迎宾机器人的位置传感器：电位器、光电编码器

电位器

电位器是Z简单的位置传感器，如图2.1所示。电位器通 过电阻把位置信息转化为随位置变化的电压，通过检测输出电 压的变化确定以电阻中心为基准位置的移动距离。当电阻器 上的滑动触头随位置变化在电阻器上滑动时，触头接触点变化 前后的电阻阻值与总阻值之比就会发生变化。在功能上，电位 器充当了分压器的作用，因此输出电压Vout 与可变电阻r 成 比 例，即

电位器通常用作内部反馈传感器，来检测关节和连杆的位置。

光电编码器

光电编码器是一种能检测细微运动、输出数字信号的装置。它将圆光栅莫尔条纹和光电 转换技术相结合，将机械转动的角度转换成数字电信息量输出。

光电编码器是现在比较流行的传感器，可分为增量式(单通道)光电编码器和绝对式(多 通道)光电编码器。

(1)增量式光电编码器。如图2.2所示，增量式光 电编码器由光源、码盘、光敏晶体管组成，码盘上有透 光和不透光的弧段，尺寸相同且交替出现。由于所有的 弧段尺寸相同，每段弧所表示的旋转角相同，码盘上的 弧段越多，精度越高，分辨率就越高。当光旋转通过码 盘上弧段时，输出连续的脉冲信号，对这些信号计数，就 能计算出码盘转过的距离。

增量式编码器仅检测转角位置或直线位置的变化， 即移动了多少，而不能判断实际位置。机器人的起点不同，其Z终的位置也不同。因此，要确 定机器人的位置还要知道起始位置，这样很难。因此，在每次控制时要复位，使编码器的输出 为0,这样编码盘读出的数据就等于机器人移动的距离。

(2)绝对式光电编码器。绝对式光电编码器码盘的每个位置都对应着透光与不透光弧段 的W一确定组合，这种确定组合有W一的特征。通过这W一的特征，不需要已知起始位置，在 任意时刻就可以确定码盘的准确位置。在起始时刻，控制器通过判断码盘所在位置的W一信 号特征，能够确定机器人所在的位置。

如图2.3所示，每个位置对应着透光与不透光弧段，弧段由多圈弧段(多通道)组成，每个 多圈弧段对应不同的码，这些码有二进制码和格雷码。在二进制码中，经常会发生多于两位同 时改变状态的情形；而在格雷码中，每次只有一位向前或向后变化。这种差别的重要性在于， 在数字测量中，测量系统并非始终读取信号值，而是要到下一个采样点才读取信号值，其间信 号保持不变。在二进制码中，同一时刻有可能有多于一个信号发生变化，如果所有信号不是同 时变化，则采样时可能读取不到所有位的变化。在格雷码中，由于同一时刻只有一个信号发生变化，因此总能检测到信号的变化。

传感器圈由数量不等的弧段组成，每圈都有 一个d立的光源和光敏传感器组件，每个光敏传 感器组件都输出信号，因此两圈检测弧段需要控 制器有两位输入，三圈检测弧段需要控制器有三 位输入，依此类推。

除了测位移外，绝对式编码器还可测速度。 对于任意给定的角位移，编码器将产生确定的脉

冲数。通过计数一定时间的脉冲数，就能计算出 相应的平均角速度，时间越短，得到的速度值就越接近真实值，即瞬时速度。但是当编码器转 动很慢时，测得的速度可能会变得不准确。同样，由于编码器码盘直径、移动机器人轮径固定 可知，绝对式编码器也可以测线速度。

光电编码器包括直线型和旋转型。其中旋转型一般用在轮式机器人的左、右轮上。