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【兆恒机械】机器人技术基础之传感器篇

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  • 添加日期:2021年01月13日

机器人(Robot)是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥,又可以运行预先编排的程序,也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作,例如生产业、建筑业,或是危险的工作。

机器人是在传感器、执行器和信息处理的基础上实现与物理世界交互的装置。 机器人的传感系统包括视觉系统、听觉系统、触觉系统、嗅觉系统以及味觉系统等。这些传感系统由一些对 图像、光线、声音、压力、气味、味道敏感的交换器即传感器组成。

借助集成的传感器,机器人可以感知物理或化学影响并将其转化为脉冲。譬如,这使其可以识别物体并确定其位置。机器人还可以通过传感器识别环境中的其他重要因素,如温度、运动、压力、光线或湿度等。内部传感器提供有关速度或负载状态的信息;外部传感器特别有助于交互和导航。今天笔者为大家总结机器人里的各类传感器在其中的作用。

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力/扭矩传感器是最常用的传感器类型之一。它们用在抓手中,可以记录力和扭矩。应变片能识别微米量级的变形。这些变形通过校准矩阵转化为三个力和力矩分量。力/扭矩传感器具有数字信号处理器,用于在变形情况下捕获和过滤传感器数据,计算测得的数据并通过通信接口发送。

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电感式传感器也被称为接近式传感器。在不接触它们的情况下,它们会识别出在其测量范围内的金属部件。因此,电感式传感器非常适用于进行无磨损记录,如记录活动的机器部件的最终位置。传感器表面辐射出振荡的电磁场。如果金属物体在测量范围内,它们从振荡器中吸收少量的能量。如果能量传递达到阈值,则确认目标对象识别,传感器输出会改变其状态。

电容传感器由彼此分离的两个金属部件组成,可以识别金属和非金属材料。通过电容器容量的变化实现非接触式测量。由于电容器的容量随其电极的距离而变化,因此这个可测量的变量用于测量距离。譬如,使用电容式传感器来可靠识别机器人附近的人。

磁性传感器用于进行非接触式精确位置检测,甚至通过不锈钢、塑料和木制结构识别磁体。传感器基于GMR效应(巨磁电阻)。这种效应发生在由只有几纳米厚的交变磁和非磁性薄层组成的结构中。这种效应使该结构的电阻取决于磁性层磁化的相互取向。相反方向的磁化强度远大于相同方向的磁化强度。

触觉传感器能感知物体的机械触摸,并获得随后发送的信号。譬如,一个抓手可以通过触觉传感器来确定一个物体的形状和位置。即使传感器还不能与人类感官相匹配,但创新的触觉传感器也能模仿人类指尖的机械特性和触觉感受器。这使得机器人可以根据物体状况自动调整抓握强度,尤其在人机交互中,这更是一个重要特性。

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在机器人技术中,光学或视觉传感器的任务是从图像或图像序列中获取信息,分析这些信息,并在此分析的基础上采取行动或作出反应。譬如,数据由一个或多个摄像头(2D或3D)或通过扫描仪进行记录。光学传感器在机器人导航及其环境定位中起着重要作用。

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