机器人 传感器:工业机器人中的各类传感器技术应用

2021/10/29 19:35 · 传感器知识资讯 ·  · 机器人 传感器:工业机器人中的各类传感器技术应用已关闭评论
摘要:

机器人传感器:工业机器人中的各类传感器技术应用机器人自动化是一项快速进步的技术,在短短几十年的时间里,工业机器人已经在全世界范围内变成工厂里普通的装置。我国也十分注重工业机器人的发展,据国家统计局最新数据显示,2018年至2020年,是中国工业机器人产业发展最重要的3年。随着美的等巨头及部分垂直领域专业企业的扩产,新

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机器人 传感器:工业机器人中的各类传感器技术应用

  机器人自动化是一项快速进步的技术,在短短几十年的时间里,工业机器人已经在全世界范围内变成工厂里普通的装置。我国也十分注重工业机器人的发展,据国家统计局最新数据显示,2018年至2020年,是中国工业机器人产业发展最重要的3年。随着美的等巨头及部分垂直领域专业企业的扩产,新开工工厂将在2018年、2019年实现量产,有行业机构预测,未来3年,国内工业机器人产量在目前基础上还会翻番,到2020年国内工业机器人产量或将超过25万台。
工业机器人
传感器的重要性
  工业机器人不仅可以克服恶劣环境对生产的影响,减少人工的使用,保障工人的安全,还能够帮助工厂节约生产成本,提高生产效率,从而保证产品质量。传感器为工业机器人提供触觉,是实现自动检测和自动控制的首要环节。它能感受到被测量的信息,并能将感受到的信息按一定规律变换成电信号或其他形式的信息输出。在自动化生产过程中需要用各种传感器来监视和控制各个参数,使设备工作在正常状态或最佳状态,并使产品达到最好的质量。
  一份报告预测,到2021年,全球工业机器人传感器市场将以约8%的复合年增长率(CAGR)稳步增长。对于包括消费者和汽车在内的机器人传感应用,另一份报告明确指出,到2027年,视觉系统将单独成就57亿美元的市场,力传感器市场将超过69亿美元。
工业机器人中的传感器
工业机器人中的各类传感器
  工业机器人的传感器的应用场景非常多,除了生产线的需求外,无人驾驶还是服务机器人、AR技术,都需要这样的传感器。在一个偌大的工厂里,纵然一个人也没有,通过传感器的数据的收集,控制系统可以监测、反馈出上千台机械手的运行状况。
  二维视觉传感器。二维视觉是一个可以执行从检测运动物体到传输带上的零件定位等多种任务的摄像头。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,机器人可以根据接收到的信息适当调整其动作。还有三维视觉传感器。三维视觉系统必须拥有两个不同角度的摄像机或激光扫描器,用以检测对象的第三维度。
  力/力矩传感器。如果说视觉传感器给了机器人眼睛,那么力/力矩传感器则给机器人带去了触觉。机器人利用力/力矩传感器感知末端执行器的力度。多数情况下,力/力矩传感器位于机器人和夹具之间,这样,所有反馈到夹具上的力都在机器人的监控之中。有了力/力矩传感器,装配、人工引导、示教、力度限制等应用才得以实现。
  一些传感器可以是某种触觉识别系统,通过柔软的表面感知压力,给机器人发送信号,限制或停止机器人的运动。一些传感器还可以直接内置在机器人中。有些公司利用加速度计反馈,还有些则使用电流反馈。在这两种情况下,当机器人感知到异常的力度时,便触发紧急停止,从而确保安全。
  要想让工业机器人与人进行协作,首先要找出可以保证作业人员安全的方法。这些传感器有各种形式,从摄像头到激光等,目的是告诉机器人周围的状况。有些安全系统可以设置成当有人出现在特定的区域/空间时,机器人会自动减速运行,如果人员继续靠近,机器人则会停止工作。
  触觉传感器。这类传感器一般安装在抓手上,用来检测和感觉抓取的物体是什么。传感器通常能够检测力度并得出力度分布的情况,从而知道对象的确切位置,让你可以控制抓取的位置和末端执行器的抓取力度。另外还有一些触觉传感器可以检测热量的变化。
  视觉和接近传感器类似于自动驾驶车辆所需的传感器,包括摄像头、红外线、声纳、超声波、雷达和激光雷达。某些情况下可以使用多个摄像头,尤其是立体视觉。将这些传感器组合起来使用,机器人便可以确定尺寸,识别物体,并确定其距离。
  麦克风(声学传感器)帮助工业机器人接收语音命令并识别熟悉环境中的异常声音。如果加上压电传感器,还可以识别并消除振动引起的噪声,避免机器人错误理解语音命令。先进的算法甚至可以让机器人了解说话者的情绪。
  温度传感是机器人自我诊断的一部分,可用于确定其周遭的环境,避免潜在的有害热源。利用化学、光学和颜色传感器,机器人能够评估、调整和检测其环境中存在的问题。
  总而言之,传感器是实现软件智能的关键组件,没有传感器,很多复杂的操作就不能实现。它们不仅实现了复杂的操作,同时也保证这些操作在进行的过程中得到良好的控制。
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机器人 传感器:工业机器人负载识别

