B
光敏元件
B C
盘码及 狭缝 零位标志
光电编码器的输出波形
为了判断码盘旋转的方向，在 上图的光栏板上的两个狭缝距离是 码盘上的两个狭缝距离的（m +1/4） 倍，m 为正整数，并设置了两组光 敏元件A、B，有时又称为sin、cos元 件。
辨向信号和零标志
光电编码器的光栏板上有 A 组与 B 组两组狭缝，彼此错 开 1/4 节距，两组狭缝相对应 的光敏元件所产生的信号 A 、 B彼此相差90相位，用于辩向。 当编码正转时， A 信号超前 B 信号90；当码盘反转时，B信 号超前A信号90。
Senses of Robotics
7.2 触觉信息的获取
3.滑觉传感器 滑觉传感器：检测垂直加压力方向的力和位移。
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7.2 触觉信息的获取
4.力觉传感器 力觉传感器主要利用电阻 应变片。 原理：金属丝拉伸时电阻 变大。
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7.2 触觉信息的获取
机器人控制技术基础
第 7 章
7 机器人的感觉 Senses of Robotics
7.1 7.2 7.3 7.4 传感器的种类 触觉信息的获取 视觉信息的获取 距离信息的获取
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7.1 传感器的种类
1.传感器的分类 内部传感器：检测机器人本身状态（手臂间角度 等）的传感器。 外部传感器：检测机器人所处环境（是什么物体， 离物体的距离有多远等）及状况（抓取的物体滑落等） 的传感器。 外部传感器分为末端执行器传感器和环境传感器。 末端执行器传感器：主要装在作为末端执行器的 手上，检测处理精巧作业的感觉信息。相当于触觉。 环境传感器：用于识别物体和检测物体与机器人 的距离。相当于视觉。
3.测量：从分 开的端子处， 预先用万用表 测量应变片的 电阻，发现端 子折断和坏的 应变片。
4.焊接：将引线和
端子用烙铁焊接起
来，注意不要把端 子扯断。
5.固定： 焊接后 用胶布将引线和被 测对象固定在一起， 防止损坏引线和应 变片。
4、测量转换电路——不平衡电桥
金属应变片的电阻变化范围很小，如 果直接用欧姆表测量其电阻值的变化将十 分困难，且误差很大。
T法测速举例 有一增量式光电编码器，其参数为1024p/r， 测得两个相邻脉冲之间的脉冲数为3000，时钟频 率fc为1MHz ，则转速（r/min)为 ：
编码器输出脉冲 m2
时钟脉冲fc
· · ·
n = 60fc /（Nm2 ） = 60*1000000/（1024*3000） =19.53 r/min
导体或半导体材料在外界力的 作用下，会产生机械变形，其电阻 值也将随着发生变化，这种现象称 为应变效应。
电阻应变式传感器主要由电阻 应变片及测量转换电路等组成。
1、应变片的工作原理
金属丝受拉时，l变长、r变小，导致R变大 。
l l R 2 A r
1、应变片的工作原理
设有一长度为 l 、截面积为 A 、半径为 r 、电阻 率为的金属单丝，它的电阻值R可表示为
其他角编码器外形（续）
拉线式角编 码器利用线轮， 能将直线运动转 换成旋转运动。
一、绝对式编码器
绝对式编码器按照 角度直接进行编码， 可直接把被测转角用 数字代码表示出来。 根据内部结构和检测 方式有接触式、光电 式等形式。
10码道光电绝对式码盘
透光区பைடு நூலகம்
不透光区 零位标志
绝对式接触式编码器演示
4个电刷
7.1 传感器的种类
2.内部状态的感觉 （1）位置和角度传感器 另有光电传感器。
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7.1 传感器的种类
2.内部状态的感觉 (2)角度传感器： 回转式编码器。
编码器——增量式 和 绝对式测量
在增量式测量中， 移动部件每移动一个基 本长度单位，位置传感 器便发出一个测量信号， 此信号通常是脉冲形式。 这样，一个脉冲所代表 的基本长度单位就是分 辨力，对脉冲计数，便 可得到位移量。
l l R 2 A r
当沿金属丝的长度方向作用均匀拉力（或压力） 时，上式中、r、l都将发生变化，从而导致电阻值R 发生变化。例如金属丝受拉时，l将变长、r变小，均 导致 R 变大；又如，某些半导体受拉时， 将变大， 导致R变大。 实验证明，电阻丝及应变片的电阻相对变化量R R 与材料力学中的轴向应变 x的关系在很大范围内是 线性的，即 R
所以必须使用不平衡电桥来测量这一微 小的变化量。下面分析该桥式测量转换电 路是如何将R /R转换为输出电压Uo的。
电桥平衡的条件 ：R1/R2=R4/R3
增量式测量得到的脉冲波形
绝对式测量的特点是：每一被测点都有一个对应的编 码，常以二进制数据形式来表示。绝对式测量即使断 电之后再重新上电，也能读出当前位置的数据。典型 的绝对式位置传感器有绝对式角编码器。
数字式角编码器
（参考德国沃申道夫公司资料）
信号航空插头
