工業(yè)機(jī)器人技術(shù)(郭洪紅)第4章(編輯修改稿)
2025-02-11 05:10 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ) 網(wǎng)狀排列的導(dǎo)電橡膠； (b) 單向?qū)щ娤鹉z和印刷電路板； (c) 陣列式掃描電路 第 4章 工業(yè)機(jī)器人的環(huán)境感覺(jué)技術(shù) 比較高級(jí)的壓覺(jué)傳感器是在陣列式觸點(diǎn)上附一層導(dǎo)電橡膠 , 并在基板上裝有集成電路 , 壓力的變化使各接點(diǎn)間的電阻發(fā)生變化 , 信號(hào)經(jīng)過(guò)集成電路處理后送出 , 如圖 。 第 4章 工業(yè)機(jī)器人的環(huán)境感覺(jué)技術(shù) 圖 高級(jí)分布式壓覺(jué)傳感器 第 4章 工業(yè)機(jī)器人的環(huán)境感覺(jué)技術(shù) 圖 , 用壓力使橡膠變形 , 可用普通橡膠作傳感器面 , 用光學(xué)和電磁學(xué)等手段檢測(cè)其變形量 。 和直接檢測(cè)壓力的方法相比 , 這種方法可稱為間接檢測(cè)法 。 第 4章 工業(yè)機(jī)器人的環(huán)境感覺(jué)技術(shù) 圖 變形檢測(cè)器 第 4章 工業(yè)機(jī)器人的環(huán)境感覺(jué)技術(shù) 機(jī)器人的握力應(yīng)滿足物體既不產(chǎn)生滑動(dòng)而握力又為最小臨界握力 。 如果能在剛開(kāi)始滑動(dòng)之后便立即檢測(cè)出物體和手指間產(chǎn)生的相對(duì)位移 , 且增加握力就能使滑動(dòng)迅速停止 , 那么該物體就可用最小的臨界握力抓住 。 第 4章 工業(yè)機(jī)器人的環(huán)境感覺(jué)技術(shù) 檢測(cè)滑動(dòng)的方法有以下幾種 : (1) 根據(jù)滑動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)檢測(cè) , 如圖 (a)所示 。 (2) 把滑動(dòng)的位移變成轉(zhuǎn)動(dòng) , 檢測(cè)其角位移 , 如圖 (b)所示 。 (3) 根據(jù)滑動(dòng)時(shí)手指與對(duì)象物體間動(dòng)靜摩擦力來(lái)檢測(cè) , 如圖 (c)所示 。 (4) 根據(jù)手指壓力分布的改變來(lái)檢測(cè) , 如圖 (d)所示。 第 4章 工業(yè)機(jī)器人的環(huán)境感覺(jué)技術(shù) 圖 (a) 振動(dòng)； (b) 轉(zhuǎn)動(dòng)； (c) 剪動(dòng)力 。 (d) 移位 第 4章 工業(yè)機(jī)器人的環(huán)境感覺(jué)技術(shù) 圖 。 傳感器尖端用一個(gè)Φ＝ mm的鋼球接觸被握物體 , 振動(dòng)通過(guò)杠桿傳向磁鐵 , 磁鐵的振動(dòng)在線圈中感應(yīng)交變電流并輸出 。 在傳感器中設(shè)有橡膠阻尼圈和油阻尼器 。 滑動(dòng)信號(hào)能清楚地從噪聲中被分離出來(lái) 。 但其檢測(cè)頭需直接與對(duì)象物接觸 , 在握持類似于圓柱體的對(duì)象物時(shí) , 就必須準(zhǔn)確選擇握持位置 , 否則就不能起到檢測(cè)滑覺(jué)的作用 。 而且其接觸為點(diǎn)接觸 , 可能因造成接觸壓力過(guò)大而損壞對(duì)象表面 。 第 4章 工業(yè)機(jī)器人的環(huán)境感覺(jué)技術(shù) 圖 測(cè)振式滑覺(jué)傳感器 第 4章 工業(yè)機(jī)器人的環(huán)境感覺(jué)技術(shù) 圖 。 小型滾輪安裝在機(jī)器人手指上 , 其表面稍突出手指表面 , 使物體的滑動(dòng)變成轉(zhuǎn)動(dòng) 。 滾輪表面貼有高摩擦因數(shù)的彈性物質(zhì) , 一般用橡膠薄膜 。 用板型彈簧將滾輪固定 , 可以使?jié)L輪與物體緊密接觸 , 并使?jié)L輪不產(chǎn)生縱向位移 。 滾輪內(nèi)部裝有發(fā)光二極管和光電三極管 , 通過(guò)圓盤形光柵把光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖信號(hào) 。 第 4章 工業(yè)機(jī)器人的環(huán)境感覺(jué)技術(shù) 圖 柱型滾輪式滑覺(jué)傳感器 (a) 機(jī)器人夾持器； (b) 傳感器 第 4章 工業(yè)機(jī)器人的環(huán)境感覺(jué)技術(shù) 滾輪式傳感器只能檢測(cè)一個(gè)方向的滑動(dòng) 。 圖 斯拉夫貝爾格萊德大學(xué)研制的機(jī)器人專用滑覺(jué)傳感器 。 它由一個(gè)金屬球和觸針組成 , 金屬球表面分成許多個(gè)相間排列的導(dǎo)電和絕緣小格 。 觸針頭很細(xì) , 每次只能觸及一格 。 