復(fù)合傳感器在機器人中的應(yīng)用

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來源：plantservices
Robotic hybrid sensors - those with multiple types of detection systems – aren’t part of the flexible automation mainstream. However, the use of hybrids, while small, is on the rise.

機器人復(fù)合傳感器（一些多種類型的探測系統(tǒng)集于一身的傳感器）不屬于柔性自動化主流產(chǎn)品洗搂。然而消返，這些復(fù)合傳感器雖然很小，但其應(yīng)用越來越廣泛耘拇。

越來越多的機器人系統(tǒng)終端用戶認為復(fù)合傳感器在制造領(lǐng)域扮演著重要的角色撵颊。在機器人的制造過程中這些傳感器特別適用于傳送多種形式的零件信息。
一種復(fù)合傳感器擁有“多種傳感器和多種處理技術(shù)惫叛，以便獲得比一個人從單個傳感器上獲得的更多的信息倡勇，”位于米拉斯維爾城的賓夕法尼亞大學(xué)自動化與電子技術(shù)學(xué)院的副教授，John R. Wright說嘉涌。Wright利用一個簡單的方程來描述它們：“1＋1＝3妻熊。”

調(diào)查報告顯示
在2006年的秋天仑最，位于美國密歇根州安阿伯市的機器人工業(yè)協(xié)會（RIA扔役，(暫不可見)），即一個僅僅從事機器人學(xué)的北美貿(mào)易協(xié)會警医，與Wright合作對其成員公司進行了問卷調(diào)查亿胸，以便研究復(fù)合傳感器潛在的市場。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示酱晾，幾乎75％的被調(diào)查者認為復(fù)合傳感器將會在他們工廠很有用国产。
根據(jù)調(diào)查表明，復(fù)合傳感器最有利的三方面應(yīng)用是視覺赠飞、紅外/激光和光電的應(yīng)用拼固。調(diào)查結(jié)果也回答了配備復(fù)合傳感器會帶來什么好處。增添了功能的機器人工作單元和其集成的便利性已超過其感知的優(yōu)點捻钢。
人們期望復(fù)合傳感器最大的潛力來自于提供給視覺系統(tǒng)輔助功能绞艘，以保證其在針對目前的視覺技術(shù)仍有疑問的應(yīng)用中。在回答這份調(diào)查報告時幾乎75％的被調(diào)查者認為視覺特性用于復(fù)合傳感器系統(tǒng)中具有最大的潛力稻续。調(diào)查也發(fā)現(xiàn)物料搬運妈削、裝配、焊接及機器操作管理也是復(fù)合傳感器最有應(yīng)用前景的領(lǐng)域滔菠。

為什么要采用復(fù)合式呢逮碾？
有兩種你也許會考慮投資到你的機器人系統(tǒng)的復(fù)合傳感器中的理由。
“復(fù)合傳感器能做一些傳統(tǒng)二維照相機不能做的事情批斯。二維照相機能拍一張照片辞槐，并將其數(shù)據(jù)發(fā)到機器人上，”Servo-Robot公司（(暫不可見)）總經(jīng)理粘室，Jeffery Noruk說榄檬〔贩叮“但是，二維照相機在所有條件下不可能正常工作鹿榜，如當(dāng)燈光變化或深度信息變化時海雪。”Noruk聲稱舱殿，這些情況出現(xiàn)在具有激光特性和二維拍攝能力的復(fù)合傳感器能派上用場的地方奥裸。
Noruk提供的投資到復(fù)合傳感器的第二種理由是與單機激光視覺系統(tǒng)的局限性有關(guān)。他說：“激光視覺具有一個很小的視場深度沪袭，僅僅能工作在一個相對小的視場范圍內(nèi)湾宙。在一個大視場范圍下，我們可以利用超聲波傳感器使機器人到達具有準(zhǔn)確位置的零件處冈绊∠丽”
復(fù)合傳感器從長遠來看比較劃算，因為可以使用較少的設(shè)備來完成更多的任務(wù)焚碌。
“投資到復(fù)合傳感器上的理由是出于成本/性能的考慮却值，這里復(fù)合傳感器可能與低端視覺系統(tǒng)競爭卑竹；也是出于純粹的性能考慮散氧，這里增添其它感知性能的現(xiàn)有視覺系統(tǒng)在復(fù)雜的應(yīng)用方面可能會提高其價值±欤” Wright解釋道睬嘿。