? ? ? 人类是通过五感来感应来自外界的信息,而机器人感知外界主要是通过传感器,传感器是一种常见的却又非常重要的器件,它是感受规定的被测量的各种量并按一定规律将其转换为有用信号的器件或装置。那么在机器人领域常用的常见器有哪些呢?以下将为大家分享!

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? ? ? ?内传感器

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  机器介机电一体化的产品,内传感器和电机、轴等机械部件或机械结构如手臂(Arm)、手腕(Wrist)等安装在一起,完成位置、速度、力度的测量,实现伺服控制。

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  位置(位移)传感器

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  直线移动传感器有电位计式传感器和可调变压器两种。角位移传感器有电位计式、可调变压器(旋转变压器)及光电编码器三种,其中光电编码器有增量式编码器和绝对式编码器。增量式编码器一般用于零位不确定的位置伺服控制,绝对式编码器能够得到对应于编码器初始锁定位置的驱动轴瞬时角度值,当设备受到压力时,只要读出每个关节编码器的读数,就能够对伺服控制的给定值进行调整,以防止机器人启动时产生过剧烈的运动。

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? ? ? ?速度和加速度传感器

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  速度传感器有测量平移和旋转运动速度两种,但大多数情况下,只限于测量旋转速度。利用位移的导数,特别是光电方法让光照射旋转圆盘,检测出旋转频率和脉冲数目,以求出旋转角度,及利用圆盘制成有缝隙,通过二个光电二极管辨别出角速度,即转速,这就是光电脉冲式转速传感器。此外还有测速发电机用于测速等。

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  应变仪即伸缩测量仪,也是一种应力传感器,用于加速度测量。加速度传感器用于测量工业机器人的动态控制信号。一般有由速度测量进行推演、已知质量物体加速度所产生动力,即应用应变仪测量此力进行推演,还有就是下面所说的方法:

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  与被测加速度有关的力可由一个已知质量产生。这种力可以为电磁力或电动力,最终简化为对电流的测量,这就是伺服返回传感器,实际又能有多种振动式加速度传感器。

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  力觉传感器

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  力觉传感器用于测量两物体之间作用力的三个分量和力矩的三个分量。机器人中理想的传感器是粘接在依从部件的半导体应力计。具体有金属电阻型力觉传感器、半导体型力觉传感器、其它磁性压力式和利用弦振动原理制作的力觉传感器。

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  还有转矩传感器(如用光电传感器测量转矩)、腕力传感器(如国际斯坦福研究所的由6个小型差动变压器组成,能测量作用于腕部X、Y和Z三个方向的动力及各轴动转矩)等。

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  由于机器人发展历史较长,近年来普遍采用以交流永磁电动机为主的交流伺服系统,对应位置、速度等传感器大量应用的是:各种类型的光电编码器、磁编码器和旋转变压器。

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? ? ? ?外传感器

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  以往一般工业机器人是没有外部感觉能力的,而新一代机器人如多关节机器人,特别是移动机器人、智能机器人则要求具有校正能力和反应环境变化的能力,外传感器就是实现这些能力的。

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  声觉传感器

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  用于感受和解释在气体(非接触感受)、液体或固体(接触感受)中的声波。声波传感器复杂程度可以从简单的声波存在检测到复杂的声波频率分析,直到对连续自然语言中单独语音和词汇的辨别。
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机器人 传感器:常用的机器人传感器有哪些