當(dāng)工件滑動(dòng)時(shí) , 金屬球也隨之轉(zhuǎn)動(dòng) , 在觸針上輸出脈沖信號(hào) 。 脈沖信號(hào)的頻率反映了滑移速度 , 脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)滑移的距離 。 接觸器觸頭面積小于球面上露出的導(dǎo)體面積 , 它不僅可做得很小 , 而且提高了檢測(cè)靈敏度 。 球與被握物體相接觸 , 無(wú)論滑動(dòng)方向如何 , 只要球一轉(zhuǎn)動(dòng) , 傳感器就會(huì)產(chǎn)生脈沖輸出 。 該球體在沖擊力作用下不轉(zhuǎn)動(dòng) , 因此抗干擾能力強(qiáng) 。 第 4章 工業(yè)機(jī)器人的環(huán)境感覺(jué)技術(shù) 圖 球形滑覺(jué)傳感器 第 4章 工業(yè)機(jī)器人的環(huán)境感覺(jué)技術(shù) 從機(jī)器人對(duì)物體施加力的大小看 , 握持方式可分為三類 : (1) 剛力握持機(jī)器人手指用一個(gè)固定的力 , 通常是用最大可能的力握持物體 。 (2) 柔力握持根據(jù)物體和工作目的不同 , 使用適當(dāng)?shù)牧ξ粘治矬w 。 握力可變或是自適應(yīng)控制的 。 (3) 零力握持可握住物體但不用力 , 即只感覺(jué)到物體的存在 。 它主要用于探測(cè)物體 、 探索路徑 、 識(shí)別物體的形狀等目的 。 第 4章 工業(yè)機(jī)器人的環(huán)境感覺(jué)技術(shù) 機(jī)器人作業(yè)是一個(gè)其與周圍環(huán)境的交互過(guò)程 。 作業(yè)過(guò)程有兩類 : 一類是非接觸式的 , 如弧焊 、 噴漆等 , 基本不涉及力 。 另一類工作是通過(guò)接觸才能完成的 , 如擰螺釘 、 點(diǎn)焊 、 裝配 、 拋光 、 加工等 。 目前已有將視覺(jué)和力覺(jué)傳感器用于非事先定位的軸孔裝配 , 其中 , 視覺(jué)完成大致的定位 , 裝配過(guò)程靠孔的倒角作用不斷產(chǎn)生的力反饋得以順利完成 。 又如高樓清潔機(jī)器人 , 當(dāng)它擦干凈玻璃時(shí) , 顯然用力不能太大也不能太小 , 這要求機(jī)器人作業(yè)時(shí)具有力控制功能 。 當(dāng)然 , 對(duì)于機(jī)器人的力傳感器 , 不僅僅是上面描述的機(jī)器人末端執(zhí)行器與環(huán)境作用過(guò)程中發(fā)生的力測(cè)量 , 還有如機(jī)器人自身運(yùn)動(dòng)控制過(guò)程中的力反饋測(cè)量 、 機(jī)器手爪抓握物體時(shí)的握力測(cè)量等 。 第 4章 工業(yè)機(jī)器人的環(huán)境感覺(jué)技術(shù) 通常將機(jī)器人的力傳感器分為以下三類 : (1) 裝在關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器上的力傳感器 , 稱為關(guān)節(jié)力傳感器 。 它測(cè)量驅(qū)動(dòng)器本身的輸出力和力矩 , 用于控制中的力反饋 。 (2) 裝在末端執(zhí)行器和機(jī)器人最后一個(gè)關(guān)節(jié)之間的力傳感器 , 稱為腕力傳感器 。 腕力傳感器能直接測(cè)出作用在末端執(zhí)行器上的各向力和力矩 。 (3) 裝在機(jī)器人手爪指關(guān)節(jié)上 (或指上 )的力傳感器 , 稱為指力傳感器 。 它用來(lái)測(cè)量夾持物體時(shí)的受力情況 。 第 4章 工業(yè)機(jī)器人的環(huán)境感覺(jué)技術(shù) 圖 Draper實(shí)驗(yàn)室研制的六維腕力傳感器的結(jié)構(gòu) 。 它將一個(gè)整體金屬環(huán)周壁銑成按 120176。 周向分布的三根細(xì)梁 。 其上部圓環(huán)上有螺孔與手臂相聯(lián) , 下部圓環(huán)上的螺孔與手爪聯(lián)接 , 傳感器的測(cè)量電路置于空心的彈性構(gòu)架體內(nèi) 。 該傳感器結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單 , 靈敏度也較高 , 但六維力 (力矩 )的獲得需要解耦運(yùn)算 , 傳感器的抗過(guò)載能力較差 , 較易受損 。 第 4章 工業(yè)機(jī)器人的環(huán)境感覺(jué)技術(shù) 圖 Draper的腕力傳感器 第 4章 工業(yè)機(jī)器人的環(huán)境感覺(jué)技術(shù) 圖 SRI(Stanford Research Institute)研制的六維腕力傳感器 。 它由一只直徑為 75 mm的鋁管銑削而成 , 具有八個(gè)窄長(zhǎng)的彈性梁 , 每一個(gè)梁的頸部開(kāi)有小槽以使頸部只傳遞力 , 扭矩作用
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