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工业机器人中最常用到的传感器有哪些

日期:2020-02-04 18:24 人气:

  在工业自动化领域,机器人需要传感器提供必要的信息⚕&⚕☆*,以正&确#执行相关的⚕操作。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。

  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。

  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$维度&◇&⚕¥。例如€⚕☆,零件取&放便是利用三◇维视觉技术检测&物体并创建三维图像&**,分析并选择最好的拾取方式€☆£$*。

  力/力矩传感器如果说视觉传感器给了机器人眼睛,那么¥力/力矩传感器炸金花棋牌游戏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。

  碰撞检测传感器□这种传感器有各种不同的形式,其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$人最需要它们。一些传感器可以是&◇某种触觉识别系统,通过柔软的表面感知压力,给机器人£发送信号£◣⚕☆□$,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。最简单的例%子是电梯门上£的激光安全传感器•⚕☆。当激光检$测到障碍物时,电梯门会立即停止并退回##,以避免#碰撞。

  其它传感器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$◇◣。

  触觉传感器也越来越受欢迎。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⚕⚕¥。

  射频识别(RFID)传感可以提供识别码并允许得到许可的机器人获取其他信息。

  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。

  对⚕#于⚕$可以走路、跑步甚$至跳舞的人形机器人◇%••☆£,稳定性是一个主要问题◇◣⚕⚕□*。它们需要与智能手机相同类型的传感器#€,以便提供机器人的准确位置数据。在这些£应用采用了具有3轴加速度计⚕◣、3轴陀¥螺仪和3轴磁力计的9自由度(9D⚕OF)传感器或惯性测量单元(IMU)⚕⚕◇⚕□⚕。

  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。

  移动□机器人需要通过传感器实时获取周围¥的障碍物信息,包括尺寸、形状和位◣€置信息•□£,来实⚕现$避障。避障使用的传感器有很多种,目前常见的有视觉传感器%□◣、激光传⚕感器、红外传感□¥器、超声波传感器等。

  超声波传感器的基本原理是测量超声波的飞行时间£⚕*£◇□,通过d=v⚕t/2测量距离,其中d是距离,v是声速£◣•⚕□•,t是飞行时间$¥&◣。

  上图是超声波传感器信号的一个示意。通过压电或静电变送器£产生一个频率在几十kHz的超声波脉冲组成波包£•□¥◇◇,系统检◇测高于某阈值⚕的反向声波,然后使用测量到的飞行时间%计算距离。超声波传感器一般作用距离较短,普通的有效探$测距离几米,但是会有一个€几十毫米左右的最£小探测盲区。由于超$声传感器成本低、实现方法简单$%⚕&$、技术成熟⚕⚕*◇,是移动机器人⚕中常⚕⚕用的◇传感器。

  一般的红&外测⚕距都是采用三角测距的原理。红外⚕发射器按照一定角度发射红外光束,遇到物&体之后,光会◇反向€回来,检测€到£反射光之后*⚕□*□,通过结构上的几何三#角关□系¥¥&,就可以计◇算出物⚕体距离D◇☆。

  当D的距离足够近的时候◣□□%⚕,上图中L值¥会相⚕当大,如果超过CCD的◣探测范围⚕%□$*,虽然物体很*近,传感器反而看不到了££#◣$。当物体距离D□很大时☆$•□,L值就会*$很小,工业€机械□有哪些◣测量精⚕度会变差。因此€£#,常见⚕的红外传感器的测量距离都比较近,小于超声波£⚕☆◣•□,同时⚕远距离测量也有最小£距离的限制。另外,对于透明的或者近#似黑体的物体,红外传感器是无法检测距离的#◣。但相对%于⚕超声来说££☆,红外传感器具有更高的带宽。

  常见的%激光雷达是基于飞行时间的(ToF,ti$me of flight),通过测量激光的飞◣行⚕时间来测距d=ct/2,类似前面提到的超声测#距公式,其中d是距离,c是光速,t是从⚕发$射到接收⚕的时间间隔☆⚕。

  比较简单的方案是测量反射光的相移,传感器以已知的频率发射一定幅度的调制光,并测量发射和反向信号之间的相移,如上图。

  调制信号$的波长为€$lamda&=c/◇f☆££*%,其中c是光速,f是*调制⚕频率,测量⚕到发射和反射光⚕束之间的相移差theta之后,距离可由lamda*theta/4pi计算得到☆$◇,如上图◇□£◇。

  常用的计算机视觉方◣$案也有⚕很多种#□, 比如双目视觉,基于TOF⚕的深◇度相机,基于◇结构光的◣深度相机$等□□。

  基于结构光的深#度相机发射出的光会生成相对随机但又固定€的斑点图样,光斑打在物体%上,因为与摄像◣头距离不同,被摄像头捕□捉到的◇位置也不相同##。先计算斑点与标定的标准图案在不同位置的偏移,利用摄像头位置€%⚕、传感器大小等参数就可以计算出物体与摄像头的◇距&离¥*%☆□£。

  双目视觉的测距本质上也是三角测距法,由于&两个摄像头的位*置不同,就像人的两只眼□睛一样,看到的物体也不¥一样。两个摄像头看到的同一个点P,在成像的时候⚕会有不€&同的像素位置¥*#¥,此时通过三角测距就可以测出这个点的距离◇◇¥⚕*。