工業(yè)機(jī)器人常用材料分析：機(jī)械臂材料與常用傳感器

　 ? 還記得機(jī)器貓嗎？還記得變形金剛嗎？想必每個(gè)小男孩都有一個(gè)機(jī)器人夢(mèng)想，現(xiàn)在的機(jī)器人已經(jīng)開始走進(jìn)我們的日常生活，比如掃地機(jī)器人。機(jī)器人是由計(jì)算機(jī)控制的復(fù)雜機(jī)器，它具有類似人的肢體及感官功能；動(dòng)作程序靈活；有一定程度的智能；在工作時(shí)可以不依賴人的操縱。隨著工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)器人不再只是那個(gè)搬運(yùn)重物的工具，傳感器技術(shù)的應(yīng)用，讓工業(yè)機(jī)器人變得智能了許多，傳感器為機(jī)器人增加了感覺，為機(jī)器人高精度智能化的工作提供了基礎(chǔ)。

工業(yè)機(jī)器人常用材料_工業(yè)機(jī)器人機(jī)械臂材料

　市面上最常見的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域就是搬運(yùn)，點(diǎn)焊，噴涂和弧焊。工業(yè)機(jī)器人由主體、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個(gè)基本部分組成。主體即機(jī)座和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括臂部、腕部和手部，有的機(jī)器人還有行走機(jī)構(gòu)。不同的構(gòu)件需要采用不同的材料。

那么工業(yè)機(jī)器人常用材料有哪些？首先在機(jī)器人的鋼結(jié)構(gòu)中就必不可以少的會(huì)有鋼材，而有些機(jī)器人為了減輕重量就會(huì)使用鋁材，甚至有些機(jī)器人手臂采用的是碳纖維復(fù)合材料。

機(jī)器人手臂重了負(fù)載及慣量大，輕了機(jī)械強(qiáng)度又會(huì)有問題，現(xiàn)在多是采用的鋁鎂合金、碳纖維。

工業(yè)機(jī)器人機(jī)械臂材料涉及到設(shè)計(jì)，工藝，選型，加工，裝配，鈑金，模具，液壓，各種層面，還有機(jī)械臂電纜壽命這些都是在選材時(shí)需要考慮的問題。

而不同應(yīng)用場(chǎng)景下的機(jī)器人會(huì)有不同的材料需求，有些的需要防止腐蝕，有些的要能夠耐高壓，高溫，所以要根據(jù)實(shí)際的使用場(chǎng)景來靈活選擇。而且現(xiàn)在3D打印技術(shù)越來月成熟，制造技術(shù)相信很快會(huì)有跨越式的發(fā)展。

工業(yè)機(jī)器人常用傳感器

　　傳感器用來感測(cè)和采集數(shù)據(jù)，傳感器是機(jī)器人的眼睛和耳朵，機(jī)器人傳感器在機(jī)器人的控制中起了非常重要的作用，正因?yàn)橛辛藗鞲衅?，機(jī)器人才具備了類似人類的知覺功能和反應(yīng)能力，工業(yè)機(jī)器人常用傳感器很多包括壓力傳感器、力覺傳感器、距離傳感器、視覺傳感器、觸覺傳感器等等。

　　1、二維視覺傳感器

　　具有從一整幅圖像捕獲光線的數(shù)發(fā)千計(jì)像素的能力，圖像的清晰和細(xì)膩程度常用分辨率來衡量，以像素?cái)?shù)量表示，在捕獲圖像之后，視覺傳感器將其與內(nèi)存中存儲(chǔ)的基準(zhǔn)圖像進(jìn)行比較，以做出分析。例如，若視覺傳感器被設(shè)定為辨別正確地插有八顆螺栓的機(jī)器部件，則傳感器知道應(yīng)該拒收只有七顆螺栓的部件，或者螺栓未對(duì)準(zhǔn)的部件。此外，無論該機(jī)器部件位于視場(chǎng)中的哪個(gè)位置，無論該部件是否在 360 度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，視覺傳感器都能做出判斷。

　　視覺傳感器可以擴(kuò)展人的視覺范圍，使人們看到視覺范圍以外的微觀世界和宏觀世界。二維視覺傳感器主要就是一個(gè)攝像頭，它可以完成物體運(yùn)動(dòng)的檢測(cè)以及定位等功能，二維視覺傳感器已經(jīng)出現(xiàn)了很長(zhǎng)時(shí)間，許多智能相機(jī)可以配合協(xié)調(diào)工業(yè)機(jī)器人的行動(dòng)路線，根據(jù)接收到的信息對(duì)機(jī)器人的行為進(jìn)行調(diào)整。

