工业机器人技术郭洪红第章

第4章工业机器人的环境感觉技术4.1工业机器人的视觉

4.2工业机器人的触觉

4.3工业机器人的位置及位移

4.4多感觉智能机器人

习题

4.1工业机器人的视觉4.1.1视觉系统的硬件组成视觉系统可以分为图像输入(获取)、图像处理、图像理解、图像存储和图像输出几个部分(见图4.1)。

实际系统可以根据需要选择其中的若干部件。

图4.1视觉系统的硬件组成

1.视觉传感器视觉传感器是将景物的光信号转换成电信号的器件。大多数机器人视觉都不必通过胶卷等媒介物,而是直接把景物摄入。过去经常使用光导摄像等电视摄像机作为机器人的视觉传感器,近年来开发了CCD(电荷耦合器件)和MOS(金属氧化物半导体)器件等组成的固体视觉传感器。固体传感器又可以分为一维线性传感器和二维线性传感器,目前二维线性传感器已经能做到四千个像素以上。由于固体视觉传感器具有体积小、重量轻等优点,因此应用日趋广泛。

由视觉传感器得到的电信号,经过A／D转换成数字信号,称为数字图像。一般地,一个画面可以分成256×256像素、512×512像素或1024×1024像素,像素的灰度可以用4位或8位二进制数来表示。一般情况下,这么大的信息量对机器人系统来说是足够的。要求比较高的场合,还可以通过彩色摄像系统或在黑白摄像管前面加上红、绿、蓝等滤光器得到颜色信息和较好的反差。如果能在传感器的信息中加入景物各点与摄像管之间的距离信息,显然是很有用的。每个像素都含有距离信息的图像,称之为距离图像。目前,有人正在研究获得距离信息的各种办法,但至今还没有一种简单实用的装置。

2.摄像机和光源控制机器人的视觉系统直接把景物转化成图像输入信号,因此取景部分应当能根据具体情况自动调节光圈的焦点,以便得到一张容易处理的图像。为此应能调节以下几个参量:(1)焦点能自动对准要看的物体。(2)根据光线强弱自动调节光圈。(3)自动转动摄像机,使被摄物体位于视野中央。(4)根据目标物体的颜色选择滤光器。此外,还应当调节光源的方向和强度,使目标物体能够看得更清楚。

3.计算机由视觉传感器得到的图像信息要由计算机存储和处理,根据各种目的输出处理后的结果。20世纪80年代以前,由于微计算机的内存量小,内存的价格高,因此往往另加一个图像存储器来储存图像数据。现在,除了某些大规模视觉系统之外,一般都使用微计算机或小型机。除了通过显示器显示图形之外,还可以用打印机或绘图仪输出图像，且使用转换精度为8位A/D转换器就可以了。但由于数据量大,要求转换速度快,目前已在使用100MB以上的8位A／D转换芯片。

4.图像处理机一般计算机都是串行运算的,要处理二维图像很费时间。在要求较高的场合,可以设置一种专用的图像处理机,以便缩短计算时间。图像处理只是对图像数据做了一些简单、重复的预处理,数据进入计算机后,还要进行各种运算。

4.1.2机器人视觉的应用1.弧焊过程中焊枪对焊缝的自动对中图4.2所示为具有视觉焊缝对中的弧焊机器人的系统结构。图像传感器直接安装在机器人末端执行器。焊接过程中,图像传感器对焊缝进行扫描检测,获得焊前区焊缝的截面参数曲线，计算机根据该截面参数计算出末端执行器相对焊缝中心线的偏移量Δ,然后发出位移修正指令,调整末端执行器直到偏移量Δ=0为止。瑞典ASEA公司研制的Opotocator弧焊用视觉系统,安装在距工件175mm高度,视野宽度32mm,分辨率0.06mm;安装在IRL6／2弧焊机器人上能达到对中精度为0.40mm。这种传感器还可测量出钢板厚度,能自动调节弧焊电流,从而保证焊接质量,并使厚度为0.80mm的薄钢板焊接成为可能。弧焊机器人装上视觉系统后给编程带来了方便,编程时只需严格按图样进行。在焊接过程中产生的焊缝变形、装卡及传动系统的误差均可由视觉系统自动检测并加以补偿。

