工業(yè)機(jī)器人感知技術(shù)

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工業(yè)機(jī)器人的感知技術(shù),工業(yè)機(jī)器人的傳感器,工業(yè)機(jī)器人視覺,機(jī)器人視覺概述-組成,工業(yè)機(jī)器人視覺的應(yīng)用,工業(yè)機(jī)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(jī)器視覺領(lǐng)域最前沿最先進(jìn)的技術(shù)水平。,工業(yè)機(jī)器人視覺的應(yīng)用,工業(yè)機(jī)器人視覺,智能制造對機(jī)器人智能化識別、定位、抓取零件的要求越來越高，2D/3D機(jī)器視覺技術(shù)成為機(jī)器人應(yīng)用核心技術(shù)之一。,工業(yè)機(jī)器人視覺的應(yīng)用,工業(yè)機(jī)器人視覺,自動拾取：提高拾取精度，降低機(jī)械固定成本 傳送跟蹤：視覺跟蹤傳送帶上移動的產(chǎn)品，進(jìn)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(jìn)行精確調(diào)整,工業(yè)機(jī)器人視覺的應(yīng)用,工業(yè)機(jī)器人視覺,一般認(rèn)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(jī)器人觸覺,工業(yè)機(jī)器人觸覺,機(jī)器人的接近覺,接近覺是指機(jī)器人能感覺到距離幾毫米到十幾厘米遠(yuǎn)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(jī)器人手部內(nèi)側(cè)）,工業(yè)機(jī)器人觸覺,機(jī)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(hù),壓阻式陣列觸覺傳感器,碳?xì)郑–SA）靈敏度高，具有較強(qiáng)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(jī)器人觸覺,機(jī)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(jī)器人觸覺,機(jī)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(jī)器人觸覺,（a）振動 （b）轉(zhuǎn)動 （c）剪動力 （d）位移（壓力分布）,機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)器人觸覺,機(jī)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(jī)器人觸覺,機(jī)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(jī)器人觸覺,機(jī)器人的力覺,工業(yè)機(jī)器人觸覺,機(jī)器人的力覺,力感測可以通過機(jī)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(jī)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(jī)器人觸覺,機(jī)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(jī)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(jī)器人觸覺,機(jī)器人力覺的應(yīng)用,2. 稱量東西 把橙色和藍(lán)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(lán)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(jī)器人觸覺,機(jī)器人力覺的應(yīng)用,3. 重復(fù)力 如果你正在考慮使用機(jī)器人做裝配任務(wù)，你希望機(jī)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(jìn)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?？梢苑治鲆幌履愕墓ぷ髁鞒蹋纯词欠窨梢允褂昧鞲衅魈娲曈X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(biāo)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(jī)器人有了FT傳感器，就可以手動引導(dǎo)示教機(jī)器人，而不需要使用示教器。,工業(yè)機(jī)器人觸覺,機(jī)器人的力覺,國內(nèi)首臺智能打磨機(jī)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(jī)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(jī)器人觸覺,機(jī)器人的力覺,WACOH——專業(yè)機(jī)器人6軸力傳感器 應(yīng)用領(lǐng)域：精密打磨拋光機(jī)器人、裝配機(jī)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(bǔ)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(jī)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(jī)器人觸覺,機(jī)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(jìn)行復(fù)雜作業(yè)的產(chǎn)業(yè)用多關(guān)節(jié)機(jī)器人及汽車和精密設(shè)備的組裝機(jī)等。該公司認(rèn)為，該系列產(chǎn)品在用于護(hù)理及做家務(wù)等的生活輔助機(jī)器人領(lǐng)域存在大量潛在需求。,工業(yè)機(jī)器人觸覺,指尖傳感器：讓機(jī)器人手更靈巧,得益于手指上增加的力墊（force pad），機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)器人就可以進(jìn)行極為靈巧的操作。,將機(jī)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(jī)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(zhǔn)點定位。 原理構(gòu)造簡單，抗干擾能力強(qiáng)，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(zhǔn)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(jī)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(jī)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(jī)器人所處環(huán)境（如是什么物體，離物體的距離有多遠(yuǎn)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(bǔ)信息依據(jù)某種準(zhǔn)則進(jìn)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(bǔ)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(biāo)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(jī)器人中的傳感器信息融合,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,控制和信 息融合計 算機(jī),,,,,,,,,,自主移動裝配機(jī)器人,裝配機(jī)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(jī)器人,Class is over. Bye-bye!,