工业机器人中常用到的传感器

传感器是实现软件智能的关键组件。没有传感器，就无法实现许多复杂的操作。它们不仅实现了复杂的操作，而且确保了这些操作在进行过程中得到了很好的控制。

传感器常用于工业机器人

在工业自动化领域，机器人需要传感器提供必要的信息，以正确执行相关操作。2021年，全球工业机器人传感器市场年增长率约为8%（CAGR）稳步增长。另一份报告明确指出，到2027年，视觉系统将单独实现57亿美元的市场，力传感器市场将超过69亿美元。

以下是工业机器人中最常用的传感器

·二维视觉传感器

二维视觉是一种摄像头，可以执行各种任务，如从检测运动物体到传送带的零件定位。许多智能相机可以检测零件，并帮助机器人确定零件的位置。机器人可以根据收到的信息适当调整其动作。

·三维视觉传感器

三维视觉系统必须有两个不同角度的相机或激光扫描仪来检测对象的第三维度。例如，零件取放是利用三维视觉技术检测对象，创建三维图像，分析和选择最佳的拾取方法。

·力/力矩传感器

如果视觉传感器给机器人的眼睛，力/力矩传感器给机器人带来触觉。机器人使用力/力矩传感器来感知终端执行器的强度。在大多数情况下，力/力矩传感器位于机器人和夹具之间，因此反馈给夹具的所有力都受到机器人的监控。通过力/力矩传感器，可以实现装配、人工指导、教学、力度限制等应用。

·碰撞检测传感器

该传感器有多种形式，其主要应用是为操作人员提供安全的工作环境，合作机器人最需要它们。这些传感器有各种形式，从摄像头到激光，目的是告诉机器人周围的情况。当有人出现在特定区域/空间时，机器人会自动减速，如果人员继续靠近，机器人就会停止工作。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，电梯门会立即停止并返回，以避免碰撞。

·其它传感器

市场上有许多适合不同应用的传感器。例如焊缝跟踪传感器等。触觉传感器也越来越流行。这类传感器一般安装在抓手上，用来检测和感觉抓取的物体是什么，另外还有一些触觉传感器可以检测热量的变化。视觉和接近传感器类似于自动驾驶车辆所需的传感器，包括摄像头、红外线、声纳、超声波、雷达和激光雷达。将这些传感器组合起来，机器人就能确定尺寸，识别物体，确定距离。

传感器主要用于工业机器人避障？

移动机器人需要通过传感器实时获取周围的障碍物信息，包括尺寸、形状和位置信息。避障传感器种类繁多，如视觉传感器、激光传感器、红外传感器、超声波传感器等。

·超声传感器

超声d=vt/2测量距离，其中d为距离，v是声速，t是飞行时间。

通过压电或静电变送器产生几十个频率kHz超声脉冲组成波包，系统检测高于某个阈值的反向声波，然后用测量的飞行时间计算距离。超声传感器一般工作距离短，普通有效检测距离几米，但最小检测盲区约几十毫米。超声传感器是移动机器人中常用的传感器，因为它成本低，实现方法简单，技术成熟。

·红外传感器

一般来说，红外测距采用三角测距的原理。红外发射器从一定角度发射红外光束。遇到物体后，光反向返回。检测到反射光后，物体距离可以通过结构上的几何三角关系来计算D。

当D足够近时，上图中的L值将相当大，如果超过CCD虽然物体很近，但传感器看不到探测范围。当物体距离D很大时，L值会很小，测量精度会变差。因此，普通红外传感器的测量距离相对较近，小于超声波，远程测量也有最小距离限制。此外，红外传感器无法检测透明或类似黑体的物体之间的距离。但红外传感器的带宽高于超声波。

·激光传感器

基于飞行时间的常见激光雷达（ToF，time of flight），测量激光的飞行时间d=ct与上述超声测距公式相似，d为距离，c是光速，t是从发射到接收的时间间隔。

相对简单的方法是测量反射光的相移，传感器以已知的频率发射一定的调制光，并测量发射和反向信号之间的相移，如上图所示。

调制信号的波长为lamda=c/f，C是光速，f调制频率，测量发射和反射光束之间的相移差theta之后，距离可由lamda*theta/4pi计算得到，如上图所示。

·视觉传感器

常用的计算机视觉方案也有很多种， 例如，基于双眼视觉TOF基于结构光的深度相机等。基于结构光的深度相机发射出的光会生成相对随机但又固定的斑点图样，光斑打在物体上，因为与摄像头距离不同，被摄像头捕捉到的位置也不相同。首先计算不同位置斑点与校准标准图案之间的偏移，并利用相机位置、传感器大小等参数计算物体与相机之间的距离。

双眼视觉测距本质上也是一种三角形测距方法。由于两个摄像头的位置不同，就像两只眼睛一样，你看到的对象也不同。两个摄像头看到的同一点P，成像时会有不同的像素位置，这个点的距离可以通过三角测距来测量。

传感器为智能工厂提供触觉是实现自动检测和自动控制的主要环节。它能感觉到被测量的信息，并将感觉到的信息转换为电信号或其他形式的信息输出。在自动化生产过程中，需要使用各种传感器来监控参数，使设备处于正常或最佳状态，使产品达到最佳质量。