图4.2具有视觉焊缝对中的弧焊机器人的系统结构

图4.3实现机器人弧弧焊工作焊缝缝的自动跟踪踪原理图2.装配作作业中的应用用图4.4所示示为一个吸尘尘器自动装配配实验系统,由2台关关节机器人和和7台图像传传感器组成。。组装的吸尘尘器部件包括括底盘、气泵泵和过滤器等等,都自由由堆放在右侧侧备料区,该该区上方装设设三台图像传传感器(α、β、γ),用以分分辨物料的种种类和方位。。机器人的前前部为装配区区,这里有4台图像传感感器A、B、、C和D,用用来对装配配过程进行监监控。使用这这套系统装配配一台吸尘器器只需2分钟钟。图4.4吸尘器自动装装配实验系统统3.机器人人非接触式检检测在机器人腕部部配置视觉传传感器,可用用于对异形零零件进行非接接触式测量,如图4.5所示。这这种测量方法法除了能完成成常规的空间间几何形状、、形体相对位位置的检测外外,如配上超超声、激光、、x射线探测装置置,则还可进行零零件内部的缺缺陷探伤、表面涂层厚度度测量等作业业。图4.5具有视觉系统统的机器人进进行非接触式式测量4.利用视视觉的自主机机器人系统日本日立中央央研究所研制制的具有自主主控制功能的的智能机器人人,可以用用来完成按图图装配产品的的作业,图4.6所示为为其工作示意意图。它的两两个视觉传感感器作为机器器人的眼睛,一个用于观观察装配图纸纸，并通过计计算机来理解解图中零件的的立体形状及及装配关系;另一个用用于从实际工工作环境中识识别出装配所所需的零件,并对其形状状、位置、姿姿态等进行识识别。此外,多关节机器器人还带有触触觉。利用用这些传感器器信息,可以以确定装配顺顺序和装配方方法,逐步步将零件装成成与图纸相符符的产品。图4.6日立自主控制制机器人工作作示意图从功能上看,这种机器人人具有图形识识别功能和决决策规划功能能,前者可可以识别一定定的目标(如如宏指令)、、装配图纸、、多面体等;后者可以以确定操作序序列,包括括装配顺序、、手部轨迹、、抓取位置等等。这样,只只要对机器人人发出类似于于人的表达形形式的宏指令令,机器人人则会自动考考虑执行这些些指令的具体体工作细节。。该机器人已已成功地进行行了印刷板检检查和晶体管管、电动机等等装配工作。。4.2工业机器人的的触觉为使机器人准准确地完成工工作,需时刻刻检测机器人人与对象物体体的配合关系系。机器人人触觉可分成成接触觉、接接近觉、压觉觉、滑觉和力力觉五种,如如图4.7所示。触头头可装配在机机器人的手指指上,用来判断工作作中各种状况况。图4.7机器人触觉机机器人的接接触觉1.接触觉觉传感器图4.8所示示的接触觉传传感器由微动动开关组成,根据用途途不同配置也也不同,一一般用于探测测物体位置、、探索路径和和安全保护。。这类配置属属于分散装置置,即把单个个传感器安装装在机械手的的敏感位置上上。图4.8接接触觉传感感器(a)点式;(b)棒式;(c)缓冲器式;(d)平板式;(e)环式图4.9所示示为二维矩阵阵接触觉传感感器的配置方方法,一般般放在机器人人手掌的内侧侧。图中柔软软导体可以使使用导电橡胶胶、浸含导电电涂料的氨基基甲酸乙酯泡泡沫或炭素纤纤维等材料。。阵列式接触触觉传感器可可用于测定自自身与物体的的接触位置、、被握物体中中心位置和倾倾斜度,甚甚至还可以识识别物体的大大小和形状。。图4.9矩阵式接触觉觉传感器2.接触觉觉应用图4.10(a)所示为为一个具有接接触觉识别功功能的机器人人,共有四个个自由度(两两个移动和两两个转动),由一台微微机控制,各各轴运动是由由直流电机闭闭环驱动。手手部装有压电电橡胶接触觉觉传感器,识别软件具有有搜索和识别别的功能。图4.10具有接触搜索索识别功能的的机器(1)搜索索过程。机器器人有一扇形形截面柱状操操作空间,手手爪在高度度方向进行分分层搜索,对对每一层可可根据预先给给定的程序沿沿一定轨迹进进行搜索。