　　2、三維視覺傳感器

　　利用視覺信息進(jìn)行判別和理解（機(jī)械視覺）等研究方面所不可缺少的，特別是如果能實(shí)時(shí)地獲取運(yùn)動(dòng)物體的三維形狀的話，其應(yīng)用范圍還會(huì)更廣。工業(yè)用的三維形狀測(cè)定主要是采用狹縫光投影法，這種方法是基于三角測(cè)量的原理，將狹縫光透射到被測(cè)物上在用攝像器探測(cè)其反射光，這時(shí)，從狹縫的透射方向和攝像器上狹縫的位置就能獲得被測(cè)物的三維形狀，一次可以得到一行信息，因?yàn)榭梢詫?shí)現(xiàn)高精度化和小型化，所以是目前最適合實(shí)用化的方法。

　　狹縫光的生成，一般是采用半導(dǎo)體激光器和圓柱狀透鏡，在攝像傳感器中采用電視攝像機(jī)的結(jié)構(gòu)。

　　最近三維視覺傳感器逐漸興起，三維視覺系統(tǒng)必須具備兩個(gè)攝像機(jī)在不同角度進(jìn)行拍攝，這樣物體的三維模型可以被檢測(cè)識(shí)別出來。相比于二維視覺系統(tǒng)，三維傳感器可以更加直觀的展現(xiàn)事物。

　　3、力扭矩傳感器

　　力扭矩傳感器是一種可以讓機(jī)器人知道力的傳感器，可以對(duì)機(jī)器人手臂上的力進(jìn)行監(jiān)控，根據(jù)數(shù)據(jù)分析，對(duì)機(jī)器人接下來行為作出指導(dǎo)。

　　扭矩傳感器，（又稱力矩傳感器、扭力傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器、扭矩儀）分為動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩大類，其中動(dòng)態(tài)扭矩傳感器又可叫做轉(zhuǎn)矩傳感器、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、非接觸扭矩傳感器、旋轉(zhuǎn)扭矩傳感器等。 扭矩傳感器是對(duì)各種旋轉(zhuǎn)或非旋轉(zhuǎn)機(jī)械部件上對(duì)扭轉(zhuǎn)力矩感知的檢測(cè)。扭矩傳感器將扭力的物理變化轉(zhuǎn)換成精確的電信號(hào)。扭矩傳感器可以應(yīng)用在制造粘度計(jì)，電動(dòng)（氣動(dòng)，液力）扭力扳手，它具有精度高，頻響快，可靠性好，壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

　　動(dòng)態(tài)扭矩傳感器采用應(yīng)變片電測(cè)技術(shù) ，在彈性軸上組成應(yīng)變橋，向應(yīng)變橋提供電源即可測(cè)得該彈性軸受扭的電信號(hào)。將該應(yīng)變信號(hào)放大后，經(jīng)過壓/頻轉(zhuǎn)換，變成與扭應(yīng)變成正比的頻率信號(hào)。

　　動(dòng)態(tài)扭矩傳感器是一種測(cè)量各種扭矩、轉(zhuǎn)速及機(jī)械功率的精密測(cè)量?jī)x器。應(yīng)用范圍十分廣泛，主要用于：

　?、佟‰妱?dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等旋轉(zhuǎn)動(dòng)力設(shè)備輸出扭矩及功率的檢測(cè)；

　　②　風(fēng)機(jī)、水泵、齒輪箱、扭力板手的扭矩及功率的檢測(cè)；

　?、邸¤F路機(jī)車、汽車、拖拉機(jī)、飛機(jī)、船舶、礦山機(jī)械中的扭矩及功率的檢測(cè)；

　　④　可用于污水處理系統(tǒng)中的扭矩及功率的檢測(cè)；

　?、荨】捎糜谥圃煺扯扔?jì)；

　?、蕖】捎糜谶^程工業(yè)和流程工業(yè)中。

　　靜態(tài)扭矩傳感器是根據(jù)電阻應(yīng)變?cè)戆雅まD(zhuǎn)力矩產(chǎn)生的應(yīng)變轉(zhuǎn)換成與其成線性關(guān)系的電信號(hào)的儀器，該產(chǎn)品制造工藝成熟，品種齊全，量程范圍廣，精度高，性能穩(wěn)定可靠。靜態(tài)扭矩傳感器中的這個(gè)靜態(tài)是指?jìng)鞲衅鞯臏y(cè)量彈性體不參與相對(duì)運(yùn)動(dòng)。廣泛應(yīng)用于試驗(yàn)機(jī)、靜止扭矩檢測(cè)等測(cè)試系統(tǒng)中，由于出色的穩(wěn)定性、較高的測(cè)量精度和極高的性價(jià)比而受到用戶的贊譽(yù)。

