Héi tho¶ khoa häc irf
Néi dung xªmina
HÖ thèng sensor trong robot
Hµ néi 2004
Chủ trì: Lê Quang Long
CENTER RESEARCH AND
APPLIED SCIECE- IRF
Bài viết này nhóm nghiên cứu về robot của IRF
muốn đưa tới bạn đọc một số ứng dụng của các
dạng sensor trong các dạng Robot. Hy vọng được
sự quan tâm và đánh giá từ phía bạn đọc để nhóm
phát triển hoàn thiện hơn bài viết của mình
Tác giả: Lê Quang Long
Mail : lequanglong. irfvn.com
Mobile: 0989997138
Nội dung chính
Kết cấu chung của một Robot công nghiệp.
Vai trò của hệ thống sensor trong Robot.
Phân loại sensor.
Sensor vị trí vận tốc và gia tốc và ứng dụng.
Sensor lực và sensor xúc giác và ứng dụng.
Sensor tín hiệu gần và sensor tín hiệu xa.
Phụ lục.
Kết luận.
KÕt cÊu chung cña mét Robot
Sensor
ngo¹i tÝn hiÖu
Sensor
néi tÝn hiÖu
HÖ thèng
®iÒu khiÓn

HÖ thèng
truyÒn dÉn ®éng
Robot
Computer
Gåm 4 bé phËn chÝnh
–
Tay m¸y
–
C¬ cÊu chÊp hµnh
–
HÖ thèng sensor
–
HÖ thèng ®iÒu khiÓn
Vai trò của hệ thống sensor
Thực hiện việc nhận biết và biến đổi thông tin về hoạt động
của Robot và của môi tr ờng đối t ợng mà Robot phục vụ.
Các thông tin đặt tr ớc sensor sẽ đ ợc đ a vào hệ thống điều
khiển, sau khi xử lý bằng máy vi tính rồi tác động vào hệ thống
truyền dẫn động của tay máy.
Phân loại sensor

Phân loại theo phạm vi ứng dụng
Sensor nội tín hiệu (Internal sensor)
Sensor ngoại tín hiệu (External sensor)
Phân loại theo dạng tín hiệu cần nhận biết
Sensor lực
Sensor gia tốc
Sensor vị trí
Phân loại theo cách thức nhận tín hiệu
Sensor kiểu cam ứng

Sensor kiểu điện dung
Sensor kiểu điện trở
Sensor kiểu điện quang
Sensor nội tín hiệu
Là loại sensor thu nhận thông tin về vị trí, vận tốc, gia tốc, lực tác
dụng trong các bộ phận quan trọng của Robot. Các thông tin này
là nhung tín hiệu phan hồi phục vụ cho việc điều chỉnh tự động
các hoạt động của Robot.
Sensor nội tín hiệu
Các loại sensor nội tín hiệu
1. Sensor vị trí kiểu chiết áp
2. Gia tốc kế.
3. Sensor vị trí kiểu biến áp.
4. Sensor điện từ.
5. Sensor điện quang.
6. Sensor lực.
Sensor ngoại tín hiệu
Sensor ngoại tín hiệu
Là loại sensor cung cấp thông tin về đối tác và môi tr ờng làm việc, phục vụ
cho việc nhận dạng các vật xung quanh thực hiện di chuyển hoặc thao tác
trong không gian làm việc. để làm đ ợc các công việc đó cần có các loại
sensor tín hiệu xa, sensor tín hiệu gần, sensor xúc giác và sensor thị
giác
Các loại sensor ngoại tín hiệu
Sensor xúc giác.
Sensor tín hiệu gần.
- Sensor từ cam.
- Sensor Hall.
- Sensor điện dung.
- Sensor siêu âm.

