智能 傳感器的使用提高了機器人的機動性、適應性和智能化水平。人類的感受系統對感知外部世 界信息是極其巧妙的，然而對于一些特殊的信息，傳感器比人類的感受系統更有效。

(1)機器人對傳感器的要求

①基本性能要求

a. 精度高。精度定義為傳感器的輸出值與期望值的接近程度。對于給定輸入，傳感器 有一個期望輸出，而精度則與傳感器的輸出和該期望值的接近程度有關。機器人傳感器的精 度直接影響機器人的工作質量。用于檢測和控制機器人運動的傳感器是控制機器人定位精度 的基礎。機器人是否能夠準確無誤地正常工作，往往取決于傳感器的測量精度。

b. 重復性好。對同樣的輸入，如果對傳感器的輸出進行多次測量，那么每次輸出都可能不一樣。重復精度反映了傳感器多次輸出之間的變化程度。通常，如果進行足夠次數的測 量，那么就可以確定一個范圍，它能包括所有在標稱值周圍的測量結果，那么這個范圍就定 義為重復精度。通常重復精度比精度更重要，在多數情況下，不準確度是由系統誤差導致 的，因為它們可以預測和測量，所以可以進行修正和補償。重復性誤差通常是隨機的，不容 易補償。

c. 穩定性好，可靠性高。機器人傳感器的穩定性和可靠性是保證機器人能夠長期穩定可靠地工作的必要條件。機器人經常是在無人照管的條件下代替人來操作，如果它在工作中 出現故障，輕者影響生產的正常進行，重者造成嚴重事故。

d. 抗干擾能力強。機器人傳感器的工作環境比較惡劣，它應當能夠承受強電磁干擾、 強振動，并能夠在一定的高溫、高壓、高污染環境中正常工作。

e. 質量小、體積小、安裝方便可靠。對于安裝在機器人操作臂等運動部件上的傳感器， 質量要小，否則會加大運動部件的慣性，減少總的有效載荷，影響機器人的運動性能。對于 工作空間受到某種限制的機器人，對體積和安裝方向的要求也是必不可少的。例如，關節位 移傳感器需要與關節的設計相適應，并能與機器人中的其他部件一起移動，但關節周圍可利 用的空間可能會受到限制。另外，體積龐大的傳感器可能會限制關節的運動范圍。因此，確 保給關節傳感器留下足夠大的空間非常重要。

f. 價格適當。傳感器的價格是需要考慮的重要因素，尤其在一臺機器需要使用多個傳 感器時更是如此。然而價格需要與其他設計要求相平衡，例如可靠性、傳感器數據的重要 性、精度和壽命等。

g. 輸出類型(數字式或模擬式)的選擇。根據不同的應用，傳感器的輸出可以是數字 量也可以是模擬量，它們可以直接使用，也可能需要對其進行轉換后才能使用。例如，電位 器的輸出是模擬量，而編碼器的輸出則是數字量。如果編碼器連同微處理器一起使用，其輸 出可直接傳輸至處理器的輸入端，而電位器的輸出則需要利用模數轉換器 (ADC) 轉變成 數字信號。哪種輸出類型比較合適需要結合其他要求進行折中考慮。

h. 接口匹配。傳感器需要能與其他設備相連接，如微處理器和控制器。倘若傳感器與 其他設備的接口不匹配或兩者之間需要其他的額外電路，那么需要解決傳感器與設備間的接 口問題。

