機(jī)械手傳感器的選擇及各類傳感器的主要功能作用

　　在選擇傳感器種類時(shí)，除要考慮傳感器主要參數(shù)和結(jié)構(gòu)外，還要考慮電源問題，傳感器和控制裝置聯(lián)結(jié)問題，信號(hào)預(yù)處理問題等。

　　用電位計(jì)作為位置傳感器組成機(jī)器人機(jī)械手控制系統(tǒng)的測(cè)量部分，這是最簡(jiǎn)單的了。在這種情況下，用直流電源（穩(wěn)壓）供電。用兩根導(dǎo)線使傳感器與控制裝置相連。傳感器輸出信號(hào)的功率足夠大，所以信號(hào)通常不需要再進(jìn)行處理。電位計(jì)在最簡(jiǎn)單的點(diǎn)位控制系統(tǒng)中應(yīng)用很廣。薄膜電位計(jì)很有使用前途。它的壽命長(zhǎng)，可轉(zhuǎn)到5億圈還不壞。并且它的分辨率高。

　　數(shù)碼變換器。例如光電數(shù)碼變換器，在對(duì)信息進(jìn)行數(shù)字處理的控制裝置得到了應(yīng)用，并且它有很高的測(cè)量精度。變換器用n+3根導(dǎo)線和控制裝置相連，n為變換器的位數(shù)。傳感器的輸出信號(hào)通常需要進(jìn)行放大。數(shù)碼變換器價(jià)格昂貴，所以復(fù)雜的工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)中才使用它。

　　現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人使用自整角機(jī)和旋轉(zhuǎn)變壓器是非常有發(fā)展前途的。這兩種傳感器分辨率高、抗干擾性好、外形尺寸小。高精度點(diǎn)位控制機(jī)器人機(jī)械手可使用雙讀數(shù)旋轉(zhuǎn)變壓器。以此為主體構(gòu)成軸-模擬量-數(shù)碼測(cè)量變換器，可以代替在對(duì)信息進(jìn)行數(shù)字處理的控制裝置中使用的數(shù)碼變換器。由該變換器得出的信號(hào)。用5~7根導(dǎo)線輸出，而且不需要再進(jìn)行放大。用頻率為400赫茲、正弦波形、非線性小于0.5％的專用電源供電。

　　因需要有專用電源和模擬量-數(shù)碼變換器，就使系統(tǒng)的測(cè)量部分復(fù)雜了。但是假若合理地組成控制裝置，控制系統(tǒng)的整個(gè)測(cè)量部分實(shí)際上可以簡(jiǎn)化。所以在數(shù)字模擬控制裝置中（由列寧格勒加里寧工學(xué)院控制技術(shù)研究室研制的），當(dāng)執(zhí)行程序時(shí)，使用旋轉(zhuǎn)變壓器的信號(hào)。這信號(hào)在簡(jiǎn)單的軸-相位-時(shí)間區(qū)間變換器上交換成時(shí)城信號(hào)。在示教機(jī)器人時(shí)，用一個(gè)由計(jì)算器實(shí)現(xiàn)的時(shí)間區(qū)間-數(shù)碼變換器，連續(xù)不斷地把信號(hào)變成數(shù)碼（不要協(xié)調(diào)讀數(shù)）。結(jié)果使控制系統(tǒng)的裝置相當(dāng)簡(jiǎn)單，且價(jià)格便宜。

　　軸-相位-時(shí)間區(qū)間變換器如圖1所示。變換器包括有CKT-6465型雙讀數(shù)正-余弦變壓器、R-C移相電路、零位檢波器以及兩個(gè)觸發(fā)器。粗讀數(shù)正弦波電壓U?、U?和精讀數(shù)正弦波電壓U?、U4加給零位裝置。由U?和U?、U?和U4電壓相位差可確定傳感器轉(zhuǎn)軸位置。粗讀數(shù)用電壓源U?作為基準(zhǔn)電壓。在精讀數(shù)通道中，由U?與U4電壓向相反方向的相位偏移，形成相位差。精讀數(shù)電路保證有很高的測(cè)量穩(wěn)定性。零位裝置把正弦電壓變換成矩形脈沖電壓，脈沖前沿和正弦液電壓過零點(diǎn)那一瞬時(shí)相重合。之后，將脈沖加給觸發(fā)器輸入端。在觸發(fā)器的輸出器產(chǎn)生新的脈沖，這脈沖寬度和傳感器軸的轉(zhuǎn)角成正比。在上述變換器的基礎(chǔ)上，為“列寧格勒機(jī)電工廠”聯(lián)合企業(yè)成批生產(chǎn)的工業(yè)機(jī)器人的規(guī)格化控制系統(tǒng)研制了具有匹配讀數(shù)的軸-數(shù)碼變換器。這種變換器位置測(cè)量精度是14位（在傳感器軸上）。

