傳感技術(shù)的進(jìn)步簡化了機(jī)器人設(shè)計(jì)制造過程
發(fā)布日期:2012-04-01 蘭生客服中心 瀏覽:3457
過去,機(jī)器人制造是一個(gè)非常困難、容易出錯(cuò)且耗時(shí)的過程,因?yàn)椴捎糜煞至⒃䴓?gòu)成的裝置實(shí)現(xiàn)對環(huán)境的感應(yīng),而這些裝置中很多部件都不能有效地協(xié)同工作,處理器缺乏足夠的能力從多個(gè)傳感器收集信息并處理這些信息。下面我們以超聲波距離傳感器為例進(jìn)行說明機(jī)器人設(shè)計(jì)制造的過程。
構(gòu)建超聲波傳感器首先需要一個(gè)超聲波換能器,然后搭建一些接口電路用來發(fā)送脈沖,以及記錄返回信號的時(shí)間。連接機(jī)器人處理器的接口由指示測試起始時(shí)間的輸出信號以及回聲探測定時(shí)器計(jì)數(shù)值的輸入信號組成。處理器獲取所用的總時(shí)間并將這個(gè)時(shí)間轉(zhuǎn)換成距離。如果需要處理多路回聲,硬件則會(huì)變得更加復(fù)雜。這種設(shè)計(jì)不僅受軟硬件局限性的困擾,而且所有的東西都在內(nèi)部生產(chǎn),因此增加了成本和上市時(shí)間。隨著時(shí)間推移,處理器的功能變得越來越強(qiáng)大,以往由單獨(dú)硬件處理的任務(wù)都可由處理器完成。
通過處理器執(zhí)行回聲返回處理任務(wù),可以開發(fā)出復(fù)雜的多路回聲處理算法。這樣一來降低了硬件部分的復(fù)雜度,從而降低了成本,不過軟件編程過程依然耗時(shí),因?yàn)榇蠖鄶?shù)硬件及其軟件驅(qū)動(dòng)程序是定制的。由于軟件變得更加復(fù)雜,因而使當(dāng)時(shí)的處理器負(fù)擔(dān)很重。那時(shí),為了解決這個(gè)問題,通常使用多個(gè)處理器,然而卻導(dǎo)致潛在的競爭條件、死鎖以及一些很難重現(xiàn)的各種奇怪問題。
圖1:超聲波距離傳感器系統(tǒng)框圖
圖2:帶輔助處理器的聲納系統(tǒng)
今天,使用現(xiàn)成的、配有各種硬件外設(shè)的微控制器或微處理器板已相當(dāng)普遍。這些外設(shè)通常提供硬件接口輔助功能,例如定時(shí)器和通信總線,常見的通信總線有RS-232、USB、I2C或CAN總線。使用接口驅(qū)動(dòng)器減輕了軟件實(shí)現(xiàn)的負(fù)擔(dān)。目前很多傳感器利用常見總線進(jìn)行通信,從而簡化了接口設(shè)計(jì)。
許多傳感器還增加了處理能力,從而可以收集經(jīng)過預(yù)處理的更高級別的數(shù)據(jù)。傳感器的工作不是傳送收發(fā)聲納回聲信號所需的時(shí)間(毫秒),而是報(bào)告距離某個(gè)物體的遠(yuǎn)近(毫米),收集到的數(shù)據(jù)可以得到更有效的處理。這樣主處理器就不必進(jìn)行低級別的運(yùn)算,而去從事更高級別的任務(wù),例如定位和繪制地圖。
借助于大量現(xiàn)成的傳感器接口(例如通信鏈路、軟件驅(qū)動(dòng)器以及處理檢測數(shù)據(jù)的算法),研發(fā)工程師就可以更快速地開發(fā)和提出解決方案,從而贏得面市時(shí)間上的優(yōu)勢。開發(fā)機(jī)器人功能的負(fù)擔(dān)從研發(fā)工程師轉(zhuǎn)移到了傳感器提供者身上。
傳感器系統(tǒng)將繼續(xù)受到低成本處理能力以及數(shù)據(jù)處理算法的影響。受這種增長影響最大的是“傳感器融合”,即傳感器數(shù)據(jù)流由多個(gè)傳感器收集并處理,以產(chǎn)生智能且精確信息流。傳感器數(shù)據(jù)融合在一起,形成單一的環(huán)境。如圖四所示,將紅外距離傳感器與聲納配合,可以探測到多種材料和情形,這是單個(gè)器件所不可能獨(dú)立實(shí)現(xiàn)的。
圖3:超聲波和紅外傳感器“融合”在一起
成熟的軟件算法拓展出很多令人激動(dòng)的領(lǐng)域,例如面部識別。幾年之前,由于處理能力不足,還無法實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)這種功能。而現(xiàn)在,已有產(chǎn)品可以實(shí)時(shí)處理眾多面孔識別。很快,傳感器系統(tǒng)將不再僅僅報(bào)告“目標(biāo)在前方2米處”,而是報(bào)告“某某人在前方2米處”。