②工作任務要求 

 現代工業中，機器人被用于執行各種加工任務，其中比較常見的加 工任務有物料搬運、裝配、噴漆、焊接、檢驗等。不同的加工任務對機器人提出不同的感覺要求。

多數搬運機器人目前尚不具有感覺能力，它們只能在指定的位置上拾取確定的零件。而 且，在機器人拾取零件以前，除了需要給機器人定位以外，還需要采用某種輔助設備或工藝 措施，把被拾取的零件準確定位和定向，這就使得加工工序或設備更加復雜。如果搬運機器 人具有視覺、觸覺和力覺等感覺能力，就會改善這種狀況。視覺系統用于被拾取零件的粗定 位，使機器人能夠根據需要，尋找應該拾取的零件，并確定該零件的大致位置。觸覺傳感器 用于感知被拾取零件的存在、確定該零件的準確位置，以及確定該零件的方向。觸覺傳感器 有助于機器人更加可靠地拾取零件。力覺傳感器主要用于控制搬運機器人的夾持力，防止機 器人手爪損壞被抓取的零件。

裝配機器人對傳感器的要求類似于搬運機器人，也需要視覺、觸覺和力覺等感覺能力。 通常，裝配機器人對工作位置的要求更高。現在，越來越多的機器人正進入裝配工作領域， 主要任務是銷、軸、螺釘和螺栓等裝配工作。為了使被裝配的零件獲得對應的裝配位置，采 用視覺系統選擇合適的裝配零件，并對它們進行粗定位，機器人觸覺系統能夠自動校正裝配 位置。

噴漆機器人一般需要采用兩種類型的傳感系統： 一種主要用于位置(或速度)的檢測； 另一種用于工作對象的識別。用于位置檢測的傳感器，包括光電開關、測速碼盤、超聲波測 距傳感器、氣動式安全保護器等。待漆工件進入噴漆機器人的工作范圍時，光電開關立即接 通，通知正常的噴漆工作要求。超聲波測距傳感器一方面可以用于檢測待漆工件的到來，另 一方面用來監視機器人及其周圍設備的相對位置變化，以避免發生相互碰撞。 一旦機器人末 端執行器與周圍物體發生碰撞，氣動式安全保護器會自動切斷機器人的動力源，以減少不必 要的損失。現代生產經常采用多品種混合加工的柔性生產方式，噴漆機器人系統需要同時對 不同種類的工件進行噴漆加工，要求噴漆機器人具備零件識別功能。為此，當待漆工件進入 噴漆作業區時，機器人需要識別該工件的類型，然后從存儲器中取出相應的加工程序進行噴 漆。用于這項任務的傳感器，包括陣列觸覺傳感器系統和機器人視覺系統。由于制造水平的 限制，陣列式觸覺傳感系統只能識別那些形狀比較簡單的工件，較復雜工件的識別則需要采 用視覺系統。

焊接機器人包括點焊機器人和弧焊機器人兩類。這兩類機器人都需要用位置傳感器和速 度傳感器進行控制。位置傳感器主要是采用光電式增量碼盤，也可以采用較精密的電位器。 根據現在的制造水平，光電式增量碼盤具有較高的檢測精度和較高的可靠性，但價格昂貴。 速度傳感器目前主要采用測速發電機，其中交流測速發電機的線性度比較高，且正向與反向 輸出特性比較對稱，比直流測速發電機更適合于弧焊機器人使用。為了檢測點焊機器人與待 焊工件的接近情況，控制點焊機器人的運動速度，點焊機器人還需要裝備接近度傳感器。如 前所述，弧焊機器人對傳感器有一個特殊要求，需要采用傳感器使焊槍沿焊縫自動定位，并 且自動跟蹤焊縫，目前完成這一功能的常見傳感器有觸覺傳感器、位置傳感器和視覺傳 感器。

環境感知能力是移動機器人除了移動之外Z基本的一種能力，感知能力的高低直接決定 了一個移動機器人的智能性，而感知能力是由感知系統決定的。移動機器人的感知系統相當 于人的五官和神經系統，是機器人獲取外部環境信息及進行內部反饋控制的工具，它是移動 機器人Z重要的部分之一。移動機器人的感知系統通常由多種傳感器組成，這些傳感器處于 連接外部環境與移動機器人的接口位置，是機器人獲取信息的窗口。機器人用這些傳感器采集各種信息，然后采取適當的方法，將多個傳感器獲取的環境信息加以綜合處理，控制機器 人進行智能作業。