前台智能机器人对传感器的要求：基本性能要求和工作任务要求

智能 传感器的使用提高了机器人的机动性、适应性和智能化水平。人类的感受系统对感知外部世 界信息是极其巧妙的，然而对于一些特殊的信息，传感器比人类的感受系统更有效。

(1)机器人对传感器的要求

①基本性能要求

a. 精度高。精度定义为传感器的输出值与期望值的接近程度。对于给定输入，传感器 有一个期望输出，而精度则与传感器的输出和该期望值的接近程度有关。机器人传感器的精 度直接影响机器人的工作质量。用于检测和控制机器人运动的传感器是控制机器人定位精度 的基础。机器人是否能够准确无误地正常工作，往往取决于传感器的测量精度。

b. 重复性好。对同样的输入，如果对传感器的输出进行多次测量，那么每次输出都可能不一样。重复精度反映了传感器多次输出之间的变化程度。通常，如果进行足够次数的测 量，那么就可以确定一个范围，它能包括所有在标称值周围的测量结果，那么这个范围就定 义为重复精度。通常重复精度比精度更重要，在多数情况下，不准确度是由系统误差导致 的，因为它们可以预测和测量，所以可以进行修正和补偿。重复性误差通常是随机的，不容 易补偿。

c. 稳定性好，可靠性高。机器人传感器的稳定性和可靠性是保证机器人能够长期稳定可靠地工作的必要条件。机器人经常是在无人照管的条件下代替人来操作，如果它在工作中 出现故障，轻者影响生产的正常进行，重者造成严重事故。

d. 抗干扰能力强。机器人传感器的工作环境比较恶劣，它应当能够承受强电磁干扰、 强振动，并能够在一定的高温、高压、高污染环境中正常工作。

e. 质量小、体积小、安装方便可靠。对于安装在机器人操作臂等运动部件上的传感器， 质量要小，否则会加大运动部件的惯性，减少总的有效载荷，影响机器人的运动性能。对于 工作空间受到某种限制的机器人，对体积和安装方向的要求也是必不可少的。例如，关节位 移传感器需要与关节的设计相适应，并能与机器人中的其他部件一起移动，但关节周围可利 用的空间可能会受到限制。另外，体积庞大的传感器可能会限制关节的运动范围。因此，确 保给关节传感器留下足够大的空间非常重要。

f. 价格适当。传感器的价格是需要考虑的重要因素，尤其在一台机器需要使用多个传 感器时更是如此。然而价格需要与其他设计要求相平衡，例如可靠性、传感器数据的重要 性、精度和寿命等。

g. 输出类型(数字式或模拟式)的选择。根据不同的应用，传感器的输出可以是数字 量也可以是模拟量，它们可以直接使用，也可能需要对其进行转换后才能使用。例如，电位 器的输出是模拟量，而编码器的输出则是数字量。如果编码器连同微处理器一起使用，其输 出可直接传输至处理器的输入端，而电位器的输出则需要利用模数转换器 (ADC) 转变成 数字信号。哪种输出类型比较合适需要结合其他要求进行折中考虑。

h. 接口匹配。传感器需要能与其他设备相连接，如微处理器和控制器。倘若传感器与 其他设备的接口不匹配或两者之间需要其他的额外电路，那么需要解决传感器与设备间的接 口问题。

②工作任务要求 

 现代工业中，机器人被用于执行各种加工任务，其中比较常见的加 工任务有物料搬运、装配、喷漆、焊接、检验等。不同的加工任务对机器人提出不同的感觉要求。

多数搬运机器人目前尚不具有感觉能力，它们只能在指定的位置上拾取确定的零件。而 且，在机器人拾取零件以前，除了需要给机器人定位以外，还需要采用某种辅助设备或工艺 措施，把被拾取的零件准确定位和定向，这就使得加工工序或设备更加复杂。如果搬运机器 人具有视觉、触觉和力觉等感觉能力，就会改善这种状况。视觉系统用于被拾取零件的粗定 位，使机器人能够根据需要，寻找应该拾取的零件，并确定该零件的大致位置。触觉传感器 用于感知被拾取零件的存在、确定该零件的准确位置，以及确定该零件的方向。触觉传感器 有助于机器人更加可靠地拾取零件。力觉传感器主要用于控制搬运机器人的夹持力，防止机 器人手爪损坏被抓取的零件。

装配机器人对传感器的要求类似于搬运机器人，也需要视觉、触觉和力觉等感觉能力。 通常，装配机器人对工作位置的要求更高。现在，越来越多的机器人正进入装配工作领域， 主要任务是销、轴、螺钉和螺栓等装配工作。为了使被装配的零件获得对应的装配位置，采 用视觉系统选择合适的装配零件，并对它们进行粗定位，机器人触觉系统能够自动校正装配 位置。

喷漆机器人一般需要采用两种类型的传感系统： 一种主要用于位置(或速度)的检测； 另一种用于工作对象的识别。用于位置检测的传感器，包括光电开关、测速码盘、超声波测 距传感器、气动式安全保护器等。待漆工件进入喷漆机器人的工作范围时，光电开关立即接 通，通知正常的喷漆工作要求。超声波测距传感器一方面可以用于检测待漆工件的到来，另 一方面用来监视机器人及其周围设备的相对位置变化，以避免发生相互碰撞。 一旦机器人末 端执行器与周围物体发生碰撞，气动式安全保护器会自动切断机器人的动力源，以减少不必 要的损失。现代生产经常采用多品种混合加工的柔性生产方式，喷漆机器人系统需要同时对 不同种类的工件进行喷漆加工，要求喷漆机器人具备零件识别功能。为此，当待漆工件进入 喷漆作业区时，机器人需要识别该工件的类型，然后从存储器中取出相应的加工程序进行喷 漆。用于这项任务的传感器，包括阵列触觉传感器系统和机器人视觉系统。由于制造水平的 限制，阵列式触觉传感系统只能识别那些形状比较简单的工件，较复杂工件的识别则需要采 用视觉系统。

焊接机器人包括点焊机器人和弧焊机器人两类。这两类机器人都需要用位置传感器和速 度传感器进行控制。位置传感器主要是采用光电式增量码盘，也可以采用较精密的电位器。 根据现在的制造水平，光电式增量码盘具有较高的检测精度和较高的可靠性，但价格昂贵。 速度传感器目前主要采用测速发电机，其中交流测速发电机的线性度比较高，且正向与反向 输出特性比较对称，比直流测速发电机更适合于弧焊机器人使用。为了检测点焊机器人与待 焊工件的接近情况，控制点焊机器人的运动速度，点焊机器人还需要装备接近度传感器。如 前所述，弧焊机器人对传感器有一个特殊要求，需要采用传感器使焊枪沿焊缝自动定位，并 且自动跟踪焊缝，目前完成这一功能的常见传感器有触觉传感器、位置传感器和视觉传 感器。

环境感知能力是移动机器人除了移动之外Z基本的一种能力，感知能力的高低直接决定 了一个移动机器人的智能性，而感知能力是由感知系统决定的。移动机器人的感知系统相当 于人的五官和神经系统，是机器人获取外部环境信息及进行内部反馈控制的工具，它是移动 机器人Z重要的部分之一。移动机器人的感知系统通常由多种传感器组成，这些传感器处于 连接外部环境与移动机器人的接口位置，是机器人获取信息的窗口。机器人用这些传感器采集各种信息，然后采取适当的方法，将多个传感器获取的环境信息加以综合处理，控制机器 人进行智能作业。