性的一个重要指标。其定义为输出量的增量与引起该增量的相应输入量增量之比。用S表示灵敏度。

项目四：工业机器人感知部分内部传感器外部传感器6.工业机器人用传感器的主要性能指标？性能指标（3）线性度定义：指传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离拟合直线的程度。定义为在全量程范围内实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差值与满量程输出值之比。项目四：工业机器人感知部分内部传感器外部传感器6.工业机器人用传感器的主