迎賓機(jī)器人的位置傳感器：電位器、光電編碼器

電位器

電位器是Z簡(jiǎn)單的位置傳感器，如圖2.1所示。電位器通 過電阻把位置信息轉(zhuǎn)化為隨位置變化的電壓，通過檢測(cè)輸出電 壓的變化確定以電阻中心為基準(zhǔn)位置的移動(dòng)距離。當(dāng)電阻器 上的滑動(dòng)觸頭隨位置變化在電阻器上滑動(dòng)時(shí)，觸頭接觸點(diǎn)變化 前后的電阻阻值與總阻值之比就會(huì)發(fā)生變化。在功能上，電位 器充當(dāng)了分壓器的作用，因此輸出電壓Vout 與可變電阻r 成 比 例，即

電位器通常用作內(nèi)部反饋傳感器，來(lái)檢測(cè)關(guān)節(jié)和連桿的位置。

光電編碼器

光電編碼器是一種能檢測(cè)細(xì)微運(yùn)動(dòng)、輸出數(shù)字信號(hào)的裝置。它將圓光柵莫爾條紋和光電 轉(zhuǎn)換技術(shù)相結(jié)合，將機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)的角度轉(zhuǎn)換成數(shù)字電信息量輸出。

光電編碼器是現(xiàn)在比較流行的傳感器，可分為增量式(單通道)光電編碼器和絕對(duì)式(多 通道)光電編碼器。

(1)增量式光電編碼器。如圖2.2所示，增量式光 電編碼器由光源、碼盤、光敏晶體管組成，碼盤上有透 光和不透光的弧段，尺寸相同且交替出現(xiàn)。由于所有的 弧段尺寸相同，每段弧所表示的旋轉(zhuǎn)角相同，碼盤上的 弧段越多，精度越高，分辨率就越高。當(dāng)光旋轉(zhuǎn)通過碼 盤上弧段時(shí)，輸出連續(xù)的脈沖信號(hào)，對(duì)這些信號(hào)計(jì)數(shù)，就 能計(jì)算出碼盤轉(zhuǎn)過的距離。

增量式編碼器僅檢測(cè)轉(zhuǎn)角位置或直線位置的變化， 即移動(dòng)了多少，而不能判斷實(shí)際位置。機(jī)器人的起點(diǎn)不同，其Z終的位置也不同。因此，要確 定機(jī)器人的位置還要知道起始位置，這樣很難。因此，在每次控制時(shí)要復(fù)位，使編碼器的輸出 為0,這樣編碼盤讀出的數(shù)據(jù)就等于機(jī)器人移動(dòng)的距離。

(2)絕對(duì)式光電編碼器。絕對(duì)式光電編碼器碼盤的每個(gè)位置都對(duì)應(yīng)著透光與不透光弧段 的W一確定組合，這種確定組合有W一的特征。通過這W一的特征，不需要已知起始位置，在 任意時(shí)刻就可以確定碼盤的準(zhǔn)確位置。在起始時(shí)刻，控制器通過判斷碼盤所在位置的W一信 號(hào)特征，能夠確定機(jī)器人所在的位置。

如圖2.3所示，每個(gè)位置對(duì)應(yīng)著透光與不透光弧段，弧段由多圈弧段(多通道)組成，每個(gè) 多圈弧段對(duì)應(yīng)不同的碼，這些碼有二進(jìn)制碼和格雷碼。在二進(jìn)制碼中，經(jīng)常會(huì)發(fā)生多于兩位同 時(shí)改變狀態(tài)的情形；而在格雷碼中，每次只有一位向前或向后變化。這種差別的重要性在于， 在數(shù)字測(cè)量中，測(cè)量系統(tǒng)并非始終讀取信號(hào)值，而是要到下一個(gè)采樣點(diǎn)才讀取信號(hào)值，其間信 號(hào)保持不變。在二進(jìn)制碼中，同一時(shí)刻有可能有多于一個(gè)信號(hào)發(fā)生變化，如果所有信號(hào)不是同 時(shí)變化，則采樣時(shí)可能讀取不到所有位的變化。在格雷碼中，由于同一時(shí)刻只有一個(gè)信號(hào)發(fā)生變化，因此總能檢測(cè)到信號(hào)的變化。

傳感器圈由數(shù)量不等的弧段組成，每圈都有 一個(gè)d立的光源和光敏傳感器組件，每個(gè)光敏傳 感器組件都輸出信號(hào)，因此兩圈檢測(cè)弧段需要控 制器有兩位輸入，三圈檢測(cè)弧段需要控制器有三 位輸入，依此類推。

除了測(cè)位移外，絕對(duì)式編碼器還可測(cè)速度。 對(duì)于任意給定的角位移，編碼器將產(chǎn)生確定的脈

沖數(shù)。通過計(jì)數(shù)一定時(shí)間的脈沖數(shù)，就能計(jì)算出 相應(yīng)的平均角速度，時(shí)間越短，得到的速度值就越接近真實(shí)值，即瞬時(shí)速度。但是當(dāng)編碼器轉(zhuǎn) 動(dòng)很慢時(shí)，測(cè)得的速度可能會(huì)變得不準(zhǔn)確。同樣，由于編碼器碼盤直徑、移動(dòng)機(jī)器人輪徑固定 可知，絕對(duì)式編碼器也可以測(cè)線速度。

光電編碼器包括直線型和旋轉(zhuǎn)型。其中旋轉(zhuǎn)型一般用在輪式機(jī)器人的左、右輪上。