工业机器人需要什么传感器？

根据工业物联网的技术升迁，增强现实（AR），云计算等技术，全球制造公司已开始建立智能工厂以实现自动化，信息和智能工业制造。其中，工业机器人将成为这一智能制造转型的重要组成部分。

传感器技术是工业机器人的核心技术之一，允许机器人选择路径，感知环境的变化，并在复杂情况下做出正确的判断，就像人类一样。特别是在工业自动化领域，机器人需要传感器来提供必要的信息，以便正确执行相关的复杂操作。

根据市场预测，到2021年，全球工业机器人传感器市场将稳定地以大约8％的复合年增长率（CAGR）稳步增长。对于包括消费者和汽车的机器人感测应用程序，另一份报告明确指出，到2027年，视力系统将单独实现57亿美元的市场，力量传感器市场将超过69亿美元。

工业机器人开始使用大量传感器，以确保工业自动化过程中的良好控制和运行。例如，协作机器人集成了扭矩传感器和相机。除了提供更好的角度外，还要确保工作区域的安全性。此外，哪些传感器融入了工业机器人？

智能工厂工业机器人的主要核心之一

机器人自动化是一项快速发展的技术。在短短几十年里，工业机器人已经成为世界各地工厂的通用设备。

工业机器人是一种自动执行工作的机械设备。它可以接受人类命令，执行预先安排的程序，或根据人工智能（AI）技术所定义的指令。此外，它可以克服严酷的环境对生产的影响，减少劳动力的使用，确保工人的安全，同时帮助工厂节省生产成本，提高生产效率，从而确保产品质量。

工业机器人是自由度机器的多程度自由度机器设备，可根据自己的电源和控制能力自动执行工作并实现各种功能。它们由三个主要部分组成：机械，传感和控制。这三个主要部分分为六个子系统。他们是：

• 驱动系统：为每个接头放置一个传动装置，即每种程度的运动自由度，使机器人移动。
• 机械结构系统：它由三个部分组成：车身，臂和终端操纵器。每个大块具有多程度的自由度，形成了自由度的机械系统。臂通常由上臂，下臂和手腕组成。端部操纵器是直接安装在手腕上的重要部分。它可以是双手指或多指爪，油漆喷枪，焊枪等。
• 传感系统：在内部和外部环境状态下获得有意义的信息，提高机器人的机动性，适应性和智能水平。
• 机器人环境交互系统：一个系统，使机器人能够与外部环境中的设备进行交互和坐标。
• 人机交互系统:人与机器人进行交流和参与机器人控制的装置。
• 控制系统：根据机器人的操作指令程序和从传感器返回的信号，它控制机器人的执行器完成规定的动作和功能。

传感器通常用于工业机器人

用于工业机器人的最常用的传感器包括二维视觉传感器，三维视觉传感器，力/扭矩传感器和碰撞检测传感器。

二维视觉传感器：二维视觉是一种相机，可以执行各种任务，从检测移动物体到定位传送带上的零件。许多智能摄像机可以检测部件并辅助机器人确定部分的位置，并且机器人可以基于所接收的信息适当地调整其运动。

3D Vision传感器：3D视觉系统必须有两个不同角度的摄像机或激光扫描仪来检测物体的三维度。例如零件的拾取与放置就是利用三维视觉技术检测物体并生成三维图像，分析并选择最佳的拾取方法。

力/扭矩传感器：如果可视传感器给出机器人的眼睛，则力/扭矩传感器使机器人具有触摸感。机器人使用力/扭矩传感器来感测末端执行器的力。在大多数情况下，力/扭矩传感器位于机器人和夹具之间，使得通过机器人监测回到夹具的所有力。通过力/扭矩传感器，可以实现组装，手动指导，教学和力限制等应用。

碰撞检测传感器：该传感器有各种形式，其主要应用是为运营商提供安全的工作环境，并且协作机器人需要它们。

有些传感器可以是某种触觉识别系统，它通过柔软的表面感知压力，并向机器人发送信号，限制或停止机器人的运动。有些传感器是直接植入机器人体内的。一些公司使用加速度计反馈，而另一些公司使用电流反馈。在这两种情况下，当机器人感觉到异常力时，它会触发紧急停车以确保安全。

为了让工业机器人与人合作，首先找到一种确保工人安全的方法。这些传感器采用各种形式，从相机到激光等。目的是告诉机器人的周围环境。可以设置一些安全系统，以便当有人出现在特定区域/空间中时，机器人将自动减速，如果该人继续接近，机器人将停止工作。

