工業(yè)機器人感知技術(shù)

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工業(yè)機器人的感知技術(shù),工業(yè)機器人的傳感器,工業(yè)機器人視覺,機器人視覺概述-組成,工業(yè)機器人視覺的應(yīng)用,工業(yè)機器人視覺,康耐視公司 （COGNEX） ◆AlignPlus視覺引導(dǎo)的高精度對位方案 ◆ 3D位移傳感器-視覺檢測系統(tǒng) ◆新產(chǎn)品In-Sight 2000視覺傳感器 代表了機器視覺領(lǐng)域最前沿最先進的技術(shù)水平。,工業(yè)機器人視覺的應(yīng)用,工業(yè)機器人視覺,智能制造對機器人智能化識別、定位、抓取零件的要求越來越高，2D/3D機器視覺技術(shù)成為機器人應(yīng)用核心技術(shù)之一。,工業(yè)機器人視覺的應(yīng)用,工業(yè)機器人視覺,自動拾取：提高拾取精度，降低機械固定成本 傳送跟蹤：視覺跟蹤傳送帶上移動的產(chǎn)品，進行精確定位及拾取 精確放置：精確放置到裝配和加工位置 姿態(tài)調(diào)整：從拾取到放置過程中對產(chǎn)品姿態(tài)進行精確調(diào)整,工業(yè)機器人視覺的應(yīng)用,工業(yè)機器人視覺,一般認為觸覺包括接近覺、接觸覺、壓覺、滑覺、力覺五種，狹義的觸覺按字面上來看是指接觸覺、壓覺、滑覺三種感知接觸的感覺。 用接近覺可感知物體在附近，手臂減速慢慢接近物體；用接觸覺可知已接觸到物體，控制手臂讓物體到手指中間，合上手指握住物體；用壓覺控制握力。如果物體較重，則靠滑覺來檢查滑動，修正設(shè)定的握力來防止滑動；靠力覺控制與被測物體自重和轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的力，或舉起或移動物體。另外，力覺在旋緊螺母、軸與孔的嵌入等裝配工作中也有廣泛的應(yīng)用。,工業(yè)機器人觸覺,工業(yè)機器人觸覺,機器人的接近覺,接近覺是指機器人能感覺到距離幾毫米到十幾厘米遠的對象物或障礙，能檢測出物體的距離、相對傾角或?qū)ο笪锉砻娴男再|(zhì)。這是非接觸式感覺。 接近覺傳感器可分為6種；電磁式(感應(yīng)電流式)、光電式(反射或透射式)、靜電容式、氣壓式、超聲波式和紅外線式。,開關(guān)式觸覺傳感器,,做成陣列形式 （放于機器人手部內(nèi)側(cè)）,工業(yè)機器人觸覺,機器人的接觸覺,陣列式接觸覺傳感器可用于測定自身與物體的接觸位置、物體中心位置和傾斜度，甚至還可以識別物體的大小和形狀。,由微動開關(guān)組成，用于探測物體、探索路徑和安全保護,壓阻式陣列觸覺傳感器,碳氈（CSA）靈敏度高，具有較強的耐過載能力。缺點是有遲滯，線性差。 導(dǎo)電橡膠的電阻也會隨壓力的變化而變化，因此也常用來作為觸覺傳感器的敏感材料。,工業(yè)機器人觸覺,機器人的壓覺,另外還有光學(xué)式觸覺傳感器、電容式陣列觸覺傳感器等。,,它利用一種具有壓電和熱釋電性的高分子材料研制而成。,工業(yè)機器人觸覺,機械手一般采用兩種抓取方式：硬抓取和軟抓取。硬抓?。o感知時采用） ：末端執(zhí)行器利用最大的夾緊力抓取工件。軟抓?。ㄓ谢X傳感器時采用）：末端執(zhí)行器使夾緊力保持在能穩(wěn)固抓取工件的最小值，以免損傷工件。,工業(yè)機器人觸覺,（a）振動 （b）轉(zhuǎn)動 （c）剪動力 （d）位移（壓力分布）,機器人的滑覺,,力覺傳感器使用的主要元件是電阻應(yīng)變片。,（3）裝在機器人手爪指關(guān)節(jié)（或手指上）的力傳感器，稱為指力傳感器。,通常我們將機器人的力傳感器分為三類：,（1）裝在關(guān)節(jié)驅(qū)動器上的力傳感器，稱為關(guān)節(jié)力傳感器。,（2）裝在末端執(zhí)行器和機器人最后一個關(guān)節(jié)之間的力傳感器，稱為腕力傳感器。,工業(yè)機器人觸覺,機器人的力覺,SRI （Stanford Research Institute）研制的六維腕力傳感器，如圖所示。它由一只直徑為75mm的鋁管銑削而成，具有八個窄長的彈性梁，每個梁的頸部只傳遞力，扭矩作用很小。