搜搜索过程中,假定在①位位置遇到障碍碍物,则手手爪上的接触触觉传感器就就会发出停止止前进的指令令,使手臂臂向后缩回一一段距离到达达②位置。如如果已经避开开了障碍物,则再前进进至③,又又伸出到④,再运动到到⑤处与障碍碍物再次相碰碰。根据①、、⑤的位置置计算机就能能判断被搜索索物体的位置置。再按⑥、、⑦的顺序序接近就能对对搜索的目标标物进行抓取取,如图4.10(b)所示。(2)识别别功能。图4.11是一一个配置在手手上的由3××4个触觉元元件组成的表表面阵列触觉觉传感器,识识别对象为一一长方体。假假定手与搜索索对象的已知知接触目标模模式为x*,手的每一一步搜索得到到的接触信息息构成了接触触模式xi,机器人根据据每一步搜索索的接触模式式x1、x2、x3…不断计算、、估计、调整整手的位姿,直到目标标模式与接触触模式相符合合为止。图4.11用接触觉阵列列传感器引导导随机搜索每一步搜索过过程由三部分分组成:①接触觉信信息的获取、、量化和对对象表面形心心位置的估算算;②对象边缘缘特征的提取取和姿势估算算;③运动计算算及执行运动动。要判定搜索结结果是否满足足形心对中、、姿势符合要要求,则还可可设置一个目目标函数,要要求目标函函数在某一尺尺度下最优,用这样的方法法可判定对象象的存在和位位姿情况。机机器人的接接近觉接近觉是指机机器人能感觉觉到距离几毫毫米到十几厘厘米远的对象象物或障碍物物,能检测测出物体的距距离、相对倾倾角或对象物物表面的性质质。这是非接接触式感觉。。接近觉传感器器可分为6种种:电磁式式(感应电流流式)、光电电式(反射或或透射式)、、静电容式、、气压式、超超声波式和红红外线式,如如图4.12所示。图4.12接近觉传传感器电磁式传感器器在一个线圈圈中通入高频频电流,就就会产生磁场场,这个磁磁场接近金属属物时,会会在金属物中中产生感应电电流,也就就是涡流。涡涡流大小随随对象物体表表面和线圈距距离的大小而而变化,这这个变化反过过来又影响线线圈内磁场强强度。磁场强强度可用另一一组线圈检测测出来,也也可以根据激激磁线圈本身身电感的变化化或激励电流流的变化来检检测。图4.13是它它的原理图。。这种传感感器的精度比比较高,而而且可以在高高温下使用。。由于工业机机器人的工作作对象大多是是金属部件,因此电磁磁式接近觉传传感器应用较较广,在焊焊接机器人中中可用它来探探测焊缝。图4.13电磁式接接近觉传感原原理图光反射式接近近觉传感器由由于光的反射射量受到对象象物体的颜色色、粗糙度度和表面倾角角的影响,精精度较差,应用范围围小。静电容式接近近觉传感器是是根据传感器器表面与对象象物体表面所所形成的电容容随距离变化化的原理制成成的。将这个个电容串接在在电桥中,或或者把它当当作RC振荡荡器中的元件件,都可以以检测距离。。气压式接近觉觉传感器的原原理如图4.14所示,由一根细细的喷嘴喷出出气流。如如果喷嘴靠近近物体,则则内部压力会会发生变化,这一变化化可用压力计计测量出来。。图中曲线线表示在气压压P的情况下,压压力计的压压力与距离d之间的关系。。它可用于检检测非金属物物体,尤其其适用于测量量微小间隙。。图4.14气压式接接近觉传感原原理图机机器人的压压觉图4.15所所示为阵列式式压觉传感器器。图(a)由条状的导导电橡胶排成成网状,每每个棒上附上上一层导体引引出,送给扫扫描电路;图图(b)则则由单向导电电橡胶和印制制电路板组成成,电路板板上附有条状状金属箔,两两块板上的的金属条方向向互相垂直;图(c)为与阵列式式传感器相配配的阵列式扫扫描电路。图4.15阵列式压压觉传感器(a)网状状排列的导电电橡胶；(b)单向向导电橡胶和和印刷电路板板；(c)阵列式扫扫描电路比较高级的压压觉传感器是是在阵列式触触点上附一层层导电橡胶,并在基板板上装有集成成电路,压压力的变化使使各接点间的的电阻发生变变化,信号号经过集成电电路处理后送送出,如图图4.16所所示。