電位器是Z簡單的位置傳感器,如圖2.1所示。電位器通 過電阻把位置信息轉化為隨位置變化的電壓,通過檢測輸出電 壓的變化確定以電阻中心為基準位置的移動距離。當電阻器 上的滑動觸頭隨位置變化在電阻器上滑動時,觸頭接觸點變化 前后的電阻阻值與總阻值之比就會發生變化。在功能上,電位 器充當了分壓器的作用,因此輸出電壓Vout 與可變電阻r 成 比 例,即
電位器通常用作內部反饋傳感器,來檢測關節和連桿的位置。
光電編碼器是一種能檢測細微運動、輸出數字信號的裝置。它將圓光柵莫爾條紋和光電 轉換技術相結合,將機械轉動的角度轉換成數字電信息量輸出。
光電編碼器是現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。由于所有的 弧段尺寸相同,每段弧所表示的旋轉角相同,碼盤上的 弧段越多,精度越高,分辨率就越高。當光旋轉通過碼 盤上弧段時,輸出連續的脈沖信號,對這些信號計數,就 能計算出碼盤轉過的距離。
增量式編碼器僅檢測轉角位置或直線位置的變化, 即移動了多少,而不能判斷實際位置。機器人的起點不同,其Z終的位置也不同。因此,要確 定機器人的位置還要知道起始位置,這樣很難。因此,在每次控制時要復位,使編碼器的輸出 為0,這樣編碼盤讀出的數據就等于機器人移動的距離。
(2)絕對式光電編碼器。絕對式光電編碼器碼盤的每個位置都對應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 任意時刻就可以確定碼盤的準確位置。在起始時刻,控制器通過判斷碼盤所在位置的W一信 號特征,能夠確定機器人所在的位置。
如圖2.3所示,每個位置對應著透光與不透光弧段,弧段由多圈弧段(多通道)組成,每個 多圈弧段對應不同的碼,這些碼有二進制碼和格雷碼。在二進制碼中,經常會發生多于兩位同 時改變狀態的情形;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, 在數字測量中,測量系統并非始終讀取信號值,而是要到下一個采樣點才讀取信號值,其間信 號保持不變。在二進制碼中,同一時刻有可能有多于一個信號發生變化,如果所有信號不是同 時變化,則采樣時可能讀取不到所有位的變化。在格雷碼中,由于同一時刻只有一個信號發生變化,因此總能檢測到信號的變化。
傳感器圈由數量不等的弧段組成,每圈都有 一個d立的光源和光敏傳感器組件,每個光敏傳 感器組件都輸出信號,因此兩圈檢測弧段需要控 制器有兩位輸入,三圈檢測弧段需要控制器有三 位輸入,依此類推。
除了測位移外,絕對式編碼器還可測速度。 對于任意給定的角位移,編碼器將產生確定的脈
沖數。通過計數一定時間的脈沖數,就能計算出 相應的平均角速度,時間越短,得到的速度值就越接近真實值,即瞬時速度。但是當編碼器轉 動很慢時,測得的速度可能會變得不準確。同樣,由于編碼器碼盤直徑、移動機器人輪徑固定 可知,絕對式編碼器也可以測線速度。
光電編碼器包括直線型和旋轉型。其中旋轉型一般用在輪式機器人的左、右輪上。
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