復(fù)合傳感器的應(yīng)用
復(fù)合傳感器應(yīng)用于多種領(lǐng)域，其中包括物料搬運的應(yīng)用闭榛『衅鳎“用于物料搬運應(yīng)用中的復(fù)合傳感器與照相機和超聲波傳感器配合。該超聲波傳感器使得抓爪器以很快的速度到達一個零件附近衍肥，”Noruk說攻睬。“在離那個零件一定距離處刀念，具有較小范圍或視場深度的激光傳感器負責(zé)并指導(dǎo)機器人去精確定位浅慎。”
焊接也是一個能使用復(fù)合傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域贺潜〉治茫“一位終端用戶配備了一套使用麥克風(fēng)和Web攝像頭跟蹤焊縫的激光系統(tǒng)。其中激光傳感器用于實時機器人引導(dǎo)中溯革，而麥克風(fēng)用在焊縫過程聽起來正確的聲音確認中贞绳，”Noruk說≈孪。“當(dāng)機器人處于教學(xué)模式時冈闭，終端用戶已經(jīng)看到在焊接應(yīng)用中使用復(fù)合傳感器的優(yōu)勢俱尼。”
當(dāng)超聲波傳感器與激光視覺結(jié)合起來使用時萎攒，其復(fù)合傳感器在拾放号显、模塊堆積和自動階梯形砌接的應(yīng)用中也是有益的（如圖1所示）√删疲“復(fù)合傳感器允許制造者將其用于一些先前不可能實現(xiàn)或效率低下的物料搬運應(yīng)用中押蚤，”Noruk說。
復(fù)合傳感器在物料搬運的應(yīng)用中扮演著重要的角色羹应±康猓“復(fù)合傳感器用于零件定位上時具有融合了三維位置和方向信息的二維視覺特性，”FANUC機器人網(wǎng)絡(luò)公司（(暫不可見)）的控制器產(chǎn)品開發(fā)總經(jīng)理脆逊，Claude Dinsmoor說稀掠。

使用復(fù)合傳感器定位零件也有助于模塊堆積和機器裝載方面的應(yīng)用（如圖2所示），同時也有利于裝配方面的應(yīng)用棒鞍，其中二維和三維視覺傳感器被用于復(fù)雜裝配的壓力感知中幽滤，Dinsmoor說⊙麦埃“復(fù)合傳感器用于夾緊或齒輪鍵槽裝配過程中哼沃，其中不是一個人，也不是一個視覺系統(tǒng)單獨能完成的吹迎〈埠颍”

在集裝應(yīng)用方面，復(fù)合傳感器用于混合模塊的堆積湃足，尤其適用于局部層和尋找邊緣層上猩缺。在密封和配發(fā)應(yīng)用方面，它們能檢測到復(fù)雜聯(lián)合表面的位置剂户，諸如汽車制造過程中的溝槽承軌面或半凸緣盤區(qū)域泣爷，并且也能檢測出其它復(fù)雜的特征。復(fù)合傳感器工作在三維空間中奉狈，且具有六個自由度用來檢測零件的位置卤唉，同時可以增添一套配有壓力敏感元件的接觸裝置∴诙郑“只是所檢測到的零件特征不是太理想搬味，”Dinsmoor說蟀拷。

“今天，用于物料搬運、裝配寿桨、集裝及配發(fā)應(yīng)用中復(fù)合傳感器可能與現(xiàn)有的傳感器競爭地位優(yōu)勢，但這是成本/性能的競爭强戴，”Wright說∑锎酰“復(fù)合傳感器的便利操作可能對于選擇混合式傳感器的自動化專業(yè)人士而言是第二點優(yōu)勢∫鼓梗”

