傳感器在機器人中的應用研究

韓同慶 金亞玲* 沈陽工學院

引言：噴涂機器人又叫噴漆機器，如圖1.1是可進行自動噴漆或噴涂其他涂料的工業機器人。噴漆機器人主要由機器人本體、計算機和相應的控制系統組成，機體多采用5或6自由度關節式結構，手臂有較大的運動空間，并可做復雜的軌跡運動，其腕部一般有2～3個自由度，可靈活運動，完成各種復雜的噴涂工作。噴漆機器人一般采用液壓驅動，具有動作速度快、防爆性能好等特點。

圖1.1 自動噴漆工業機器人

1 機器人內部傳感器

1.1 位移傳感器

按照位移的特征，可分為線位移和角位移。線位移是指機構沿著某一條直線運動的距離，角位移是指機構沿某一定點轉動的角度。

1.2 加速度傳感器

電動式速度傳感器的結構它由軛鐵。在線圈中便可產生與線圈速度成正比的感應電壓，通過測量電路測得其電壓的大小，便可得出速度的大小。

1.3 壓電式加速度傳感器

它也稱為壓電式加速度計，他是利用壓電效應制成的一種加速度傳感器。常見的結構形式有基于壓電元件厚度變形的壓縮式加速度傳感器、基于壓電元件剪切變形的剪切式和復合型加速度傳感器。

2 機器人外部傳感器

2.1 力或力矩傳感器

機器人在工作時，需要有合理的握力，握力太小或太大都不合適。力或力矩傳感器的種類很多，有電阻應變片式、壓電式、電容式、電感式以及各種外力傳感器。然后通過各自的敏感介質把位移量或變形量轉換成能夠輸出的電量。機器人常用的力傳感器分以下三類：

1) 裝在關節驅動器上的力傳感器，稱為關節傳感器。它測量驅動器本身的輸出力和力矩。用于控制中力的反饋。2) 裝在末端執行器和機器人最有一個關節之間的力傳感器，稱為腕力傳感器。它直接測出作用在末端執行器上的力和力矩。3) 裝在機器人手爪指（關節）上的力傳感器，稱為指力傳感器，它用來測量夾持物體時的受力情況。

2.2 觸覺傳感器

人的觸覺包括接觸覺、壓覺、力覺、冷熱覺、滑動覺、痛覺等。在機器人中，使用觸覺傳感器主要有三方面的作用：1) 使操作動作使用，如感知手指同對象物之間的作用力，便可判定動作是否適當，還可以用這種力作為反饋信號，通過調整，使給定的作業程序實現靈活的動作控制。這一作用是視覺無法代替的。2) 識別操作對象的屬性，如規格、質量、硬度等，有時可以代替視覺進行一定程度的形狀識別，在視覺無法使用的場合尤為重要。3) 用以躲避危險、障礙物等以防事故，相當于人的痛覺。

2.3 接近覺傳感器

接近覺是指機器人能感覺到距離幾毫米到十幾厘米遠的對象物或障礙物，能檢測出物體的距離、相對傾角或對象物表面的性質。這就是非接觸式感覺。

2.4 滑覺傳感器

機器人要抓住屬性未知的物體時，必須確定自己最適當的握力目標值，因此需檢測出握力不夠時所產生的物體滑動。利用這一信號，在不損壞物體的情況下，牢牢抓住物體。為此目地設計的滑動檢測器，叫做滑覺傳感器。

2.5 視覺傳感器

每個人都能體會到，眼睛對人來說多么重要。人工視覺系統可以分為圖像輸入（獲取）、圖像處理、圖像理解、圖像存儲和圖像輸出幾個部分，實際系統可以根據需要選擇其中的若干部件。

2.6 聽覺傳感器

智能機器人在為人類服務的時候，需要能聽懂主人的吩咐，需要給機器人安裝耳朵，首先分析人耳的構造。聲音是由不同頻率的機械振動波組成，外界聲音使外耳鼓產生振動，中耳將這種振動放大、壓縮和限幅、并抑制噪聲。長度不同的纖維能聽到不同頻率的聲音，因此內耳相當于一個聲音分析器。智能機器人的耳朵首先要具有接受聲音信號的器官，其次還需要語音識別系統。在機器人中常用的聲音傳感器主要有動圈式傳感器和光纖聲傳感器。

2.7 味覺傳感器

在人類的味覺系統中，舌頭表面味蕾上的味覺細胞的生物膜可以感受味覺。味覺物質被轉換為電信號，經神經纖維傳至大腦。味覺傳感器與傳統的、只檢測某種特殊的化學物質的化學傳感器不同。目前某些傳感器可以實現對味覺的敏感，如PH計可以用于酸度檢測、導電計可用于堿度檢測、比重計或屈光度計可用于甜度檢測等。

結論：由于噴漆機器人相對人工噴漆來說效率高、效果好、利用率高等優點。因此被廣泛用于汽車、儀表、電器、搪瓷等工藝生產部門。