项目五 工程实践创新项目中传感器的应用

项目五工程实践创新项目中传感器的应用

Contents传感技术在自动门中的应用1传感技术在数控机床中的应用2传感技术在工业机械手中的应用3传感技术在自动门中的应用1.自动门简介随着城市建设速度的不断加快，自动门的电气控制技术也在不断发展和成熟，直接控制电动机的电气式自动门逐渐成为主流。现在的专用门多采用可识别控制，如：感应自动门（红外感应式、触摸感应式、微波感应式、脚踏感应式）、刷卡自动门等。最早的自动门传感技术在自动门中的应用1.自动门简介（1）自动门的分类及基本构成①按启闭形式分：可分为推拉门、重叠门、平开门、折叠门、弧形门和旋转门；②按门体材料分：不锈钢、安全玻璃、建筑铝合金型材、彩色涂层钢板、木材等材料的自动门；③根据门的结构特点，自动门主要分九大类，即自动旋转门、伸缩式自动门、圆弧形自动门、平滑自动门、折叠自动门、平开自动门、卷帘式自动门、提升式自动门及自动挡车器。④按用途分类，自动门主要分五大类，即商用自动门、民用自动门、工业用自动门、车库用自动门及庭院自动门。

传感技术在自动门中的应用1.自动门简介（2）现代自动门的操作方法现代自动门的操作方法主要有三种：①脚踏板式：在踏板之下装有压力开关，脚踏感应；缺点是对于防水性要求很高，而且反复脚踏易使开关失效；②光电束式：在门的附近设置光束发射装置和光电传感装置，红外感应、微波感应；缺点是当有活动物体（如行人等）进入感应器探测范围时，可能会引起误动作；③按钮方式：用手按类似开关的按钮使门扇打开，触摸感应，自动门以滑动、铰链或折叠等方式启闭门扇。

传感技术在自动门中的应用1.自动门简介（3）自动门的工作原理自动门控制器连接外围辅助控制装置，如开门信号源、安全装置、门禁系统等。自动门的开门信号是触点信号，常用微波雷达和红外传感器两种信号源。

旋转自动门传感器分布传感技术在自动门中的应用2.自动门的传感技术（1）光电开关光电开关（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，将发射端和接收端之间光信号的强弱变化转化为电流信号的变化，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。被测物不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。传感技术在自动门中的应用2.自动门的传感技术（2）行程开关行程开关又称限位开关，可以安装在相对静止的物体(如固定架、门框等)上或者运动的物体（如行车、门等）上。行程开关的作用原理与按钮类似，特点是触点的动作需要手来操控，而是利用机械运动部件的碰撞使触点动作来实现接通或断开控制电路。传感技术在自动门中的应用2.自动门的传感技术（2）行程开关行程开关的常见故障及处理方法传感技术在自动门中的应用2.自动门的传感技术（3）微波传感器微波可细分为三个波段：分米波、厘米波、毫米波。微波传感器是利用微波特性来检测某些物理量的器件或装置。通过发射天线发出微波，当此波遇到被测物体时将被吸收或反射，微波功率发生变化。传感技术在自动门中的应用2.自动门的传感技术（3）微波传感器微波传感器通常由微波发射器（即微波振荡器）、微波天线及微波检测器三部分组成。①微波振荡器及微波天线

微波振荡器是产生微波的装置。

微波振荡器产生的振荡信号需要用波导管传输，并通过微波天线发射出去。常用的微波天线传感技术在自动门中的应用2.自动门的传感技术（3）微波传感器微波传感器通常由微波发射器（即微波振荡器）、微波天线及微波检测器三部分组成。②微波检测器检测微波的方法有两种，一种是将微波变化为电流的视频变化方式，另一种是与本机振荡器并用而变化为频率比微波低的外差法。任务小结