定位和地圖描繪是另外一個(gè)技術(shù)領(lǐng)域,近年來業(yè)界對此技術(shù)的興趣不斷增加。已經(jīng)有多種現(xiàn)成的SLAM(同步定位與地圖描繪)算法實(shí)現(xiàn)可被免費(fèi)使用或只需支付很低的費(fèi)用。這種趨勢在很多軟件領(lǐng)域都在出現(xiàn),并且會(huì)繼續(xù)發(fā)展。
在立體視覺領(lǐng)域也出現(xiàn)了令人激動(dòng)的增長。單個(gè)相機(jī)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量可能非常大,但是立體視覺使數(shù)據(jù)量更大,因?yàn)樾枰獌刹肯鄼C(jī)同時(shí)工作。這在通信鏈路、處理能力和軟件算法成熟之前,只是一個(gè)遙遠(yuǎn)的可能性。而今,現(xiàn)成的系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)距離探測。隨著這些系統(tǒng)不斷改進(jìn),它們的速度和精度使其成為其他形式的距離測量可選方案。超聲波、紅外和立體視覺的“融合”系統(tǒng)將能夠在任何環(huán)境中工作。
未來,傳感技術(shù)將不斷發(fā)展。機(jī)器人能夠有效處理的傳感器數(shù)量將具有與摩爾定律所預(yù)測的“晶體管集成速度”相似的增長曲線。
-
淺析工業(yè)機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的融合應(yīng)用
隨著我國裝備制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級,在市場需求和技術(shù)進(jìn)步雙重作用下,近幾年來工業(yè)機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床集成應(yīng)用發(fā)展很快,應(yīng)用的形式不斷擴(kuò)展,對當(dāng)前機(jī)床智能化潮流帶來新的促動(dòng),對我國機(jī)床工具行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級也必將起到有益的推動(dòng)作用。 鑒于機(jī)器人研制以及與機(jī)床
2015-08-27 -
焊接機(jī)器人的主要技術(shù)指標(biāo)
選擇和購買焊接機(jī)器人時(shí),全面和確切地了解其性能指標(biāo)十分重要。使用機(jī)器人時(shí),掌握其主要技術(shù)指標(biāo)更是正確使用的前提。各廠家在其機(jī)器人產(chǎn)品說明書上所列的技術(shù)指標(biāo)往往比較簡單,有些性能指標(biāo)要根據(jù)實(shí)用的需要在談判和考察中深入了解。 焊接機(jī)器人
2015-06-15 -
導(dǎo)電滑環(huán)在機(jī)器人生產(chǎn)中的應(yīng)用
現(xiàn)代,隨著工業(yè)自動(dòng)化的快速發(fā)展,工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)應(yīng)用在各種場合,在這種背景下,工業(yè)機(jī)器人逐漸取代一些勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)環(huán)境惡劣的工作。專家研究認(rèn)為,我國工業(yè)機(jī)器人的市場主要在汽車、摩托車、電器、工程機(jī)械、石油化工等行業(yè),企業(yè)對技術(shù)進(jìn)步的需求更加
2015-05-13 -
壓力傳感器在噴涂機(jī)器人上應(yīng)用
噴涂機(jī)器人又叫噴漆機(jī)器,是可進(jìn)行自動(dòng)噴漆或噴涂其他涂料的工業(yè)機(jī)器人。噴漆機(jī)器人主要由機(jī)器人本體、計(jì)算機(jī)和相應(yīng)的控制系統(tǒng)組成,機(jī)體多采用5或6自由度關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu),手臂有較大的運(yùn)動(dòng)空間,并可做復(fù)雜的軌跡運(yùn)動(dòng),其腕部一般有2~3個(gè)自由度,可靈活運(yùn)動(dòng)
2015-04-27