梁的另一頭貼有應(yīng)變片。圖中從Px+到Qy-代表了8根應(yīng)變梁的變形信號的輸出。,,工業(yè)機器人觸覺,機器人的力覺,日本大和制衡株式會社林純一研制的腕力傳感器。它是一種整體輪輻式結(jié)構(gòu)，傳感器在十字梁與輪緣聯(lián)結(jié)處有一個柔性環(huán)節(jié)，在四根交叉梁上共貼有32個應(yīng)變片（圖中以小方塊），組成8路全橋輸出 。,工業(yè)機器人觸覺,機器人的力覺,工業(yè)機器人觸覺,機器人的力覺,力感測可以通過機械臂上內(nèi)嵌的力傳感器獲得，目前市場上的大部分協(xié)作機器人已經(jīng)具備。 使用內(nèi)置力傳感器的唯一缺點是，沒有一個精度相同的設(shè)備可以把力“讀”出來。大多是內(nèi)置力傳感器都是通過讀取電流來測量力的。 當(dāng)然，有些力傳感器采用的是其他方式，例如根據(jù)材料變形來確定施加在上面的力的大小。 在有些應(yīng)用中，力傳感器可以完爆視覺系統(tǒng)，讓你省錢又實用。,工業(yè)機器人觸覺,機器人力覺的應(yīng)用,1. 恒力 力矩傳感器首次制造出來，是用于打磨、拋光等應(yīng)用。由于這些應(yīng)用都很難實現(xiàn)自動化，因為機器人需要某些力反饋來確定它推動的力夠不夠。 通過在程序中引入力反饋回路，可以很輕易地讓這些應(yīng)用實現(xiàn)自動化，實現(xiàn)制造流程的一致性。,工業(yè)機器人觸覺,機器人力覺的應(yīng)用,2. 稱量東西 把橙色和藍色的冰球分開。然而，我們采用的方式卻跟它們的顏色沒有任何關(guān)系。實際上，跟他們的重量有關(guān)。橙色冰球比藍色冰球重一些，根據(jù)重量的不同，傳感器可以將它們區(qū)分開來。 這還可用于區(qū)分外形相似的不同零部件。然而，在現(xiàn)實生活中，知道你的抓手里是否有正確的物體，或物體是否已經(jīng)掉落，是非常有幫助的，它在你的生產(chǎn)流程中可以真正幫到你。力矩傳感器可以很容易地實現(xiàn)這一點。,工業(yè)機器人觸覺,機器人力覺的應(yīng)用,3. 重復(fù)力 如果你正在考慮使用機器人做裝配任務(wù)，你希望機器人能夠一遍又一遍重復(fù)同樣的任務(wù)。然而，裝配任務(wù)很難實現(xiàn)自動化的原因之一，就是他們需要操作員進行力檢測。通過引入FT傳感器，你可以感受到裝配過程中施加的外力。,正如你所看到的，力反饋非常有用，可以應(yīng)用到很多不同的應(yīng)用中。可以分析一下你的工作流程，看看是否可以使用力傳感器替代視覺系統(tǒng)。大部分時候，力傳感器更容易集成，不需要集成商，你自己就能完成。,4. 目標定位 采用力傳感器來尋找和檢測零部件也是可行的。 5. 手動引導(dǎo) 傳統(tǒng)工業(yè)機器人有了FT傳感器，就可以手動引導(dǎo)示教機器人，而不需要使用示教器。,工業(yè)機器人觸覺,機器人的力覺,國內(nèi)首臺智能打磨機器人“南寧造”，核心部件國際領(lǐng)先。 集成六軸力傳感器先，打磨機器人有與人一樣的手感，能夠感知鑄件的差異并自動調(diào)整，實現(xiàn)智能化，真正代替人工。,工業(yè)機器人觸覺,機器人的力覺,WACOH——專業(yè)機器人6軸力傳感器 應(yīng)用領(lǐng)域：精密打磨拋光機器人、裝配機器人、醫(yī)療設(shè)備等。 1、 產(chǎn)品特點：電容式，內(nèi)置MCU于溫度傳感器，內(nèi)部完成溫度補償?shù)葎幼?2、 與其他牌品相比的優(yōu)勢: 結(jié)構(gòu)簡單，堅固不易損壞，內(nèi)置MCU避免多余的接線，價格便宜 3、 已經(jīng)應(yīng)用在機器人行業(yè)的案例介紹: Mitsubishi, Yasukawa, Denso wave, Nachi都是主要客戶, 應(yīng)用在組裝和打磨上，全日本占有率86%,工業(yè)機器人觸覺,機器人的力覺,日本美蓓亞將把6軸力傳感器“OPFT”系列，利用1個該系列傳感器便可同時檢測3個方向及其各扭轉(zhuǎn)方向的荷重。 