机器人位姿传感器：6个电涡流传感器组成的特定空间结构

①远程中心柔顺 (RCC) 装置。远程中心柔顺装置不是实际的传感器，在发生错位时 起到感知设备的作用，并为机器人提供修正的措施。 RCC 装置完全是被动的，没有输入和 输出信号，也称被动柔顺装置。RCC 装置是机器人腕关节和末端执行器之间的辅助装置， 使机器人末端执行器在需要的方向上增加局部柔顺性，而不会影响其他方向的精度。

图6-20所示为RCC 装置的原理，它由两块刚性金属板组成，其中剪切柱在提供横侧向 柔顺的同时，将保持轴向的刚度。实际上，一种装置只在横侧向和轴向或者在弯曲和翘起方 向提供一定的刚性(或柔性),它需要根据需要来选择。每种装置都有一个给定的中心到中 心的距离，此距离决定远程柔顺中心相对柔顺装置中心的位置。因此，如果有多个零件或许 多操作需有多个 RCC 装置，并要分别选择。

RCC的实质是机械手夹持器具有多个自由度的弹性装置，通过选择和改变弹性体的刚 度可获得不同程度的适从性。

RCC 部件间的失调引起转矩和力，通过RCC 装置中不同类型的位移传感器可获得跟转 矩和力成比例的电信号，使用该电信号作为力或力矩反馈的RCC 称 IRCC(Instrument Re- mote Control Centre) 。Barry Wright公司的6轴IRCC 提供跟3个力和3个力矩成比例的电信亏，内部有做处埋器、低通滤波益以反12位数模转换器，可以输出数字和模拟信号。

②主动柔顺装置。主动柔顺装置根据传感器反馈的信息对机器人末端执行器或工作台 进行调整，补偿装配件间的位置偏差。根据传感方式的不同，主动柔顺装置可分为基于力传 感器的柔顺装置、基于视觉传感器的柔顺装置和基于接近度传感器的柔顺装置。

a. 基于力传感器的柔顺装置。使用力传感器的柔顺装置的目的， 一方面是有效控制力 的变化范围，另一方面是通过力传感器反馈信息来感知位置信息，进行位置控制。就安装部 位而言，力传感器可分为关节力传感器、腕力传感器和指力传感器。关节力/力矩传感器使 用应变片进行力反馈，由于力反馈是直接加在被控制关节上，且所有的硬件用模拟电路实 现，避开了复杂计算难题，响应速度快。腕力传感器安装于机器人与末端执行器的连接处， 它能够获得机器人实际操作时的大部分的力信息，精度高，可靠性好，使用方便。常用的结 构包括十字梁式、轴架式和非径向三梁式，其中十字梁结构应用Z为广泛。指力传感器， 一 般通过应变片测量而产生多维力信号，常用于小范围作业，精度高，可靠性好，但多指协调 复 杂 。

b. 基于视觉传感器的柔顺装置。基于视觉传感器的主动适从位置调整方法是通过建立 以注视点为中心的相对坐标系，对装配件之间的相对位置关系进行测量，测量结果具有相对 的稳定性，其精度与摄像机的位置相关。螺纹装配采用力和视觉传感器，建立一个虚拟的内 部模型，该模型根据环境的变化对规划的机器人运动轨迹进行修正；轴孔装配中用二维 PSD 传感器来实时检测孔的中心位置及其所在平面的倾斜角度，PSD 上的成像中心即为检 测孔的中心。当孔倾斜时，PSD 上所成的像为椭圆，通过与正常没有倾斜的孔所成图像的 比 较 就 可 获 得 被 检 测 孔 所 在 平 面 的 倾 斜 度 。

c. 基于接近度传感器的柔顺装置。装配作业需要检测机器人末端执行器与环境的位姿， 多采用光电接近度传感器。光电接近度传感 器具有测量速度快、抗干扰能力强、测量点 小和使用范围广等优点。用一个光电传感器 不能同时测量距离和方位的信息，往往需要 用两个以上的传感器来完成机器人装配作业 的 位 姿 检 测 。 ③光纤位姿偏差传感系统。图6-21所示 为集螺纹孔方向偏差和位置偏差检测于一体 的位姿偏差传感系统原理。该系统采用多路 单纤传感器，光源发出的光经1×6光纤分路 器，分成6路光信号进入6个单纤传感点，单 纤传感点同时具有发射和接收功能。传感点为反射式强度调制传感方式，反射光经光纤按一 定方式排列，由固体二极管阵列SSPD 光敏器件接收，Z后进入信号处理。3个检测螺纹孔 方向的传感器(1、2、3)分布在螺纹孔边缘圆周(2～3cm) 上，传感点4、5、6检测螺纹 位置，垂直指向螺纹孔倒角锥面，传感点2、3.5、6与传感点1、4垂直。

④电涡流位姿检测传感系统。电涡流位姿检测传感系统是通过确定由传感器构成的测 量坐标系和测量体坐标系之间的相对坐标变换关系来确定位姿。当测量体安装在机器人末端 执行器上时，通过比较测量体的相对位姿参数的变化量，可完成对机器人的重复位姿精度检 测。图6-22所示为位姿检测传感系统框图。检测信号经过滤波、放大、 A/D 变换送入计算机进行数据处理，计算出位姿参数。

为了能用测量信息计算出相对位姿，由6个电涡流传感器组成的特定空间结构来提供位 姿和测量数据。传感器的测量空间结构如图6-23所示，6个传感器构成三维测量坐标系， 其中传感器1、2、3对应测量面 xOy, 传感器4、5对应测量面 xOz, 传感器6对应测量面 yOz 。 每个传感器在坐标系中的位置固定，这6个传感器所标定的测量范围就是该测量系统 的测量范围。当测量体相对于测量坐标系发生位姿变化时，电涡流传感器的输出信号会随测 量距离成比例的变化。