图4.16高级分布布式压觉传感感器图4.17所所示为变形检检测器,用用压力使橡胶胶变形,可可用普通橡胶胶作传感器面面,用光学学和电磁学等等手段检测其其变形量。和和直接检测压压力的方法相相比,这种种方法可称为为间接检测法法。图4.17变形检测测器机机器人的滑滑觉机器人的握力力应满足物体体既不产生滑滑动而握力又又为最小临界界握力。如如果能在刚开开始滑动之后后便立即检测测出物体和手手指间产生的的相对位移,且增加握握力就能使滑滑动迅速停止止,那么该该物体就可用用最小的临界界握力抓住。。检测滑动的方方法有以下几几种:(1)根据据滑动时产生生的振动检测测,如图4.18(a)所示。(2)把滑滑动的位移变变成转动,检检测其角位位移,如图图4.18(b)所示。。(3)根据据滑动时手指指与对象物体体间动静摩擦擦力来检测,如图4.18(c)所示。(4)根据据手指压力分分布的改变来来检测,如如图4.18(d)所示示。图4.18滑动引起起的物理现象象(a)振动动；(b)转动；(c)剪剪动力;(d)移位位图4.19所所示是一种测测振式滑觉传传感器。传感感器尖端用一一个Φ＝0.05mm的钢球球接触被握物物体,振动动通过杠杆传传向磁铁,磁磁铁的振动动在线圈中感感应交变电流流并输出。在在传感器中设设有橡胶阻尼尼圈和油阻尼尼器。滑动信信号能清楚地地从噪声中被被分离出来。。但其检测测头需直接与与对象物接触触,在握持持类似于圆柱柱体的对象物物时,就必必须准确选择择握持位置,否则就不不能起到检测测滑觉的作用用;而且其其接触为点接接触,可能能因造成接触触压力过大而而损坏对象表表面。图4.19测振式滑滑觉传感器图4.20所所示的柱型滚滚轮式滑觉传传感器比较实实用。小型滚滚轮安装在机机器人手指上上,其表面面稍突出手指指表面,使使物体的滑动动变成转动。。滚轮表面面贴有高摩擦擦因数的弹性性物质,一一般用橡胶薄薄膜。用板板型弹簧将滚滚轮固定,可可以使滚轮轮与物体紧密密接触,并并使滚轮不产产生纵向位移移。滚轮内部部装有发光二二极管和光电电三极管,通通过圆盘形形光栅把光信信号转变为脉脉冲信号。图4.20柱型滚轮轮式滑觉传感感器(a)机器器人夹持器；；(b)传传感器滚轮式传感器器只能检测一一个方向的滑滑动。图4.21所示为为南斯拉夫贝贝尔格莱德大大学研制的机机器人专用滑滑觉传感器。。它由一个金金属球和触针针组成,金金属球表面分分成许多个相相间排列的导导电和绝缘小小格。触针针头很细,每每次只能触触及一格。当当工件滑动时时,金属球球也随之转动动,在触针针上输出脉冲冲信号。脉冲冲信号的频率率反映了滑移移速度,脉脉冲信号的个个数对应滑移移的距离。接接触器触头面面积小于球面面上露出的导导体面积,它它不仅可做做得很小,而而且提高了了检测灵敏度度。球与被被握物体相接接触,无论论滑动方向如如何,只要要球一转动,传感器就就会产生脉冲冲输出。该球球体在冲击力力作用下不转转动,因此此抗干扰能力力强。图4.21球形滑觉觉传感器从机器人对物物体施加力的的大小看,握握持方式可可分为三类:(1)刚力力握持机器人人手指用一个个固定的力,通常是用用最大可能的的力握持物体体。(2)柔力力握持根据物物体和工作目目的不同,使使用适当的的力握持物体体。握力可可变或是自适适应控制的。。(3)零力力握持可握住住物体但不用用力,即只只感觉到物体体的存在。它它主要用于于探测物体、、探索路径、、识别物体的的形状等目的的。机机器人的力力觉机器人作业是是一个其与周周围环境的交交互过程。作作业过程有两两类:一类类是非接触式式的,如弧弧焊、喷漆等等,基本不不涉及力;另另一类工作作是通过接触触才能完成的的,如拧螺螺钉、点焊、、装配、抛抛光、加工等等。目前已有有将视觉和力力觉传感器用用于非事先定定位的轴孔装装配,其中中,视觉完完成大致的定定位,装配配过程靠孔的的倒角作用不不断产生的力力反馈得以顺顺利完成。