迎賓機器人的位置傳感器：電位器、光電編碼器

電位器

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(fā)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(jié)和連桿的位置。

光電編碼器

光電編碼器是一種能檢測細微運動、輸出數(shù)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(shù)字電信息量輸出。

光電編碼器是現(xiàn)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(xiàn)。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(xù)的脈沖信號，對這些信號計數(shù)，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(shù)據(jù)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(fā)生多于兩位同 時改變狀態(tài)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(shù)字測量中，測量系統(tǒng)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(fā)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(fā)生變化，因此總能檢測到信號的變化。

傳感器圈由數(shù)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(shù)。通過計數(shù)一定時間的脈沖數(shù)，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。