該系列產(chǎn)品此前一直用于進行復(fù)雜作業(yè)的產(chǎn)業(yè)用多關(guān)節(jié)機器人及汽車和精密設(shè)備的組裝機等。該公司認為，該系列產(chǎn)品在用于護理及做家務(wù)等的生活輔助機器人領(lǐng)域存在大量潛在需求。,工業(yè)機器人觸覺,指尖傳感器：讓機器人手更靈巧,得益于手指上增加的力墊（force pad），機器人能以輕柔且靈巧的方式來從事一些重復(fù)性工作。 新配備的傳感器稱為“GelSight”，給機器人的夾具增加了“前所未有”的敏感度。通過提供擠壓力度的反饋，它可以讓機器人將USB充電器插在電源上，甚至是處理雞蛋等對敏感度要求極高的工作。GelSight傳感器是一種塑料材質(zhì)的正方形物體，有一個合成橡膠層，四周每個邊都涂了一層反光金屬漆，可以將物體外形反射回傳感器，令其對力度有精確的把握，這樣一來，機器人就可以進行極為靈巧的操作。,將機械的觸覺信號轉(zhuǎn)變?yōu)橐曈X信號 ——不是依賴于數(shù)千個微型力傳感器，而是會“看到”物體的形狀，以及它離光傳感器有多近。,工業(yè)機器人位置和位移感覺,相對型光電編碼器,增量式編碼器特點： 增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖A、B和Z相；A、B兩組脈沖相位差90o，從而可方便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向，而Z相為每轉(zhuǎn)一個脈沖，用于基準點定位。 原理構(gòu)造簡單，抗干擾能力強，可靠性高，適合于長距離傳輸 相對絕對型編碼器，成本定，分辨率高 缺點：完成校準操作后才能得到絕對位置信息、沒有“記憶”功能,絕對型光電編碼器,工業(yè)機器人位置和位移感覺,絕對編碼器與增量式編碼器不同之處在于圓盤上透光、不透光的線條圖形，絕對編碼器可有若干編碼，根據(jù)讀出碼盤上的編碼，檢測絕對位置。 可以直接讀出角度的絕對值 沒有累積誤差 電源切除后位置信息不會丟失,傳感器的分類,根據(jù)檢測對象的不同可分為內(nèi)部傳感器和外部傳感器。,（1）位置傳感器,用來檢測機器人本身狀態(tài)（如手臂間角度）的傳感器。多 為檢測位置和角度的傳感器。,a.內(nèi)部傳感器,（2）角度傳感器,（3）速度傳感器,b.外部傳感器,用來檢測機器人所處環(huán)境（如是什么物體，離物體的距離有多遠等）及狀況（如抓取的物體是否滑落）的傳感器。,具體有接近覺傳感器、距離傳感器、觸覺傳感器、力覺傳感器，視覺傳感器等。,多傳感器信息融合,多傳感器信息融合技術(shù)是通過對這些傳感器及其觀測信息的合理支配和使用，把多個傳感器在時間和空間上的冗余或互補信息依據(jù)某種準則進行組合，以獲取被觀測對象的一致性解釋或描述。,多傳感器融合系統(tǒng)主要特點是：（1）提供了冗余、互補信息。（2）信息分層的結(jié)構(gòu)特性。（3）實時性。（4）低代價性。,多傳感與單傳感的比較：多傳感器數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)可更大程度獲取被探測目標和環(huán)境的信息量。單傳感器信號處理或低層次的數(shù)據(jù)處理方式只是對人腦信息處理的一種低水平模仿。,多傳感器融合常用的方法有：加權(quán)平均法、貝葉斯估計、卡爾曼濾波、DS證據(jù)推理、模糊邏輯、產(chǎn)生式規(guī)則、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法。,三種結(jié)構(gòu)形式：串聯(lián)、并聯(lián)和混合融合形式。,1.機器人中的傳感器信息融合,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,控制和信 息融合計 算機,,,,,,,,,,自主移動裝配機器人,裝配機械手,力覺傳感器,觸覺傳感器,視覺傳感器,超聲波傳感器,激光測距傳感器,多傳感器信息融合自主移動裝配機器人,Class is over. 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