最简单的例子是电梯门上的激光安全传感器。当激光检测到障碍物时，电梯门将立即停止并撤退以避免碰撞。

适用于不同应用的其他传感器

市场上有许多适合不同应用的传感器。例如，接缝跟踪传感器和触觉传感器也变得越来越流行。这种类型的传感器通常安装在抓手上，以检测和感觉被抓的东西。传感器通常可以检测到力，得到力的分布，从而知道物体的准确位置，从而控制抓斗位置和末端执行器的抓斗力。还有一些触觉传感器可以探测到热量的变化。

视觉和接近传感器类似于自主车辆所需的传感器，包括摄像机，红外线，声纳，超声波，雷达和延期乐队。在某些情况下，可以使用多个摄像头，尤其是立体声视觉。使用这些传感器组合使用，机器人可以确定大小，识别对象，并确定其距离。

射频识别（RFID）感测可以提供识别码并允许授权机器人获取其他信息。

麦克风（声学传感器）协助工业机器人接收语音命令并识别熟悉环境中的异常声音。如果添加压电传感器，它也可以识别和消除由振动引起的噪音，并避免机器人误解的语音命令。高级算法甚至可以让机器人了解扬声器的情绪。

温度传感是机器人自诊断的一部分，可用于确定周围环境以避免潜在的有害热源。此外，使用化学，光学和彩色传感器，机器人可以评估，调整和检测其环境中的问题。

对于可以行走，逃跑或甚至跳舞，稳定的人形机器人是一个主要问题。它们需要与智能手机相同类型的传感器，以便提供机器人的准确位置信息。在这些应用中，使用具有3轴加速度计，3轴陀螺仪和3轴磁力计的9度自由度（9dof）传感器或惯性测量单元（IMU）。

针对移动机器人的避障传感器

移动机器人需要使用传感器来捕获实时障碍物信息，包括尺寸，形状和位置信息，以实现避免避免。有多种用于避免障碍物的传感器。目前，普通传感器包括视觉传感器，激光传感器，红外传感器和超声波传感器。

• 超声波传感器：超声波传感器的基本原理是测量超声波的飞行时间，并测量通过d = vt / 2的距离，其中d是距离，v是声速，而t是时间飞行。
  当D的距离足够近时，L的值会变得比较大。如果超过CCD的探测范围，即使物体很近，传感器也可能看不见。当目标距离D较大时，L值较小，测量精度下降。因此，普通红外传感器的测量距离相对较短，小于超声波的测量距离，同时距离测量也有最小距离限制。此外，对于透明或接近黑体的物体，红外传感器无法探测到距离。但与超声波相比，红外传感器有更高的带宽。
• 激光传感器：普通激光雷达基于飞行时间（TOF）。通过测量激光器的飞行时间来测量距离D = CT / 2，类似于先前提到的超声测距公式，其中D是距离，C是光速是从传输到的时间间隔接待。
  更简单的解决方案是测量反射光的相移。该传感器以已知频率发射特定幅度的调制光，并测量发送和反向信号之间的相移。
  调制信号的波长是LAMDA = C / F，其中C是光速，F是调制频率。在测量发射和反射光束之间的相移差θ之后，可以通过LAMDA * THETA / 4PI计算距离，如上所示。
• 视觉传感器：有许多常见的计算机视觉解决方案，如双筒望远镜，基于TOF的深度摄像头，基于结构光的深度摄像机等。
  基于结构光的深度摄像机发出的光将产生相对随机但固定点模式。光点击中对象，因为从相机的距离不同，相机捕获的位置也不同。首先，计算点之间的偏移和不同位置的校准标准图案。可以使用诸如相机位置和传感器尺寸的参数来计算对象和相机之间的距离。
  双目视觉距离测量也是一种本质上的三角测量方法。由于两个相机的位置不同，就像一个人的两只眼睛一样，他们看到的物体是不同的。两个相机看到的相同点P在成像期间具有不同的像素位置。此时，可以通过三角测量测量该点的距离。

结论

在“行业4.0”时代，重点是自动化和信息化的整合。作为自动化制造过程的重要参与者，工业机器人直接影响了工业制造自动化水平。

随着工业产品复杂性和精度的要求继续增加，机器人的应用和要求变得越来越复杂和苛刻。机器人的计算平台从传统的PC平台和嵌入式平台扩展到智能手机和用于移动设备的平板电脑，配备机器人的传感器从简单的光电开关和触摸开关到高级传感器，如触觉，声学和视觉等。机器人伺服系统和控制系统之间的通信方法也从原始“脉冲”发生了变化。“方向”通信电缆已开发到各种现场母线，具有更有效的通信和更大的通信数据。

机器人控制系统正在改变开放性。诸如工业互联网，大数据分析和虚拟化等技术的开发也使机器人更好地集成到制造应用中。