又又如高楼清洁洁机器人,当当它擦干净净玻璃时,显显然用力不不能太大也不不能太小,这这要求机器器人作业时具具有力控制功功能。当然,对于机器器人的力传感感器,不仅仅仅是上面描描述的机器人人末端执行器器与环境作用用过程中发生生的力测量,还有如机机器人自身运运动控制过程程中的力反馈馈测量、机机器手爪抓握握物体时的握握力测量等。。通常将机器人人的力传感器器分为以下三三类:(1)装在在关节驱动器器上的力传感感器,称为为关节力传感感器。它测测量驱动器本本身的输出力力和力矩,用用于控制中中的力反馈。。(2)装在在末端执行器器和机器人最最后一个关节节之间的力传传感器,称称为腕力传感感器。腕力力传感器能直直接测出作用用在末端执行行器上的各向向力和力矩。。(3)装在在机器人手爪爪指关节上(或指上)的的力传感器,称为指力力传感器。它它用来测量量夹持物体时时的受力情况况。图4.22所所示为Draper实验验室研制的六六维腕力传感感器的结构。。它将一个个整体金属环环周壁铣成按按120°周周向分布的三三根细梁。其其上部圆环环上有螺孔与与手臂相联,下部圆环环上的螺孔与与手爪联接,传感器的的测量电路置置于空心的弹弹性构架体内内。该传感器器结构比较简简单,灵敏敏度也较高,但六维力力(力矩)的的获得需要解解耦运算,传传感器的抗抗过载能力较较差,较易易受损。图4.22Draper的腕力力传感器图4.23所所示是SRI(StanfordResearchInstitute)研制的六维维腕力传感器器。它由一一只直径为75mm的的铝管铣削而而成,具有有八个窄长的的弹性梁,每每一个梁的的颈部开有小小槽以使颈部部只传递力,扭矩作用用很小。在梁梁的另一头两两侧贴有应变变片,若应应变片的阻值值分别为R1、R2,则将其连连成如图4.24所示的的形式输出,由于R1、R2所受应变方向向相反,因因此Vout输出比使用单单个应变片时时大一倍。图4.23SRI腕力传感器图4.24SRI腕力传感器应应变片连接方方式图4.25是是日本大和制制衡株式会社社林纯一在JPL实验室室研制的腕力力传感器基础础上提出的一一种改进结构构。它是一种种整体轮辐式式结构,传传感器在十字字梁与轮缘联联接处有一个个柔性环节,在四根交交叉梁上总共共贴有32个个应变片(图图中以小方块块表示),组组成8路全全桥输出,六六维力的获获得须通过解解耦计算。这这一传感器一一般将十字交交叉主杆与手手臂的联接件件设计成弹性性体变形限幅幅的形式,可有效起到过过载保护作用用,是一种较实用用的结构。图4.25林纯一的腕力力传感器图4.26所所示是一种非非径向中心对对称三梁腕力力传感器,传传感器的内内圈和外圈分分别固定于机机器人的手臂臂和手爪,力力沿与内圈圈相切的三根根梁进行传递递。每根梁梁的上下、左左右各贴一对对应变片,这这样,这非径径向的三根梁梁共粘贴6对对应变片,分分别组成六六组半桥,对对这六组电电桥信号进行行解耦可得到到六维力(力力矩)的精确确解。这种种力觉传感器器结构有较好好的刚性,最最先由卡纳纳基－梅隆大大学提出。在在我国,华中科技大学学也曾对此结结构的传感器器进行过研究究。图4.26非径向向中心心对称称三梁梁腕力力传感感器4.3工业机机器人人的位位置及及位移移电电位器器式位位移传传感器器电位器器式位位移传传感器器由一一个线线绕电电阻(或薄薄膜电电阻)和一一个滑滑动触触点组组成。。其其中滑滑动触触点通通过机机械装装置受受被检检测量量的控控制。。当被被检测测的位位置量量发生生变化化时,滑动动触点点也发发生位位移,从从而改改变了了滑动动触点点与电电位器器各端端之间间的电电阻值值和输输出电电压值值,根根据据这种种输出出电压压值的的变化化,可可以以检测测出机机器人人各关关节的的位置置和位位移量量。电位器器式位位移传传感器器具有有很多多优点点。