　　在采用限位器點(diǎn)位控制系統(tǒng)的機(jī)器人中應(yīng)用的行程開關(guān)可以是微型開關(guān)無觸點(diǎn)行程開關(guān)、密封簧片繼電器（磁控接觸器）。

　　速度傳感器主要用在具有機(jī)電傳動(dòng)裝置的工業(yè)機(jī)器人中，其目的是提高保持某一速度的精度和增強(qiáng)傳動(dòng)裝置特性的硬度。速度傳感器多半是用直流測(cè)速發(fā)電機(jī)。表1給出了蘇聯(lián)產(chǎn)生的某些測(cè)速發(fā)電機(jī)特性。還要位置和速度傳感器合為一體的結(jié)構(gòu)形式。日本的“三菱-八幡”噴漆機(jī)器人所用的十位光電數(shù)碼傳感器，為了產(chǎn)生速度信號(hào)，附有一長(zhǎng)帶，其上均勻刻有4096條刻線。根據(jù)產(chǎn)生脈沖的頻率就可確定運(yùn)動(dòng)速度。

　　為了防止過載，機(jī)械手各環(huán)節(jié)上都裝有力傳感器，還有的以力傳感器按零件重量調(diào)節(jié)位移速度。通常是用應(yīng)變儀傳感器作為力傳感器。在機(jī)器人機(jī)電傳動(dòng)裝置中，常常根據(jù)電機(jī)電樞電流測(cè)量傳動(dòng)裝置負(fù)載大小，以防止傳動(dòng)裝置和機(jī)械手過載，

　　外部信息感受裝置用它獲得在控制機(jī)器人完成一定的生產(chǎn)操作過程時(shí)需要知道的外部環(huán)境狀態(tài)、性質(zhì)和參數(shù)的信息。

　　所謂外界環(huán)境是指機(jī)器人工作區(qū)內(nèi)生產(chǎn)環(huán)境，包括在此區(qū)域內(nèi)的物體，如生產(chǎn)設(shè)備、機(jī)器人操作的產(chǎn)品、其它機(jī)器人和人等。

　　板材和扁平零件碼垛就是用外部信息感覺裝置的一個(gè)典型例子。在這種操作中，要求用裝在手爪上的接觸傳感器確定垛頂高度。

　　另一個(gè)例子是用機(jī)器人進(jìn)行電弧焊。此時(shí)要求精確地保持焊縫和電焊條之間距離。由于焊件向兩邊撇開（它對(duì)產(chǎn)生質(zhì)量影響不大），又因加熱時(shí)零件尺寸要求，所以實(shí)際上不能按預(yù)先設(shè)計(jì)的焊跡焊接。這就需要用專門裝置測(cè)量真實(shí)的焊縫位置，并且在控制焊條移動(dòng)時(shí)考慮焊接的變化。

　　在抓取和運(yùn)送易碎物品時(shí)，需要控制和限制物品的力，使它剛好不從手爪中滑落出來，這種工序要求手爪上安裝能測(cè)算手爪對(duì)物品壓力的感受裝置，并安裝顯示物體滑動(dòng)的裝置。

　　最復(fù)雜的工序是機(jī)械裝配工序，需要用有知覺的機(jī)器人來完成。完成這樣的工序必須對(duì)裝配的零件進(jìn)行精確地定位和定向。根據(jù)感受裝置得到的內(nèi)部信息進(jìn)行程序控制不能保證要求的裝配精度。所以機(jī)器人手爪上要安裝敏感元件。它能確定零件相對(duì)手爪或裝配在一起的其它零件的位置。精度可達(dá)到零點(diǎn)幾或零點(diǎn)零幾毫米。在裝配零件過程中，對(duì)施加的力度加以檢查，防止零件歪斜時(shí)把它卡住。這就要求在機(jī)器人工作機(jī)構(gòu)上安裝測(cè)量力的感受裝置。