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第4章 工业机器人的环境感觉技术 4.1 工业机器人的视觉 4.2 工业机器人的触觉 4.3 工业机器人的位置及位移 4.4 多感觉智能机器人 习题 传感器的种类 1.根据传感器位置分类 内部传感器：检测机器人本身状态（手臂间角度等）的传感器。 外部传感器：检测机器人所处环境（是什么物体，离物体的距离有多远等）及状况（抓取的物体滑落等）的传感器。外部传感器分为末端执行器传感器和环境传感器。 末端执行器传感器：主要装在作为末端执行器的手上，检测处理精巧作业的感觉信息。相当于触觉。 环境传感器：用于识别物体和检测物体与机器人的距离。相当于视觉。 2.根据传感器功能分类 视觉、触觉、位置及位移、温度、湿度 4.1 工业机器人的视觉4.1.1 视觉系统的硬件组成 视觉系统可以分为图像输入(获取)、图像处理、图像理解、图像存储和图像输出几个部分(见图4.1)。 实际系统可以根据需要选择其中的若干部件。 图 4.1 视觉系统的硬件组成 　　1. 视觉传感器　视觉传感器是将景物的光信号转换成电信号的器件。大多数机器人视觉都不必通过胶卷等媒介物,而是直接把景物摄入。过去经常使用光导摄像等电视摄像机作为机器人的视觉传感器, 近年来开发了CCD(电荷耦合器件)和MOS(金属氧化物半导体)器件等组成的固体视觉传感器。固体传感器又可以分为一维线性传感器和二维线性传感器,目前二维线性传感器已经能做到四千个像素以上。由于固体视觉传感器具有体积小、 重量轻等优点, 因此应用日趋广泛。 　由视觉传感器得到的电信号, 经过A／D转换成数字信号, 称为数字图像。一般地,一个画面可以分成256×256像素、 512×512像素或1024×1024像素,像素的灰度可以用4位或8位二进制数来表示。一般情况下, 这么大的信息量对机器人系统来说是足够的。要求比较高的场合,还可以通过彩色摄像系统或在黑白摄像管前面加上红、绿、蓝等滤光器得到颜色信息和较好的反差。 　如果能在传感器的信息中加入景物各点与摄像管之间的距离信息,显然是很有用的。每个像素都含有距离信息的图像, 称之为距离图像。目前,有人正在研究获得距离信息的各种办法, 但至今还没有一种简单实用的装置。 　　2. 摄像机和光源控制　机器人的视觉系统直接把景物转化成图像输入信号, 因此取景部分应当能根据具体情况自动调节光圈的焦点, 以便得到一张容易处理的图像。为此应能调节以下几个参量: 　(1) 焦点能自动对准要看的物体。 　(2) 根据光线强弱自动调节光圈。 　(3) 自动转动摄像机, 使被摄物体位于视野中央。 　(4) 根据目标物体的颜色选择滤光器。 　此外, 还应当调节光源的方向和强度, 使目标物体能够看得更清楚。 　3. 计算机　由视觉传感器得到的图像信息要由计算机存储和处理, 根据各种目的输出处理后的结果。20世纪80年代以前,由于微计算机的内存量小,内存的价格高, 因此往往另加一个图像存储器来储存图像数据。现在, 除了某些大规模视觉系统之外, 一般都使用微计算机或小型机。　除了通过显示器显示图形之外,还可以用打印机或绘图仪输出图像，且使用转换精度为8位A/D转换器就可以了。但由于数据量大, 要求转换速度快, 目前已在使用100 MB 以上的8位A／D转换芯片。 　　4. 图像处理机　一般计算机都是串行运算的, 要处理二维图像很费时间。 在要求较高的场合, 可以设置一种专用的图像处理机,以便缩短计算时间。 图像处理只是对图像数据做了一些简单、重复的预处理, 数据进入计算机后, 还要进行各种运算。 4.1.2 机器人视觉的应用　1. 弧焊过程中焊枪对焊缝的自动对中　图4.2所示为具有视觉焊缝对中的弧焊机器人的系统结构。 图像传感器直接安装在机器人末端执行器。焊接过程中,图像传感器对焊缝进行扫描检测, 获得焊前区焊缝的截面参数曲线， 计算机根据该截面参数计算出末端执行器相对焊缝中心线的偏移量Δ,然后发出位移修正指令,调整末端执行器直到偏移量Δ=0为止。瑞典ASEA公司研制的Opotocator 弧焊用视觉系统, 安装在距工件175 mm高度,视野宽度32 mm,分辨率0.06 mm; 安装在IRL6／2弧焊机器人上能达到对中精度为0.40 mm。这种传感器还可测量出钢板厚度,能自动调节弧焊电流, 从而保证焊接质量, 并使厚度为0.80 mm的薄钢板焊接成为可能。弧焊机器人装上视觉系统后给编程带来了方便, 编程时只需严格按图样进行。 在焊接过程中产生的焊缝变形、装卡及传动系统的误差均可由视觉系统自动检测并加以补偿。 图 4.2 具有视觉焊缝对中的弧焊机器人的系统结构 图 4.3 实现机器人弧焊工作焊缝的自动跟踪原理图 　2. 装配作业中的应用　图4.4所示为一个吸尘器自动装配实验系统