位置和位移传感器

工业机器人关节的位置控制是机器人最基本的控制要求，而对位置和位移的检测也是机器人最基本的感觉要求。位置和位移传感器根据其工作原理和组成的不同有多种形式，常见的位移传感器类型有电阻式位移传感器、电容式位移传感器、电感式位移传感器、编码式位移传感器、霍尔元件位移传感器、磁栅式位移传感器等。这里介绍几种典型的位移传感器。位器式位移传感器(potenttometer sensor)由一个线绕电阻(或薄膜电阻)和一个滑动触点组成。

滑动触点通过机械装置受被检测量的控制，当被检测的位置量发生变化时，滑动触点也发生位移，从而改变滑动触点与电位据各端之间的电阻值和输出电压值。传感器根据这种输出电压值的变化，可以检测出机器人各关节的位置和位移量。

按照传感器的结构，电位器式位移传感器可分成两大类，一类是直线型电位器式位移传感器，另一类是旋转型电位器式位移传感器。

1．直线型电位器式位移传感器

直线型电位器式位移传感器原理和实物分别如图6―2和图6―3所示。直线型电位器式位移传感器的工作台与传感器的滑动触点相连，当工作台左、右移动时，滑动勋点也陨之左、右移动，从而改变与电阻接触的位置，通过检测输出电压的变化量，确定以电阻中心为基推位置的移动距离。

假定输入电压为∪ cc电阻丝长度为L，触头从中心向左端移动χ ，电阻右侧的输出电压为∪out，则根据欧姆定律，移动距离为

直线型电位器式位移传感器主要用于检测直线位移，其电阻器采用直线型螺线管或直线型碳膜电阻，滑动触点也只能沿电阻的轴线方向做直线运动。直线型电位器式位移传感器的工作范围和分辨率受电阻器长度的限制，线绕电阻、电阻丝本身的不均匀性会造成传感器的输入、输出关系的非线性。

2．旋转型电位器式传感器

旋转型电位器式位移传感器的电阻元件呈圆弧状，滑动触点在电阻元件上做圆周运动。由于滑动触点等的限制，传感器的工作范围只能小于360。。把图6―2中的电阻元件弯成圆弧形，可动触点的另一端固定在团的巾心，并保时针那样回转时，由于电阻值随着回转角而改变，因此基于亡述同样的理论可构成角度传感器。

图6―4和图6―5分别为旋转型电位器式位移传感器的工作原理和实物。当输入电压认：AR在传感器的两个输入端时，传感器的输出电压认m与滑动触点的位置成比例。在应用时机器人的关节轴与传感器的旋转轴相连，这样根据测量的输出电压ILm的数值，即可计算出关节对应的旋转角度。

电位器式位移传感器具有性能稳定、结构简单、使用方便、尺寸小、质量小等优点。它的输入／输出特性可以是线性的，也可以根据需要选择其他任意函数关系的输入／输出特性；它的输出信号选择范围很大，只需改变电阻器两端的基准电压，就可以得到比较小的或比较大的输出电压信号。这种位移传感器不会因为失电而丢失其已感觉到的信息。当电源因故断开时，电位器的滑动触点将保持原来的位置不变，只要重新接通电源，原有的位置信息就会重新出现。

电位器式位移传感器的一个主要缺点是容易磨损，当滑动触点和电位器之间的接触面有磨损或有尘埃附着时会产生噪声，使电位器的可靠性和寿命受

到?定的影响。正因为如此，电位器式位移传感器在机器人上的应用受到了极大的局限，近年来随着光电编码器价格的降低，电位器式位移传感器逐渐被光电编码器取代。