智能 傳感器的使用提高了機器人的機動(dòng)性、適應性和智能化水平。人類(lèi)的感受系統對感知外部世 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(lèi)的感受系統更有效。

(1)機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(gè)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)。機器人傳感器的精 度直接影響機器人的工作質(zhì)量。用于檢測和控制機器人運動(dòng)的傳感器是控制機器人定位精度 的基礎。機器人是否能夠準確無(wú)誤地正常工作，往往取決于傳感器的測量精度。

b. 重復性好。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)行足夠次數的測 量，那么就可以確定一個(gè)范圍，它能包括所有在標稱(chēng)值周?chē)�的測量結果，那么這個(gè)范圍就定 義為重復精度。通常重復精度比精度更重要，在多數情況下，不準確度是由系統誤差導致 的，因為它們可以預測和測量，所以可以進(jìn)行修正和補償。重復性誤差通常是隨機的，不容 易補償。

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

d. 抗干擾能力強。機器人傳感器的工作環(huán)境比較惡劣，它應當能夠承受強電磁干擾、 強振動(dòng)，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。對于安裝在機器人操作臂等運動(dòng)部件上的傳感器， 質(zhì)量要小，否則會(huì )加大運動(dòng)部件的慣性，減少總的有效載荷，影響機器人的運動(dòng)性能。對于 工作空間受到某種限制的機器人，對體積和安裝方向的要求也是必不可少的。例如，關(guān)節位 移傳感器需要與關(guān)節的設計相適應，并能與機器人中的其他部件一起移動(dòng)，但關(guān)節周?chē)�可�?用的空間可能會(huì )受到限制。另外，體積龐大的傳感器可能會(huì )限制關(guān)節的運動(dòng)范圍。因此，確 保給關(guān)節傳感器留下足夠大的空間非常重要。

f. 價(jià)格適當。傳感器的價(jià)格是需要考慮的重要因素，尤其在一臺機器需要使用多個(gè)傳 感器時(shí)更是如此。然而價(jià)格需要與其他設計要求相平衡，例如可靠性、傳感器數據的重要 性、精度和壽命等。

g. 輸出類(lèi)型(數字式或模擬式)的選擇。根據不同的應用，傳感器的輸出可以是數字 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轉換器 (ADC) 轉變成 數字信號。哪種輸出類(lèi)型比較合適需要結合其他要求進(jìn)行折中考慮。

h. 接口匹配。傳感器需要能與其他設備相連接，如微處理器和控制器。倘若傳感器與 其他設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備間的接 口問(wèn)題。

②工作任務(wù)要求 

 現代工業(yè)中，機器人被用于執行各種加工任務(wù)，其中比較常見(jiàn)的加 工任務(wù)有物料搬運、裝配、噴漆、焊接、檢驗等。不同的加工任務(wù)對機器人提出不同的感覺(jué)要求。

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

裝配機器人對傳感器的要求類(lèi)似于搬運機器人，也需要視覺(jué)、觸覺(jué)和力覺(jué)等感覺(jué)能力。 通常，裝配機器人對工作位置的要求更高�，F在，越來(lái)越多的機器人正進(jìn)入裝配工作領(lǐng)域， 主要任務(wù)是銷(xiāo)、軸、螺釘和螺栓等裝配工作。為了使被裝配的零件獲得對應的裝配位置，采 用視覺(jué)系統選擇合適的裝配零件，并對它們進(jìn)行粗定位，機器人觸覺(jué)系統能夠自動(dòng)校正裝配 位置。

噴漆機器人一般需要采用兩種類(lèi)型的傳感系統： 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(kāi)關(guān)、測速碼盤(pán)、超聲波測 距傳感器、氣動(dòng)式安全保護器等。待漆工件進(jìn)入噴漆機器人的工作范圍時(shí)，光電開(kāi)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(lái)，另 一方面用來(lái)監視機器人及其周?chē)�設備的相對位置變化，以避免發(fā)生相互碰撞。 一旦機器人末 端執行器與周?chē)�物體發(fā)生碰撞，氣動(dòng)式安全保護器會(huì )自動(dòng)切斷機器人的動(dòng)力源，以減少不必 要的損失�，F代生產(chǎn)經(jīng)常采用多品種混合加工的柔性生產(chǎn)方式，噴漆機器人系統需要同時(shí)對 不同種類(lèi)的工件進(jìn)行噴漆加工，要求噴漆機器人具備零件識別功能。為此，當待漆工件進(jìn)入 噴漆作業(yè)區時(shí)，機器人需要識別該工件的類(lèi)型，然后從存儲器中取出相應的加工程序進(jìn)行噴 漆。用于這項任務(wù)的傳感器，包括陣列觸覺(jué)傳感器系統和機器人視覺(jué)系統。由于制造水平的 限制，陣列式觸覺(jué)傳感系統只能識別那些形狀比較簡(jiǎn)單的工件，較復雜工件的識別則需要采 用視覺(jué)系統。

焊接機器人包括點(diǎn)焊機器人和弧焊機器人兩類(lèi)。這兩類(lèi)機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(pán)，也可以采用較精密的電位器。 根據現在的制造水平，光電式增量碼盤(pán)具有較高的檢測精度和較高的可靠性，但價(jià)格昂貴。 速度傳感器目前主要采用測速發(fā)電機，其中交流測速發(fā)電機的線(xiàn)性度比較高，且正向與反向 輸出特性比較對稱(chēng)，比直流測速發(fā)電機更適合于弧焊機器人使用。為了檢測點(diǎn)焊機器人與待 焊工件的接近情況，控制點(diǎn)焊機器人的運動(dòng)速度，點(diǎn)焊機器人還需要裝備接近度傳感器。如 前所述，弧焊機器人對傳感器有一個(gè)特殊要求，需要采用傳感器使焊槍沿焊縫自動(dòng)定位，并 且自動(dòng)跟蹤焊縫，目前完成這一功能的常見(jiàn)傳感器有觸覺(jué)傳感器、位置傳感器和視覺(jué)傳 感器。

環(huán)境感知能力是移動(dòng)機器人除了移動(dòng)之外Z基本的一種能力，感知能力的高低直接決定 了一個(gè)移動(dòng)機器人的智能性，而感知能力是由感知系統決定的。移動(dòng)機器人的感知系統相當 于人的五官和神經(jīng)系統，是機器人獲取外部環(huán)境信息及進(jìn)行內部反饋控制的工具，它是移動(dòng) 機器人Z重要的部分之一。移動(dòng)機器人的感知系統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(dòng)機器人的接口位置，是機器人獲取信息的窗口。機器人用這些傳感器采集各種信息，然后采取適當的方法，將多個(gè)傳感器獲取的環(huán)境信息加以綜合處理，控制機器 人進(jìn)行智能作業(yè)。