它它的输输入输输出特特性(即输输入位位移量量与电电压量量之间间的关关系)可以以是线线性的的,也也可以以根据据需要要选择择其他他任意意函数数关系系的输输入输输出特特性;它它的输输出信信号选选择范范围很很大,只需需改变变电阻阻器两两端的的基准准电压压,就就可以以得到到比较较小的的或比比较大大的输输出电电压信信号。。这种种位移移传感感器不不会因因为失失电而而破坏坏其已已感觉觉到的的信息息。当当电源源因故故断开开时,电位位器的的滑动动触点点将保保持原原来的的位置置不变变,只只需需重新新接通通电源源,原原有有的位位置信信息就就会重重新出出现。。另外外,它它还具具有性性能稳稳定，，结构构简单单，尺尺寸寸小，，重量量轻，，精度度高等等优点点。电电位器器式位位移传传感器器的一一个主主要缺缺点是是容易易磨损损。由由于滑滑动触触点和和电阻阻器表表面的的磨损损,使使电电位器器的可可靠性性和寿寿命受受到一一定的的影响响,正正因因如此此,电电位器器式位位移传传感器器在机机器人人上的的应用用受到到了极极大的的局限限,近年来来随着着光电电编码码器价价格的的降低低而逐逐渐被被取代代。按照电电位器器式位位移传传感器器的结结构,可可以把把它分分成两两大类类:一一类类是直直线型型电位位器,另另一类类是旋旋转型型电位位器。。直线型型电位位器主主要用用于检检测直直线位位移,其其电阻阻器采采用直直线型型螺线线管或或直线线型碳碳膜电电阻,滑滑动触触点也也只能能沿电电阻的的轴线线方向向做直直线运运动。。直线线型电电位器器的工工作范范围和和分辨辨率受受电阻阻器长长度的的限制制。线线绕电电阻、、电阻阻丝本本身的的不均均匀性性会造造成电电位器器式传传感器器的输输入输输出关关系的的非线线性。。旋转型型电位位器的的电阻阻元件件呈圆圆弧状状,滑滑动动触点点也只只能在在电阻阻元件件上做做圆周周运动动。旋旋转型型电位位器有有单圈圈电位位器和和多圈圈电位位器两两种。。由由于滑滑动触触点等等的限限制,单单圈电电位器器的工工作范范围只只能小小于360°;对分分辨率率也有有一定定限制制。对对于于多数数应用用情况况来说说,这这并并不会会妨碍碍它的的使用用。假假如需需要更更高的的分辨辨率和和更大大的工工作范范围,可可以选选用多多圈电电位器器。图4.27为一一种典典型的的电位位器式式测试试电路路。当当输入入电压压VCC加在电电位器器的两两个输输入端端时,电位位器的的输出出信号号Vout与滑动动触点点的位位置成成比例例。图4.28所示为为两种种典型型的商商用旋旋转式式电位位器。。图4.27作为位位置传传感器器的电电位器器图4.28典型的的商用用旋转转式电电位器器图4.29旋旋转转电位位器的的结构构原理理图(a)导电塑塑料型型；(b)线圈型型光电编编码器器1.绝绝对对型光光电编编码器器绝对型型编码码器即即使发发生电电源中中断,也也能正正确地地给出出角度度位置置。绝绝对对型编编码器器产生生供每每种轴轴用的的独立立的和和单值值的码码字。。与与相对对型编编码器器不同同,它它的每每个读读数都都与前前面的的读数数无关关。绝绝对型型编码码器最最大的的优点点是系系统电电源中中断时时,器器件件可记记录发发生中中断的的地点点,当当电电源恢恢复时时,它它可把把记录录情况况通知知系统统。绝对型型编码码器通通常由由三个个主要要元件件构成成:①①多多路路(或或通道道)光光源(如发发光二二极管管);②②光光敏元元件;③光电码码盘。。图4.30是绝绝对型型光电电编码码器的的编码码原理理图,码码盘上上有5条码码道。。所谓谓码道道,就就是是码盘盘上的的同心心圆。。按按照二二进制制分布布规律律,把把每每条码码道加加工成成透明明和不不透明明区域域相间间的形形式。。码码盘的的一侧侧安装装光源源,另另一侧侧安装装一排排径向向排列列的光光电管管,每每个个光电电管对对准一一条码码道。。