智能 傳感器的使用提高了機(jī)器人的機(jī)動性、適應(yīng)性和智能化水平。人類的感受系統(tǒng)對感知外部世 界信息是極其巧妙的，然而對于一些特殊的信息，傳感器比人類的感受系統(tǒng)更有效。

(1)機(jī)器人對傳感器的要求

①基本性能要求

a. 精度高。精度定義為傳感器的輸出值與期望值的接近程度。對于給定輸入，傳感器 有一個期望輸出，而精度則與傳感器的輸出和該期望值的接近程度有關(guān)。機(jī)器人傳感器的精 度直接影響機(jī)器人的工作質(zhì)量。用于檢測和控制機(jī)器人運(yùn)動的傳感器是控制機(jī)器人定位精度 的基礎(chǔ)。機(jī)器人是否能夠準(zhǔn)確無誤地正常工作，往往取決于傳感器的測量精度。

b. 重復(fù)性好。對同樣的輸入，如果對傳感器的輸出進(jìn)行多次測量，那么每次輸出都可能不一樣。重復(fù)精度反映了傳感器多次輸出之間的變化程度。通常，如果進(jìn)行足夠次數(shù)的測 量，那么就可以確定一個范圍，它能包括所有在標(biāo)稱值周圍的測量結(jié)果，那么這個范圍就定 義為重復(fù)精度。通常重復(fù)精度比精度更重要，在多數(shù)情況下，不準(zhǔn)確度是由系統(tǒng)誤差導(dǎo)致 的，因?yàn)樗鼈兛梢灶A(yù)測和測量，所以可以進(jìn)行修正和補(bǔ)償。重復(fù)性誤差通常是隨機(jī)的，不容 易補(bǔ)償。

c. 穩(wěn)定性好，可靠性高。機(jī)器人傳感器的穩(wěn)定性和可靠性是保證機(jī)器人能夠長期穩(wěn)定可靠地工作的必要條件。機(jī)器人經(jīng)常是在無人照管的條件下代替人來操作，如果它在工作中 出現(xiàn)故障，輕者影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，重者造成嚴(yán)重事故。

d. 抗干擾能力強(qiáng)。機(jī)器人傳感器的工作環(huán)境比較惡劣，它應(yīng)當(dāng)能夠承受強(qiáng)電磁干擾、 強(qiáng)振動，并能夠在一定的高溫、高壓、高污染環(huán)境中正常工作。

e. 質(zhì)量小、體積小、安裝方便可靠。對于安裝在機(jī)器人操作臂等運(yùn)動部件上的傳感器， 質(zhì)量要小，否則會加大運(yùn)動部件的慣性，減少總的有效載荷，影響機(jī)器人的運(yùn)動性能。對于 工作空間受到某種限制的機(jī)器人，對體積和安裝方向的要求也是必不可少的。例如，關(guān)節(jié)位 移傳感器需要與關(guān)節(jié)的設(shè)計相適應(yīng)，并能與機(jī)器人中的其他部件一起移動，但關(guān)節(jié)周圍可利 用的空間可能會受到限制。另外，體積龐大的傳感器可能會限制關(guān)節(jié)的運(yùn)動范圍。因此，確 保給關(guān)節(jié)傳感器留下足夠大的空間非常重要。

f. 價格適當(dāng)。傳感器的價格是需要考慮的重要因素，尤其在一臺機(jī)器需要使用多個傳 感器時更是如此。然而價格需要與其他設(shè)計要求相平衡，例如可靠性、傳感器數(shù)據(jù)的重要 性、精度和壽命等。

g. 輸出類型(數(shù)字式或模擬式)的選擇。根據(jù)不同的應(yīng)用，傳感器的輸出可以是數(shù)字 量也可以是模擬量，它們可以直接使用，也可能需要對其進(jìn)行轉(zhuǎn)換后才能使用。例如，電位 器的輸出是模擬量，而編碼器的輸出則是數(shù)字量。如果編碼器連同微處理器一起使用，其輸 出可直接傳輸至處理器的輸入端，而電位器的輸出則需要利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 轉(zhuǎn)變成 數(shù)字信號。哪種輸出類型比較合適需要結(jié)合其他要求進(jìn)行折中考慮。

h. 接口匹配。傳感器需要能與其他設(shè)備相連接，如微處理器和控制器。倘若傳感器與 其他設(shè)備的接口不匹配或兩者之間需要其他的額外電路，那么需要解決傳感器與設(shè)備間的接 口問題。

②工作任務(wù)要求 

 現(xiàn)代工業(yè)中，機(jī)器人被用于執(zhí)行各種加工任務(wù)，其中比較常見的加 工任務(wù)有物料搬運(yùn)、裝配、噴漆、焊接、檢驗(yàn)等。不同的加工任務(wù)對機(jī)器人提出不同的感覺要求。

