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多傳感器融合提高工業(yè)機器人的性能

發(fā)布時間:2015-01-16 責任編輯:xueqi

【導讀】在當下機器人傳感器系統(tǒng)設計中,下一步的趨勢將會是借助傳感器,來實現機器人性能目標。這通常被稱為傳感器融合,支持傳感器系統(tǒng)利用各個傳感器的優(yōu)勢生成更準確的數據和更好的產品設計。
 
目前,很多大型工廠都有大量的工業(yè)機器人,它們與人力一起,為社會工業(yè)化生產創(chuàng)造了不僅其數的價值。但是,目前的工業(yè)機器人仍舊在不停地發(fā)生著技術上的改進,特別是伴隨著MEMS加速度傳感器、陀螺儀、壓力傳感器等智能化元器件的更新與改進,工業(yè)機器人也會借助傳感器技術使它們變得更智能、使用更安全,從而激發(fā)提供更大的價值的諸多潛能。
  
MEMS技術讓傳感器更加小型化、智能化的同時,也提高了工業(yè)機器人的工作效率和安全。由于工業(yè)機器人除了更好地檢測到異常情況,例如可能造成損壞的劇烈震動外,更需要感測到工人的存在,以避免對工人造成傷害。例如,在很多臂式機器人中,設計人員可以選用內置了微控制器和內存的加速度傳感器,通過定制軟件構建微小的控制系統(tǒng),在機器人的末梢或手臂部分安裝必要的傳感器,來控制機器人的手臂運動,監(jiān)測工作中的異常情況,同時也保證了安全生產的進行。
 
 
圖:多傳感器融合提高工業(yè)機器人的性能
 
而在當下機器人傳感器系統(tǒng)設計中,下一步的趨勢將會是借助傳感器,來實現機器人性能目標。這通常被稱為傳感器融合,支持傳感器系統(tǒng)利用各個傳感器的優(yōu)勢生成更準確的數據和更好的產品設計。
  
例如,電子羅盤可指示南北方向。雖然有人可能認為,讀取地球磁場的磁傳感器足以提供穩(wěn)定的信息,但事實并非如此。
  
磁傳感器的輸出值隨傳感器向上或向下傾斜而發(fā)生變化,因此需要添加線性加速度傳感器來感測傾斜運動,并采用某個三角函數算法補償磁傳感器的讀數。一個好的電子羅盤的設計將采用這兩種傳感器。而更好的系統(tǒng)將把這些傳感器集成在同一個封裝中,從而產生更小的傳感器。例如,一些傳感器廠家生產的多軸傳感器中,會帶有傾斜補償的地磁場測量,能夠提供一種簡單的方法將xy軸的方向集成到任何機器人系統(tǒng)中。
  
另外,例如一些無法利用GPS模塊導航信號進行室內定位的系統(tǒng),可以采用WiFi基站三角測量法,在商場或機場內定位用戶的智能手機。該系統(tǒng)的精度可通過添加極小的氣壓傳感器得以增強。憑借約30厘米(1英尺)的相對高度分辨率,此傳感器能夠輕松地檢測到手機在大樓內向樓上還是樓下移動。這個簡單的信息對于簡化或驗證復雜的三角測量算法非常有用??词厥彝庠O施的監(jiān)控機器人還需要了解它是向山上還是山下運動,這對機器人的速度和功耗都有影響,也是計算其自主持續(xù)時間需要考慮的重要數據。
  
最后,采用含氣壓傳感器的高度計,能夠實現的沖擊檢測,這是傳感器融合的另一個功能。在倉庫地面或醫(yī)院大廳四處移動的自主機器人的設計應避免撞到人或物體,但如果發(fā)生碰撞,機器人必須能夠檢測到碰撞。這時候,可以采取對加速度傳感器進行編程的辦法,使之根據特定的碰撞標記來檢測震動,但這并非萬無一失。在機器人周圍添加了耦合了氣動帶的壓力傳感器后,此系統(tǒng)就可以擁有兩個不同的傳感信息源,這樣就能夠提高碰撞事件檢測的精確度。
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