当光光源照照射码码盘时时,如如果果是透透明区区,则则光光线被被光电电管接接收,并并转变变成电电信号号,输输出出信号号为““1””;如如果果是不不透明明区,则则光电电管接接收不不到光光线,输输出信信号为为“0”。。被测测工作作轴带带动码码盘旋旋转时时,光光电电管输输出的的信息息就代代表了了轴的的对应应位置置,即绝对对位置置。图4.30绝对型型光电电编码码器光电编编码盘盘大多多采用用格雷雷码编编码盘盘,格格雷码码的特特点是是每一一相邻邻数码码之间间仅改改变一一位二二进制制数,这这样,即使使制作作和安安装不不十分分准确确,产产生生的误误差最最多也也只是是最低低位的的一位位数。。在图图4.30中，，五位位二进进制码码盘分分辨的的最小小角度度(分辨率率)为码道越多,分辨率越越高。目前前,码盘盘码道可做做到十八条条,能分分辨的最小小角度为α=360°/218≈0.0014°。2.相对对型光电编编码器与绝对型光光电编码器器一样,相相对型光光电编码器器也是由前前述三个主主要元件构构成的。两两者的工作作原理基本本相同,所所不同的的是后者的的光源只有有一路或两两路。光电电码盘一般般只刻有一一圈或两圈圈透明和不不透明区域域,当光光透过码盘盘时,光光敏元件导导通,产产生低电平平信号,代代表二进进制的“0”;不不透明的区区域代表二二进制的““1”。因因此,这种种编码器只只能通过计计算脉冲个个数来得到到输入轴所所转过的相相对角度。。由于相对型型光电编码码器的码盘盘加工相对对容易,因因此其成成本比绝对对型编码器器的低,而而分辨率率高。然而而,只有使使机器人首首先完成校校准操作以以后才能获获得绝对位位置信息。。通常,这这不是很大大的缺点,因为这样样的操作一一般只有在在加上电源源后才能完完成。若在在操作过程程中电源意意外地消失失,由于于相对型编编码器没有有“记忆””功能,故故必须再再次完成校校准。如图4.31所示,编码器的的分辨率通通常由径向向线数n来确定。这这意味着着,编码码器能分辨辨的角度位位置等于360°／／n。典型的有有100、、128、、200、、256、、500、、512、、1000、1024和2048线分分辨率的编编码器。图4.31光学式增量量型旋转编编码器4.3.3角速度度传感器1.旋转转编码器当使用旋转转编码器时时,也可以以用一个传传感器检测测角度和角角速度,比比较方便便。1)绝对对型旋转编编码器的应应用因为这种编编码器的输输出表示的的是旋转角角度的实际际值,所所以若对单单位时间前前的值进行行记忆,并并取它与与现时值之之间的差值值,就可以求得得角速度。。2)相对对型旋转编编码器的应应用这种编码器器单位时间间内输出脉脉冲的数目目与角速度度成比例。。2.测速速发电机图4.32所示为测测速发电机机的构造。。测速发电电机与普通通发电机的的原理相同同,除具具有直流输输出型和交交流输出型型以外,还还有感应应型。对于直流输输出型,在在其定子的的永久磁铁铁产生的静静止磁场中中,安装装着绕有线线圈的转子子。当转动动转子时,就会产生生交流电流流,因此此,经过过二极管整整流后,就就会变换成成直流进行行输出。输输出电压与与转子的角角速度ω成比例,因因此得到到u＝Aω式中,A为常数。通通常,转速为1000r／min时,输出的电压压可以达到到7V。图4.32测速速发电机(a)带整流子的的直流输出出测速发电电机；(b)交流输出测测速发电机机4.4多感觉智能能机器人多感觉传感感系统使机机器人拥有有一定的智智能,而而多感觉信信息融合技技术在智能能机器人系系统中的应应用,则则提高了机机器人的认认知水平。。多感觉智能能机器人的的组成如图图4.33所示。它它由机器人人本体、控控制及驱动动器、多传传感器系统统、计算机机系统和机机器人示教教盒组成,其工作作环境为固固定工作平平台。多传传感器系统统共有接近近觉、接触觉、滑觉、温