描述
最近几年,随着我国制造业的不断发展,机器人被广泛的应用到各个行业中,机器人能够生产,传感器可是发挥了很大的作用,常用的几种机器人传感器大家知道吗?在工业自动化领域,机器需要传感器提供必要的信息,以正确执行相关的操作。
机器人已经开始应用大量的传感器以提高适应能力。例如有很多的协作机器人集成了力矩传感器和摄像机,以确保在操作中拥有更好的视角,同时保证工作区域的安全等。在此枚举一些常用的可以集成到机器人单元里的各种传感器,和小编一起来看下把。
常用的几种机器人传感器
1、视觉传感器——视觉传感器包含二位视觉传感器和三位视觉传感器
1、1 二维视觉传感器
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。
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。
欧姆龙视觉
视觉传感器的优点是探测范围广、获取信息丰富,实际应用中常使用多个视觉传感器或者与其它传感器配合使用,通过一定的算法可以得到物体的形状、距离、速度等诸多信息。或是利用一个摄像机的序列图像来计算目标的距离和速度,还可采用SSD算法,根据一个镜头的运动图像来计算机器人与目标的相对位移。但在图像处理中,边缘锐化、特征提取等图像处理方法计算量大,实时性差,对处理机要求高。
2、力/力矩传感器
如果说视觉传感器给了机器人眼睛,那么力/力矩传感器则给机器人带去了触觉。机器人利用力/力矩传感器感知末端执行器的力度。多数情况下,力/力矩传感器都位于机器人和夹具之间,这样,所有反馈到夹具上的力就都在机器人的监控之中。
有了力/力矩传感器,像装配,人工引导、示教,力度限制等应用才能得以实现。
3、激光传感器(碰撞检测传感器)
激光测距传感器利用激光来测量到被测物体的距离或者被测物体的位移等参数。比较常用的测距方法是由脉冲激光器发出持续时间极短的脉冲激光,经过待测距离后射到被测目标,回波返回,由光电探测器接收。
这种传感器有各种不同的形式。这些传感器的主要应用是为作业人员提供一个安全的工作环境,协作机器人最有必要使用它们。一些传感器可以是某种触觉识别系统,通过柔软的表面感知压力,如果感知到压力,将给机器人发送信号,限制或停止机器人的运动。
有些传感器还可以直接内置在机器人中。有些公司利用加速度计反馈,还有些则使用电流反馈。在这两种情况下,当机器人感知到异常的力度时,触发紧急停止,从而确保安全。但是在机器人停止之前,你还是会被它撞到。因此最安全的环境是完全没有碰撞风险的环境,这就是接下来这个传感器的使命。
4、红外传感器
大多数红外传感器测距都是基于三角测量原理。红外发射器按照一定的角度发射红外光束,当遇到物体以后,光束会反射回来。红外传感器的优点是不受可见光影响,白天黑夜均可测量,角度灵敏度高、结构简单、价格较便宜,可以快速感知物体的存在,但测量时受环境影响很大,物体的颜色、方向、周围的光线都能导致测量误差,测量不够精确。
其他:
市场上还有很多的传感器适用于不同的应用。例如焊缝追踪传感器等。同时,触觉传感器也越来越受欢迎。这一类的传感器一般安装在抓手上用来检测和感觉所抓的物体是什么。传感器通常能够检测力度,并得出力度分布的情况,从而知道对象的确切位置,让你可以控制抓取的位置和末端执行器的抓取力度。另外还有一些触觉传感器可以检测热量的变化。
看了上面的介绍,大家对常用的几种机器人传感器了解了吧,传感器是用来感知外界环境的一种电气元件,随着技术的发展,这种电气元件的精度越来越高,逐渐的被应用到多个领域中,相信传感器在各个领域中都能够发挥出它的作用。
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机器人传感器
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机器人是由计算机控制的复杂机器,它具有类似人的肢体及感官功能;动作程序灵活;有一定程度的智能;在工作时可以不依赖人的操纵。机器人传感器在机器人的控制中起了非常重要的作用,正因为有了传感器,机器人才具备了类似人类的知觉功能和反应能力。
中文名
机器人传感器
作 用
传递感觉
用 途
模拟人类感觉
类 别
触觉 视觉 力觉
控制终端
计算机
构 成
触觉传感器、视觉传感器、力觉传感器、接近觉传感器等
目录
1
基本介绍
2
分类
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明暗觉
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色觉
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位置觉
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形状觉
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接触觉
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压觉
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力觉
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接近觉
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滑觉