主要知识点归纳如下：1．现代自动门的操作方法主要有三种：脚踏板式、光电束式、按钮式。2.自动门常用的传感器有光电开关、行程开关、微波传感器、视觉传感器四种。3.微波传感器是根据微波多普勒效应原理（也就是雷达基本原理）制作而成的.4.检测微波的方法有两种，一种是将微波变化为电流的视频变化方式，另一种是与本机振荡器并用而变化为频率比微波低的外差法。传感技术在自动门中的应用1.自动门简介随着城市建设速度的不断加快，自动门的电气控制技术也在不断发展和成熟，直接控制电动机的电气式自动门逐渐成为主流。现在的专用门多采用可识别控制，如：感应自动门（红外感应式、触摸感应式、微波感应式、脚踏感应式）、刷卡自动门等。最早的自动门传感技术在数控机床中的应用1.数控机床简介第一阶段为数控（NC）阶段；第二阶段为计算机数控（CNC）阶段；数控机床传感技术在数控机床中的应用1.数控机床简介计算机数字控制机床（computerNumericalControl，CNC），简称数控机床，是一种装有程序控制系统的自动化机床。一般由输入输出设备、CNC装置(或称CNC单元)、可编程控制器、伺服单元、驱动单元(或称执行机构)及机床本体等组成。机床本体之外的其他系统统称为计算机数控(CNC)系统，如图所示。数控机床的组成传感技术在数控机床中的应用2.数控机床检测装置传感器的应用测量装置是指位置和速度测量装置，检测位移和速度，并发出反馈信号，以实现进给伺服系统的闭环控制。数控机床伺服系统中采用的位置检测装置（位移传感器）分为直线型和旋转型两大类，如表所示。传感器按检测信号分类传感技术在数控机床中的应用2.数控机床检测装置传感器的应用（1）旋转变压器旋转变压器（resolver/transformer）是一种电磁式传感器，又称同步分解器。它利用互感原理工作，是一种间接测量角位移的小型交流电动机，在结构上与二相线绕式异步电动机相似，由定子和转子组成（如图所示）。旋转变压器的结构传感技术在数控机床中的应用2.数控机床检测装置传感器的应用（2）编码器编码器（encoder）是一种按照给定的代码产生信息表达形式的器件。可将数据或信号进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式。编码器把角位移或直线位移转换成电信号，前者称为码盘，后者称为码尺。绝对值编码器绝对值编码器采用交替透光和不透光的栅格划分，从内到外含有多圈同心圆码道，形如掷标的圆靶。绝对值编码器传感技术在数控机床中的应用2.数控机床检测装置传感器的应用（3）光栅式传感器光栅式传感器（opticalgratingtransducer）指采用光栅叠栅条纹原理测量位移的传感器。光栅式传感器由标尺光栅、指示光栅、光路系统和测量系统四部分组成。其中，标尺光栅固定在机床活动部件上，指示光栅安装在读数头内（如右图所示）。任务小结

主要知识点归纳如下：1．数控系统的发展经历了二个阶段和六代的发展。第一阶段为数控（NC）阶段，共经历了三代：电子管元件构成的专用数控系统；晶体管电路数控系统；小规模集成电路的数控系统。第二阶段为计算机数控（CNC）阶段，也经历了三代：大规模集成电路的小型计算机数控系统；微处理器组成的数控系统；基于PC的数控系统。2.数控机床一般由输入输出设备、CNC装置(或称CNC单元)、可编程控制器、伺服单元、驱动单元(或称执行机构)及机床本体等组成。3.按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。4.光栅式传感器由标尺光栅、指示光栅、光路系统和测量系统四部分组成。5.绝对值编码器和增量式编码器的区别如下：

6.光栅式传感器有如下特点：精度高；大量程测量兼有高分辨力；可实现动态测量；具有较强的抗干扰能力。传感技术在工业机械手中的应用1.工业机械手简介工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，是机械制造生产系统及自动化装备中不可缺少的核心部分。随着我国制造业的迅速发展，各种工程机械的制作与应用都开始向自动化与智能化等方向转变，其中工业机械手便是最直接的体现。伴随着电子计算机技术的广泛应用，机器人的研制和生产已在高技术领域掀起迅速发展的浪潮，这更加促进了机械手的发展，使得机械手能够更好地实现与自动化技术的有机结合。