　　4、碰撞檢測(cè)傳感器

　　碰撞檢測(cè)傳感器是一款行人碰撞檢測(cè)傳感器，能夠更精確地檢測(cè)車輛與行人之間的碰撞，使彈出式發(fā)動(dòng)機(jī)罩的運(yùn)作更精確。在傳統(tǒng)的彈出式發(fā)動(dòng)機(jī)罩中，前保險(xiǎn)杠上安裝有幾個(gè)加速傳感器，當(dāng)碰撞發(fā)生時(shí)，傳感器未必能夠檢測(cè)到碰撞，這取決于行人與前保險(xiǎn)杠的接觸位置。該傳感器由兩個(gè)壓力傳感器和一個(gè)中空的聚乙烯殼體組成，這些傳感器與殼體與保險(xiǎn)杠內(nèi)部結(jié)構(gòu)相吻合。在一次正面碰撞中，壓力傳感器檢測(cè)中空殼體中的壓力變化，當(dāng)保險(xiǎn)杠發(fā)生變形時(shí)，內(nèi)部壓力則會(huì)增加，從而無論碰撞發(fā)生在保險(xiǎn)杠的何處，壓力傳感器都能精確地檢測(cè)出碰撞。

　　工業(yè)機(jī)器人尤其是協(xié)作機(jī)器人最大的要求就是安全，要營(yíng)造一個(gè)安全的工作環(huán)境，就必須讓機(jī)器人識(shí)別什么事不安全。一個(gè)碰撞傳感器的使用，可以讓機(jī)器人理解自己碰到了什么東西，并且發(fā)送一個(gè)信號(hào)暫?；蛘咄Ｖ箼C(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。

　　5、安全傳感器

　　安全傳感器，是指能感受（或響應(yīng)）規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)輸出的器件或裝置稱為傳感器。安全傳感器通常由直接響應(yīng)于被測(cè)量的敏感元件和產(chǎn)生可用信號(hào)輸出的轉(zhuǎn)換元件以及相應(yīng)的電子線路所組成。

　　與上面的碰撞檢測(cè)傳感器不同，使用安全傳感器可以讓工業(yè)機(jī)器人感覺到周圍存在的物體，安全傳感器的存在，避免機(jī)器人與其他物體發(fā)生碰撞。

　　6、距離傳感器

　　用于智能移動(dòng)機(jī)器人的距離傳感器有：激光測(cè)距儀（兼可測(cè)角）、聲納傳感器等。

　　7、觸覺傳感器

　　微型開關(guān)是接觸傳感器最常用型式，另有隔離式雙態(tài)接觸傳感器（即雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)半導(dǎo)體電路）、單模擬量傳感器、矩陣傳感器（壓電元件的矩陣傳感器、人工皮膚——變電導(dǎo)聚合物、光反射觸覺傳感器等）。

　　8、位置傳感器

　　直線移動(dòng)傳感器有電位計(jì)式傳感器和可調(diào)變壓器兩種。角位移傳感器有電位計(jì)式、可調(diào)變壓器（旋轉(zhuǎn)變壓器）及光電編碼器三種，其中光電編碼器有增量式編碼器和絕對(duì)式編碼器。增量式編碼器一般用于零位不確定的位置伺服控制，絕對(duì)式編碼器能夠得到對(duì)應(yīng)于編碼器初始鎖定位置的驅(qū)動(dòng)軸瞬時(shí)角度值，當(dāng)設(shè)備受到壓力時(shí)，只要讀出每個(gè)關(guān)節(jié)編碼器的讀數(shù)，就能夠?qū)λ欧刂频慕o定值進(jìn)行調(diào)整，以防止機(jī)器人啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生過劇烈的運(yùn)動(dòng)。

　　9、速度傳感器

　　速度傳感器有測(cè)量平移和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)速度兩種，但大多數(shù)情況下，只限于測(cè)量旋轉(zhuǎn)速度。利用位移的導(dǎo)數(shù)，特別是光電方法讓光照射旋轉(zhuǎn)圓盤，檢測(cè)出旋轉(zhuǎn)頻率和脈沖數(shù)目，以求出旋轉(zhuǎn)角度，及利用圓盤制成有縫隙，通過二個(gè)光電二極管辨別出角速度，即轉(zhuǎn)速，這就是光電脈沖式轉(zhuǎn)速傳感器。

　　10、加速度傳感器

　　加速度傳感器是一種能夠測(cè)量加速度的傳感器。通常由質(zhì)量塊、阻尼器、彈性元件、敏感元件和適調(diào)電路等部分組成。傳感器在加速過程中，通過對(duì)質(zhì)量塊所受慣性力的測(cè)量，利用牛頓第二定律獲得加速度值。根據(jù)傳感器敏感元件的不同，常見的加速度傳感器包括電容式、電感式、應(yīng)變式、壓阻式、壓電式等。

上文提到的都是外部傳感器；外部傳感器是用來獲取有關(guān)機(jī)器人的作業(yè)對(duì)象及外界環(huán)境等方面的信息，是機(jī)器人與周圍交互工作的信息通道，用來執(zhí)行視覺、接近覺、觸覺、力覺等傳感器，比如距離測(cè)量、聲音、光線等。

還有內(nèi)部傳感器；內(nèi)部傳感器主要用來檢測(cè)機(jī)器人各內(nèi)部系統(tǒng)的狀況，如各關(guān)節(jié)的位置、速度、加速度溫度、電機(jī)速度、電機(jī)載荷、電池電壓等，并將所測(cè)得的信息作為反饋信息送至控制器，形成閉環(huán)控制。