3
主要传感器
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视觉
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力觉
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触觉
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接近觉
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听觉
机器人传感器基本介绍
编辑
语音
为了检测作业对象及环境或机器人与它们的关系,在机器人上安装了触觉传感器、视觉传感器、力觉传感器、接近觉传感器、超声波传感器和听觉传感器,大大改善了机器人工作状况,使其能够更充分地完成复杂的工作。由于外部传感器为集多种学科于一身的产品,有些方面还在探索之中,随着外部传感器的进一步完善,机器人的功能越来越强大,将在许多领域为人类做出更大贡献。
[1]
机器人传感器分类
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语音
根据检测对象的不同可分为内部传感器和外部传感器。
a.内部传感器:用来检测机器人本身状态(如手臂间角度)的传感器。多为检测位置和角度的传感器。
b.外部传感器:用来检测机器人所处环境(如是什么物体,离物体的距离有多远等)及状况(如抓取的物体是否滑落)的传感器。具体有物体识别传感器、物体探伤传感器、接近觉传感器、距离传感器、力觉传感器,听觉传感器等。
机器人传感器明暗觉
检测内容:是否有光,亮度多少
应用目的:判断有无对象,并得到定量结果
传感器件:光敏管、光电断续器
机器人传感器色觉
检测内容:对象的色彩及浓度
应用目的:利用颜色识别对象的场合
传感器件:彩色摄像机、滤波器、彩色CCD
机器人传感器位置觉
检测内容:物体的位置、角度、距离
应用目的:物体空间位置、判断物体移动
传感器件:光敏阵列、CCD等
机器人传感器形状觉
检测内容:物体的外形
应用目的:提取物体轮廓及固有特征,识别物体
传感器件:光敏阵列、CCD等
机器人传感器接触觉
检测内容:与对象是否接触,接触的位置
应用目的:确定对象位置,识别对象形态,控制速度,安全保障,异常停止,寻径
传感器件:光电传感器、微动开关、薄膜特点、压敏高分子材料
机器人传感器压觉
检测内容:对物体的压力、握力、压力分布
应用目的:控制握力,识别握持物,测量物体弹性
传感器件:压电元件、导电橡胶、压敏高分子材料
机器人传感器力觉
检测内容:机器人有关部件(如手指)所受外力及转矩
应用目的:控制手腕移动,伺服控制,正解完成作业
传感器件:应变片、导电橡胶
机器人传感器接近觉
检测内容:对象物是否接近,接近距离,对象面的倾斜
应用目的:控制位置,寻径,安全保障,异常停止
传感器件:光传感器、气压传感器、超声波传感器、电涡流传感器、霍尔传感器
机器人传感器滑觉
检测内容:垂直握持面方向物体的位移,重力引起的变形
应用目的:修正握力,防止打滑,判断物体重量及表面状态
传感器件:球形接点式、光电旋转传感器、角编码器、振动检测器
机器人传感器主要传感器
编辑
语音
机器人传感器视觉
20世纪50年代后期出现,发展十分迅速,是机器人中最重要的传感器之一。
机器视觉从20世纪60年代开始首先处理积木世界,后来发展到处理室外的现实世界。20世纪70年代以后,实用性的视觉系统出现了。
视觉一般包括三个过程:图像获取、图像处理和图像理解。相对而言,图像理解技术还很落后。
机器人传感器力觉
机器人力传感器就安装部位来讲,可以分为关节力传感器、腕力传感器和指力传感器。
国际上对腕力传感器的研究是从20世纪70年代开始的,主要研究单位有美国的DRAPER实验室、SRI研究所、IBM公司和日本的日立公司、东京大学等单位。
机器人传感器触觉
作为视觉的补充,触觉能感知目标物体的表面性能和物理特性:柔软性、硬度、弹性、粗糙度和导热性等。
触觉研究从20世纪80年代初开始,到20世纪90年代初已取得了大量的成果。
机器人传感器接近觉
研究它的目的是使机器人在移动或操作过程中获知目标(障碍)物的接近程度,移动机器人可以实现避障,操作机器人可避免手爪对目标物由于接近速度过快造成的冲击。
机器人传感器听觉
(1) 特定人的语音识别系统
特定人语音识别方法是将事先指定的人的声音中的每一个字音的特征矩阵存储起来,形成一个标准模板(或叫模板),然后再进行匹配。它首先要记忆一个或几个语音特征,而且被指定人讲话的内容也必须是事先规定好的有限的几句话。特定人语音识别系统可以识别讲话的人是否是事先指定的人,讲的是哪一句话。
(2) 非特定人的语音识别系统
非特定人的语音识别系统大致可以分为语言识别系统,单词识别系统,及数字音(0~9)识别系统。非特定人的语音识别方法则需要对一组有代表性的人的语音进行训练,找出同一词音的共性,这种训练往往是开放式的,能对系统进行不断的修正。在系统工作时,将接收到的声音信号用同样的办法求出它们的特征矩阵,再与标准模式相比较。看它与哪个模板相同或相近,从而识别该信号的含义。
参考资料
1.

机器人传感器概述
.传感器[引用日期2013-01-01]

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