多數(shù)搬運(yùn)機(jī)器人目前尚不具有感覺能力，它們只能在指定的位置上拾取確定的零件。而 且，在機(jī)器人拾取零件以前，除了需要給機(jī)器人定位以外，還需要采用某種輔助設(shè)備或工藝 措施，把被拾取的零件準(zhǔn)確定位和定向，這就使得加工工序或設(shè)備更加復(fù)雜。如果搬運(yùn)機(jī)器 人具有視覺、觸覺和力覺等感覺能力，就會改善這種狀況。視覺系統(tǒng)用于被拾取零件的粗定 位，使機(jī)器人能夠根據(jù)需要，尋找應(yīng)該拾取的零件，并確定該零件的大致位置。觸覺傳感器 用于感知被拾取零件的存在、確定該零件的準(zhǔn)確位置，以及確定該零件的方向。觸覺傳感器 有助于機(jī)器人更加可靠地拾取零件。力覺傳感器主要用于控制搬運(yùn)機(jī)器人的夾持力，防止機(jī) 器人手爪損壞被抓取的零件。

裝配機(jī)器人對傳感器的要求類似于搬運(yùn)機(jī)器人，也需要視覺、觸覺和力覺等感覺能力。 通常，裝配機(jī)器人對工作位置的要求更高。現(xiàn)在，越來越多的機(jī)器人正進(jìn)入裝配工作領(lǐng)域， 主要任務(wù)是銷、軸、螺釘和螺栓等裝配工作。為了使被裝配的零件獲得對應(yīng)的裝配位置，采 用視覺系統(tǒng)選擇合適的裝配零件，并對它們進(jìn)行粗定位，機(jī)器人觸覺系統(tǒng)能夠自動校正裝配 位置。

噴漆機(jī)器人一般需要采用兩種類型的傳感系統(tǒng)： 一種主要用于位置(或速度)的檢測； 另一種用于工作對象的識別。用于位置檢測的傳感器，包括光電開關(guān)、測速碼盤、超聲波測 距傳感器、氣動式安全保護(hù)器等。待漆工件進(jìn)入噴漆機(jī)器人的工作范圍時，光電開關(guān)立即接 通，通知正常的噴漆工作要求。超聲波測距傳感器一方面可以用于檢測待漆工件的到來，另 一方面用來監(jiān)視機(jī)器人及其周圍設(shè)備的相對位置變化，以避免發(fā)生相互碰撞。 一旦機(jī)器人末 端執(zhí)行器與周圍物體發(fā)生碰撞，氣動式安全保護(hù)器會自動切斷機(jī)器人的動力源，以減少不必 要的損失。現(xiàn)代生產(chǎn)經(jīng)常采用多品種混合加工的柔性生產(chǎn)方式，噴漆機(jī)器人系統(tǒng)需要同時對 不同種類的工件進(jìn)行噴漆加工，要求噴漆機(jī)器人具備零件識別功能。為此，當(dāng)待漆工件進(jìn)入 噴漆作業(yè)區(qū)時，機(jī)器人需要識別該工件的類型，然后從存儲器中取出相應(yīng)的加工程序進(jìn)行噴 漆。用于這項(xiàng)任務(wù)的傳感器，包括陣列觸覺傳感器系統(tǒng)和機(jī)器人視覺系統(tǒng)。由于制造水平的 限制，陣列式觸覺傳感系統(tǒng)只能識別那些形狀比較簡單的工件，較復(fù)雜工件的識別則需要采 用視覺系統(tǒng)。

焊接機(jī)器人包括點(diǎn)焊機(jī)器人和弧焊機(jī)器人兩類。這兩類機(jī)器人都需要用位置傳感器和速 度傳感器進(jìn)行控制。位置傳感器主要是采用光電式增量碼盤，也可以采用較精密的電位器。 根據(jù)現(xiàn)在的制造水平，光電式增量碼盤具有較高的檢測精度和較高的可靠性，但價格昂貴。 速度傳感器目前主要采用測速發(fā)電機(jī)，其中交流測速發(fā)電機(jī)的線性度比較高，且正向與反向 輸出特性比較對稱，比直流測速發(fā)電機(jī)更適合于弧焊機(jī)器人使用。為了檢測點(diǎn)焊機(jī)器人與待 焊工件的接近情況，控制點(diǎn)焊機(jī)器人的運(yùn)動速度，點(diǎn)焊機(jī)器人還需要裝備接近度傳感器。如 前所述，弧焊機(jī)器人對傳感器有一個特殊要求，需要采用傳感器使焊槍沿焊縫自動定位，并 且自動跟蹤焊縫，目前完成這一功能的常見傳感器有觸覺傳感器、位置傳感器和視覺傳 感器。

環(huán)境感知能力是移動機(jī)器人除了移動之外Z基本的一種能力，感知能力的高低直接決定 了一個移動機(jī)器人的智能性，而感知能力是由感知系統(tǒng)決定的。移動機(jī)器人的感知系統(tǒng)相當(dāng) 于人的五官和神經(jīng)系統(tǒng)，是機(jī)器人獲取外部環(huán)境信息及進(jìn)行內(nèi)部反饋控制的工具，它是移動 機(jī)器人Z重要的部分之一。移動機(jī)器人的感知系統(tǒng)通常由多種傳感器組成，這些傳感器處于 連接外部環(huán)境與移動機(jī)器人的接口位置，是機(jī)器人獲取信息的窗口。機(jī)器人用這些傳感器采集各種信息，然后采取適當(dāng)?shù)姆椒ǎ瑢⒍鄠�傳感器獲取的環(huán)境信息加以綜合處理，控制機(jī)器 人進(jìn)行智能作業(yè)。