传感技术在工业机械手中的应用1.工业机械手简介（1）工业机械手发展简史机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。后在机械手和操作机的基础上，综合运用伺服机构和自动控制等技术，研制出具有通用性的独立的工业用自动操作装置，并将其命名为工业机器人；1969年，美国通用汽车公司用21台工业机械手组成了焊接轿车车身的自动化生产线；1973年辛辛那提公司制造出第一台小型计算机控制的液压驱动工业机械人；工业机械手发展到今天，采用微型电子计算机控制系统及各种新型传感器，具有视觉、触觉能力，甚至是听和想的能力；随着传感技术、计算机控制技术等的发展，工业机械手能自我独立地完成工作过程中的任务，并逐步发展成为柔性制造系统FMS(FlexibleManufacturingsystem)和柔性制造单元(FlexibleManufacturingCell)中重要一环。传感技术在工业机械手中的应用1.工业机械手简介（2）机械手的分类机械手一般分为三类：第一类是不需要人工操作的通用机械手。主要是根据任务的需要编制程序，以完成各项规定的操作；第二类是需要人工操做的，称为操作机。起源于原子、军事工业，工业中采用的锻造操作机属于这一范畴；第三类是用专用机械手，主要应用于自动机床或自动线上，用以解决机床上下料等任务。这种机械手由主机驱动，工作程序一般是固定的，因此是专用的。常用工业机械手有上下料机械手、装配机械手、搬运机械手、堆垛机械手、助力机械手等。传感技术在工业机械手中的应用1.工业机械手简介（3）机械手的结构机械手的结构：机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统及位置检测装置等组成，各部分之间的相互关系如图所示：传感技术在工业机械手中的应用1.工业机械手简介（4）简单机械手的运动模型简单机械手运动：机械手以及其手部所夹持的工件（或工具）在空间的位置，由臂部、腕部等组成部件以及整机的各自独立运动的合成来确定。①直角坐标机械手由三个相互正交的平移轴组成。手臂可完成前后伸缩、上下升降和左右横移三个动作。特点是结构简单，定位精度高。传感技术在工业机械手中的应用1.工业机械手简介（4）简单机械手的运动模型简单机械手运动：机械手以及其手部所夹持的工件（或工具）在空间的位置，由臂部、腕部等组成部件以及整机的各自独立运动的合成来确定。

②圆柱坐标机械手由立柱和一个安装在立柱上的水平臂组成。手臂可前后伸缩、上下升降和绕立柱转动。特点是其结构占据空间位置小，活动范围大。传感技术在工业机械手中的应用1.工业机械手简介（4）简单机械手的运动模型简单机械手运动：机械手以及其手部所夹持的工件（或工具）在空间的位置，由臂部、腕部等组成部件以及整机的各自独立运动的合成来确定。

③球坐标机械手由回转机座、俯仰铰链和伸缩臂组成。手臂可前后伸缩、上下和左右摆动。特点是其能以简单的机构获得较大的工作范围。传感技术在工业机械手中的应用1.工业机械手简介（4）简单机械手的运动模型简单机械手运动：机械手以及其手部所夹持的工件（或工具）在空间的位置，由臂部、腕部等组成部件以及整机的各自独立运动的合成来确定。④多关节式机械手

由大小两手臂和立柱等机构组成。手臂可实现三个方向的旋转运动。特点是动作灵活、运动惯性小、动作范围大。传感技术在工业机械手中的应用1.工业机械手简介（4）简单机械手的运动模型简单机械手运动：机械手以及其手部所夹持的工件（或工具）在空间的位置，由臂部、腕部等组成部件以及整机的各自独立运动的合成来确定。⑤平面关节型机械手由一个移动关节和两个回转关节等机构组成。移动关节可实现上下运动，两个回转关节可实现前后、左右运动。特点是结构简单、动作灵活，多用于装配作业中。传感技术在工业机械手中的应用1.传感技术在工业机械手的应用（1）传感器与机械手的关系传感器是实现信息感受、检测变换和传输的一种技术，其广泛应用于机械手中。传感器使得机械手初步具有类似于人的感知能力，不同类型的传感器组合构成了机器人的感觉系统。先进的传感检测系统能够快速、准确地捕捉信息，不失真地进行信号的检测、转换，且精确度不随湿度、温度、光照、辐射等因素的影响，能够经受恶劣工作环境的考验。在机械手系统中，限位开关、光电开关、电位器等器件可以保障机械手位移的幅度；测速发电机可以测量机械手的运动速度；安装在机械手关节部位的加速度传感器，可以用于检测控制各关节的加速度；安装在手指关节的握力传感器和安装在手爪与手臂连接处的腕力传感器，可以有效调整手指、手臂位置，以合适的力度抓起物体；传感技术在工业机械手中的应用1.传感技术在工业机械手的应用（2）机械手传感器的种类机械手（机器人）传感器主要可以分为视觉、听觉、触觉、力觉和接近觉五大类。从人类生理学观点来看，人的感觉可分为内部感觉和外部感觉，类似的，机器人传感器也可分为内部传感器和外部传感器，如图所示。传感技术在工业机械手中的应用1.传感技术在工业机械手的应用（3）传感器在机械手中的应用①加速度传感器加速度传感器（accelerationtransducer）是一种利用感受加速度将其转换为电信号的方式来测量加速力的设备。加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备。传感技术在工业机械手中的应用1.传感技术在工业机械手的应用（3）传感器在机械手中的应用②三维力传感器

三维力传感器一般装在工业机械手的腕部，用来检测腕部受力情况，通常用于精密装配或去飞边一类需要力控制的作业中。三维力传感器基于应变式测力