Sensor tín hiệu xa.
Sensor vị trí kiểu chiết áp
Nguyên lý hoạt động: đây là loại sensor vị trí kiểu điện trở thay đổi theo nguyên
lý chiết áp rất quen thuộc. Sơ đồ nguyên lý dạng cơ ban và dạng bố trí mạch
thực tế nh hinh vẽ:
Quan hệ gi a giá trị điện áp đầu vào v
và điện áp đầu ra V:
v = V.r/R
Ưu điểm: giá thành thấp, độ bền sử
dụng t ơng đối cao, độ tuyến tính cao.
Nh ợc điểm: Làm việc tin cậy với tốc
độ thấp, chất l ợng chỗ tiếp xúc của bộ
phận tr ợt có thể gây nhiễu và giam độ
nhạy.
ứng dụng: Loại sensor này đ ợc ứng dụng rất rộng rãi trong xác định độ dịch
chuyển góc của các trục quay của robot, từ đó vi phân bậc nhất đại l ợng dịch
chuyển ta đ ợc vận tốc góc, vi phân bậc hai đại l ợng dịch chuyển ta đ ợc gia
tốc góc.
Vận tốc kế
Ngày nay, phạm vi sử dụng vân tốc kế (tachometer) và gia tốc kế
(accelerometer) trở nên thu hẹp, thông dụng hơn là xác định theo số gia của
các thông tin cam biến vị trí bằng kỹ thuật số hay kỹ thuật vi mạch. Cách làm
đó đạt độc chính xác cao hơn và ngày càng rẻ hơn. Và ng ời ta th ờng dùng các
thiết bị sau để thực hiện chức nang của vận tốc kế:

Phát tốc dòng một chiều. Khi stato đ ợc kích từ tạo nên từ thông thi trong các
cuộn cam trên stato có suất điện động tự cam với giá trị trung binh tỷ lệ với
góc quay của roto.

Phát tốc không đồng bộ dòng xoay chiều: khi dòng xoay chiều chạy qua

cuộn dây sơ cấp của stato thi điện áp trên các đầu dây cuộn thứ cấp của stato
sẽ có cùng tần số, biên độ và tỷ lệ thuận với vân tốc góc của roto.

Phát tốc đồng bộ: Nam châm vĩnh cửu trên stato gây dòng điện cam trong
cuộn dây của stato. Tần số và giá trị điện áp của nó tỷ lệ thuận với vận tốc của
roto.

Phát tốc xung: đĩa quay có khe rãnh đạt tr ớc nguồn sáng tạo ra các xung có
tần số tỷ lệ với vận tốc góc quay.
Sensor vị trí kiểu biến áp
Nguyên lý làm việc: hoạt động theo nguyên lý của một biến áp sai động
(differential transfomer) lõi từ chuyển động t ơng đối so với hai cuộn dây cố
định và làm việc thay đổi dòng cam ứng gi a chúng.
Sơ đồ nguyên lý biến áp xoay: Roto có
một cuộn dây, stato có một hoặc một vài
cuộn cam ứng đồng bộ.
U
r
là điện áp cấp vào U
r
= U sint
U
s1
, U
s2
là các điện áp cam ứng xuất
hiện trên các cuộn dây của stato.
U
s1
= kU

r
cosr sin(t + )
U
s2
= kU
r
cosr sin(t + )
K là hệ số biến áp. là độ lệch pha.
Từ đây ta xác định đ ợc góc r
Do sự biến động đồng bộ điện áp làm giam độ chính xác tính toán bởi vậy ng
ời ta th ờng sử dụng ph ơng pháp giai điều biến đồng bộ (Synchronous
Demodulation) trên cơ sở đối chiếu với tín hiệu chuẩn (không trùng với điện áp
cấp vào) và sử dụng kết hợp bộ biến áp xoay với bộ biến đổi điện tử số để nâng
cao độ chính xác.
Ưu điểm của loại này: làm việc tin cậy, chính xác và phù hợp với dai rộng vận
tốc quay. (đến 9000 vg/ph vi không dùng tiếp điểm)
Nh ợc điểm của loại này: đòi hỏi độ chính xác cao về chế tạo và lắp ráp nên giá
thành cao.
Khi có chuyển động tịnh
tiến ta dùng sensor vị trí
kiểu biến áp sai động thay
đổi tuyến tính LVDT (linear
Variable Differential
Transformer): Loại này có
sơ đồ nguyên lý nh hinh vẽ
bên
Bao bọc xung quanh lõi từ là 1 cuộn dây sơ cấp và 2 cuộn dây thứ cấp giống
hệt nhau. Khi dịch chuyển lõi từ độ từ cam t ơng hỗ gi a cuộn dây sơ cấp và
cuộn dây thứ cấp sẽ biến đổi tuyến tính theo độ dịch chuyển của nó.
ứng dụng: loại sensor này đ ợc dùng chủ yếu trong các cơ cấu nâng hạ của

