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在有關工業機器人功能的術語中,“內部”測量功能定義為測量機器人自身狀態的功能,所謂內部傳感器就是實現該功能的元件,具體檢測的對象有關節的線位移、角位移等幾何量,速度、角速度、加速度等運動量,還有傾斜角、方位角、振動等物理量,對各種傳感器要求精度高、響應速度快、測量范圍寬。內部傳感器中,位置傳感器和速度傳感器,是當今機器人反饋控制中不可缺少的元件?,F已有多種傳感器大量生產,但傾斜角傳感器、方位角傳感器及振動傳感器等用作機器人內部傳感器的時間不長,其性能尚需進一步改進。
內部傳感器按功能分類
(1)規定位置、規定角度的檢測 檢測預先規定的位置或角度,可以用ON/OFF兩個狀態值,這種方法用于檢測機器人的起始原點、越限位置或確定位置。
l)微型開關:規定的位移或力作用到微型開關的可動部分(稱為執行器)時,開關的電氣觸點斷開或接通。限位開關通常裝在盒里,以防外力的作用和水、油、塵埃的侵蝕。
2)光電開關:光電開關是由LED光源和光敏二極管或光敏晶體管等光敏元件組成,相隔一定距離而構成的透光式開關。當光由基準位置的遮光片通過光源和光敏元件的縫隙時,光射不到光敏元件上,而起到開關的作用。
(2)位置、角度測量 測量機器人關節線位移和角位移的傳感器是機器人位置反饋控制中必不可少的元件。
1)電位器:電位器可作為直線位移和角位移檢測元件,所以,為了保證電位器的線性輸出,應保證等效負載電阻遠遠大于電位器總電阻。電位器式傳感器結構簡單,性能穩定,使用方便,但分辨率不高,且當電刷和電阻之間接觸面磨損或有塵埃附著時會產生噪聲。
2)旋轉變壓器:旋轉變壓器由鐵心、兩個定子線圈和兩個轉子線圈組成,是測量旋轉角度的傳感器。定子和轉子由硅鋼片和坡莫合金疊層制成,在各定子線圈加上交流電壓,轉子線圈中由于交鏈磁通的變化產生感應電壓。感應電壓和勵磁電壓之間相關聯的耦合系數隨轉子的轉角而改變。因此,根據測得的輸出電壓,就可以知道轉子轉角的大小??梢哉J為,旋轉變壓器是由隨轉角θ而改變且耦合系數為Ksinθ或Kcosθ的兩個變壓器構成的。
定子上兩個繞組的勵磁電壓為 Esl=Ecosωt,Es2=Esinωt
轉子兩個繞組輸出電壓為 Erl=K(Eslcosθ-Es2sinθ)=KEcos(ωt+θ) Er2=K(Es2cosθ-Es2sinθ)=KEsin(ωt+θ) 可見,轉子繞組輸出電壓幅值與勵磁電壓的幅值成正比,對勵磁電壓的相位移等于轉子的轉動角度θ,檢測出相位θ,即可測出角位移。