復(fù)合傳感器發(fā)展前景
輔助傳感器是值得努力將其集成的千荡。“如果終端用戶在一個工作單元內(nèi)使用超過一個傳感器泰锦，那么集成商需要知道如何去安排所涉及到的所有傳感器技術(shù)绅踪，”Noruk說。在混合系統(tǒng)中利用同一臺計算機和軟件包來控制每個傳感器诗实。
“使用復(fù)合傳感器的技巧是允許用戶在預(yù)期的應(yīng)用目的中配置相關(guān)的技術(shù)兄诱，”Wright說±ニ牵“一個主要的障礙是界面問題旧育，即把人工智能的優(yōu)勢與易于使用、直觀應(yīng)用的軟件開發(fā)銜接起來址敢〗螅”
并不是每個傳感器都能與其它傳感器結(jié)合起來∥苯冢“與一些光學(xué)系統(tǒng)的兼容是一個問題，因為激光傳感器具有有限的視場怀大，”Noruk說。如果一個Web攝像頭太大潜慎，那么它將不適合用在一個工作單元中。在視場深度铐炫、視場和分辨率之間的某些折衷是必要的】票幔“用于物料搬運的一些復(fù)合傳感器具有100mm的視場鳖悠。超聲波傳感器具有4米的視場，”Noruk說血洞。“如果該工作單元要求超聲波傳感器具有6米的視場危厕，而Web攝像頭要求12米的視場藏崇，那么這兩種傳感器組合在一起的工作效果不是很好《倘啵”
多種傳感器的使用沒必要刪減⌒寥铮“增添更多的傳感器若不能帶來任何更重要的利益，則這將會沒有一點兒收獲的同衣。傳感器數(shù)量僅僅受成本和性能的限制壶运，”Wright說。Noruk認為增添多于三個傳感器是可行的埠况，但是他至今沒見過任何人這樣做過≡玻“我曾在物料搬運工作單元中見過使用三個傳感器：超聲波的狈谊、激光視覺的和Web攝像頭指示器。在焊接方面的應(yīng)用中壁榕，我們已經(jīng)將聲音和Web攝像頭與激光視覺結(jié)合在一起使用了尝胆，”他說环壳。
復(fù)合傳感器在集成方面通常比一些輔助傳感器面臨較少的挑戰(zhàn)唧痴。“如果所設(shè)計的復(fù)合傳感器作為機器人的一部分噩五，那么實際上它們比傳統(tǒng)的傳感器可能更簡單、更容易去安裝和編程患漆。輔助數(shù)據(jù)使其應(yīng)用更穩(wěn)定临辰，并對零件或環(huán)境的變化不太敏感，”Dinsmoor說亏乞。“如果這些傳感器沒有集成炉媒，那么它們的設(shè)計和應(yīng)用會更加復(fù)雜〉踔瑁”

復(fù)合傳感器的未來發(fā)展
復(fù)合傳感器在基于機器人的制造行業(yè)中可能成為一種規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)静尼。Wright預(yù)計在復(fù)合傳感器闖出一片市場之前將需要更多的投資∥显“成為機器人規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)合傳感器將依靠可能用于這一研究生產(chǎn)線上的投資金額系冗。我預(yù)測10年內(nèi)在基于機器人學(xué)的制造行業(yè)中其復(fù)合傳感器會變得越來越普遍薪鹦，”他說。
Dinsmoor認為它們將會成為主流犀刀。“隨著復(fù)合傳感器變得越來越可靠努示，更多應(yīng)該領(lǐng)域?qū)诨跈C器人的制造行業(yè)中使用它們來提高其價值。我認為在復(fù)合傳感器覆蓋多數(shù)機器人應(yīng)用領(lǐng)域之前將需要三到五年的時間拉狸，”他預(yù)言「Φ铮“復(fù)合傳感器將利用機器人學(xué)超過硬自動化更靈活的特性谭驮，因為其可靠性和靈活性是非常關(guān)鍵的∑腼酰”
Noruk看到該項技術(shù)穩(wěn)步增長的趨勢∵罂眩“復(fù)合傳感器在機器人學(xué)市場中將穩(wěn)步前進液样，而不是快速增長，”他說鞭莽。“用于物料搬運的復(fù)合傳感器將會發(fā)展起來褒搔，因為沒有它們喷面，有些應(yīng)用就無法實現(xiàn)。如獲得5％的物料搬運市場需要花三年的時間惧辈。而復(fù)合傳感器在三年內(nèi)將獲得不到一半的市場，這是肯定的菜册。關(guān)于復(fù)合傳感器達到這種市場水平還有許多成功的故事扳啃》≡祝”

Bennett Brumson在美國密歇根州安阿伯市的機器人工業(yè)協(xié)會中從事編輯工作褥欺。為了了解更多的關(guān)于如何下載全部物料搬運復(fù)合傳感器市場研究報告，請聯(lián)系RIA電話（734）994-6088哪趟，給Jim Adams發(fā)email（jadams@(暫不可見)）昵人，或者登錄該協(xié)會網(wǎng)站(暫不可見)。

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