其他角编码器外形
（参考德国图尔克传感与自动化技术专业公司）
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7.1 传感器的种类
3.外部状况的感觉 （6）其他传感器 利用声波：语音识别传感器。分析振动声音 探测机械故障的点传感器。 热传感器：点检传感器。 通过分析敲打的声音测定果品成熟程度的传 感器。 根据近红外线的糖度吸收程度测定水果甜度 的传感器
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7.1 传感器的种类 3.外部状况的感觉 （2）物体探测传感器 视觉传感器是一种识别物体而且知道其存 在的传感器。 例如光电开关。 视觉传感器、光电开关和超声波传感器， 即使物体较远也能探测其存在。
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7.1 传感器的种类
3.外部状况的感觉 （3）极近物体探测传感器 探测非常近的物体存 在的传感器称为接近传感 器。
α=360°/2n
分辨率=1/2n
增量式光电编码器的分辨力及分辨率
增量式光电编码器的测量精度取 决于它所能分辨的最小角度，而这与码 盘圆周上的狭缝条纹数n 有关，即最小 能分辨的角度及分辨率为：
360 n

1 分辨率 n
二、增量式编码器 LED 光栏板及辨向用的A、B狭缝 转轴
A A C
7.2 触觉信息的获取
1.接触觉传感器 接触觉传感器：探测是否接触到物体，传感器接 受由于接触产生的柔量。 微动开关：按下开关就能进入电信号的简单机构。 猫胡须传感器：如图a,b
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7.2 触觉信息的获取
2.压觉传感器 压觉传感器：检测物体同手爪间产生的压力和力 以及其分布情况。 利用压电元件或弹簧。 如图是使用弹簧的平 面传感器。
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7.1 传感器的种类
2.内部状态的感觉 （1）位置和角度传感器 典型的传感器是电位计。检测的是以电阻中 心为基准位置的移动距离。
L(2e E ) x E
E：输入电压 L：最大移动距离 x：向左端移动的距离 e：电阻右侧的输出电压
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应变片用于测量力F的计算公式
由材料力学可知，x=F /（AE），所以R /R 又可表示为
R F K R AE
如果应变片的灵敏度K 和试件的横截面积A 以及弹性模量Ｅ均为已知，则只要设法测出 R /R的数值，即可获知试件受力Ｆ的大小 ，例如可用于电子秤的称重。
2、应变片的种类与结构 应变片可分为金属应变片和半导体应变片 金属应变片：金属丝式、箔式、薄膜式三种。 目前箔式应变片应用较多。金属丝式应变片使 用最早，有纸基、胶基之分。由于金属丝式应变片 蠕变较大，金属丝易脱胶，有逐渐被箔式所取代的 趋势。但其价格便宜，多用于应变、应力的大批量 、一次性试验。 箔式应变片与片基的接触面积大得多，散热条 件较好，在长时间测量时的蠕变较小，一致性较好 ，适合于大批量生产。还可以对金属箔式应变片进 行适当的热处理，使其线胀系数、电阻温度系数以 及被粘贴的试件的线胀系数三者相互抵消，从而将 温度影响减小到最小的程度，目前广泛用于各种应 变式传感器中。
箔式应变片的外形
半导体应变片及金属丝 式应变片的结构
金属丝式应变片的 内部结构
半导体应变 片外形
应变片的粘贴：
1. 去污：采 用手持砂轮工具除去 构件表面的油污、漆、
锈斑等，并用细纱布
交叉打磨出细纹以增 加粘贴力 ，用浸有酒 精或丙酮的纱布片或 脱脂棉球擦洗。
2.贴片：在应变片 的表面和处理过的 粘贴表面上，各涂 一层均匀的粘贴 胶 ，用镊子将应 变片放上去，并调 好位置，然后盖上 塑料薄膜，用手指 揉和滚压，排出下 面的气泡 。
编码器的安装方式
1.编码器 的套式安装
安装套
2.编码器的轴式安装
安装轴
编码器在数控 加工中心的刀库选刀 控制中的应用
角编码器与 旋转刀库连接
刀具 旋转刀库 角编码器的输出为 当前刀具号 被加工工件
编码器在伺服电机中的应用 利用编码器测 量伺服电机的转速、 转角，并通过伺服 控制系统控制其各 种运行参数。
例题
m1
T
有一增量式光电编码器，其参数为 1024p/r ， 在 5s 时间内测得 65536 个脉冲，则 转速（r/min)为 ： n = 60 × 65536 /（1024 × 5） r/min
= 768 r/min
T法测速（适合于低转速场合）
编码器输出脉冲
m2
时钟脉冲fc
· · ·
编码器每转产生 N 个脉冲，用已知 频率fc作为时钟，填充到编码器输出的两 个相邻脉冲之间的脉冲数为m2 ，则转速 (r/min)为 n = 60fc / （Nm2 ）
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