robot. Ngoài ra nó còn đ ợc dùng trong cơ cấu định vị quay của robot SCARA,
robot trụ, robot cầu và một số cơ cấu chấp hành khác.
Sensor điện từ maguetic
tachometer
Nguyên lý làm việc: Dùng để đo vận tốc hoặc độ dịch chuyển. Và hoạt động theo
ngytên lý nh sơ đồ d ới đây.
đầu đo 1 gồm cuộn dây cam 2 cuốn xung
quanh lõi nam châm vĩnh cửu 3. Trên đầu
trục quay 5 gắn một đĩa có vấu 4.
Khi trục quay quay k/cách t ơng đối gi a
đỉnh vấu hoặc nam châm vấu so với vị trí
lõi nam châm là khác nhau nên tạo ra sự
thay đổi từ thông và gây ra xung điện đầu
ra.
ứng dụng: loại sensor này đ ợc
dùng nhiều trong các robot
SCARA, Robot trụ, Robot cầu,
và một số loại khác.
Sensor điện quang
Nguyên lý làm việc: (sơ đồ) gồm các đĩa (với tr ờng hợp quay) hoặc các th ớc
(với các tr ờng hợp tịnh tiến) có vạch tối sáng đều nhau. Một bên đặt nguồn sáng
1, một bên đặt các quang trở 2. Do thay đổi vị trí t ơng đối của các phần tử cố
định nên tần số và l ợng ánh sáng lọt vào quang trở cũng thay đổi. Tín hiệu qua
bộ khuyếch đại 3 và tạo các xung, từ đó suy ra độ dịch chuyển hoặc vận tốc.
Phân hai loại chính:
Sensor mã hoá giá trị tuyệt đối
(absolute encoders)
Sensor mã hoá giá trị số gia
(incremental encoders)
Loại thứ hai đ ợc dùng phổ biến hơn vi

giá thành của nó rẻ hơn.
Tín hiệu đầu ra của các loại sensor này là tín hiệu
số nên rất thuận tiện cho việc ghép nối với máy tính
để xử lý tín hiệu mà không cần bộ chuyển đổi A/D
nào đi kèm.
ứng dụng: đ ợc dùng nhiều trong cơ cấu đo vận tốc,
gia tốc, hay dò đ ờng của các loại Mobile Robot.
Sensor lực
Dùng để nhận các thông tin về sự
tiếp xúc của bàn kẹp với đối t ợng,
nh ng thông tin đó bao gồm: vị trí,
hinh thù của đối t ợng hoặc lực cần
kẹp
Chủ yếu dùng để nhận biết lực
xuất hiện trong khi lắp ráp các chi
tiết máy. đôi khi để nhận tín hiệu
lực trong các khớp động.
Th ờng đ ợc lắp trong các khớp quay,
khớp cổ tay, hay trực tiếp trên bàn
kẹp.
Sensor xúc giác
Sensor tín hiệu gần
Công dụng: Dùng để xác định sự có mặt của đối t ợng trong phạm vi không gian
ngay sát bên chỗ thao tác để kẹp vật hoặc di chuyển vòng qua ch ớng ngại
Phân loại: Sensor loại này gồm các nhóm sensor
+ Sensor từ cam: đây là loại sensor hoạt động
theo nguyên tắc thay đổi độ từ cam khi thay đổi
cự li gi a các vật thể kim loại và sensor. để nhận đ
ợc tín hiệu ra từ sensor loại này cần có sự chuyển
động t ơng đối gi a sensor và đối t ợng.

+ Sensor Hall: là loại sensor hoạt động dựa trên
nguyên tắc của hiệu ứng Hall là hiệu ứng liên hệ
điện thế gi a 2 đầu dây dẫn hoặc bán dẫn với từ tr
ờng.
+ Sensor điện dung: Có kha nang phát hiện đ ợc tất ca các vật thể rắn cũng nh
lỏng. Nguyên tắc nhận biết các vật thể qua sự biến đổi của điện dung phụ thuộc
vào khoang cách tới vật thể đó.
+ Sensor siêu âm: Loại này vấn đề vật liệu của vật thể không anh h ởng gi đến độ
nhạy của sensor.
Giíi thiÖu mét sè lo¹i sensor
Sensor m·
ho¸ quang
häc
(Optical
encorders)
g¾n trªn
b¸nh xe cña
Robot
Giíi thiÖu mét sè robot octopus (b¹ch tuéc)
KÕt luËn
Thanks and see yo u
again
The
e n d
Tµi liÖu tham khao
[1] - Kü thuËt Robot. PGS.TS ®µo Van HiÖp.
[2] - Robot C«ng nghiÖp. PGS.TS ®µo Van HiÖp.
[3] - Robot C«ng nghiÖp. GS.TSKH NguyÔn ThiÖn Phóc.
[4] - Robot Builder’s Bonanza. Gordon – McComb. McGraw – Hill.
[5] - www.google.com.vn