第一篇：機器人傳感器論文

機器人技術基礎論文

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機器人傳感器

摘要：

機器人的控制系統相當于人類大腦，執行機構相當于人類四肢，傳感器相當于人類的五官。因此，要讓機器人像人一樣接收和處理外界信息，機器人傳感器技術是機器人智能化的重要體現。Abstract：

Robot control system is equivalent to the human brain, actuators equivalent to human limbs, sensor is equivalent to the human facial features.Therefore, to make robots like people receive and process information from outside, robot sensor technology is the important embodiment of intelligent robots.關鍵詞：機器人 傳感器 內部 外部

正文：

傳感器是機器人完成感覺的必要手段，通過傳感器的感覺作用，將機器人自身的相關特性或相關物體的特性轉化為機器人執行某項功能時所需要的信息。根據傳感器在機器人上應用的目的和使用范圍不同，可分為內部傳感器和外部傳感器。

內部傳感器用于檢測機器人自身狀態（如手臂間角度、機器人運動工程中的位置、速度和加速度等）；外部傳感器用于檢測機器人所處的外部環境和對象狀況等，如抓取對象的形狀、空間位置、有沒有障礙、物體是否滑落等。

機器人用內、外傳感器分類

傳感器 位置 速度 加速度 檢測內容 位置、角度 速度 加速度 接觸 把握力 荷重

觸覺 分布壓力 多元力 力矩 滑動 接近

接近覺 間隔 傾斜平面位置

視覺 距離 形狀 缺陷

聽覺 嗅覺 味覺 聲音 超聲波 氣體成分 味道

檢測器件

電位器、直線感應同步器 角度式電位器、光電編碼器 測速發電機、增量式碼盤 壓電式加速度傳感器 壓阻式加速度傳感器 限制開關

應變計、半導體感壓元件 彈簧變位測量器

導電橡膠、感壓高分子材料 應變計、半導體感壓元件 壓阻元件、馬達電流計 光學旋轉檢測器、光纖

應用

位置移動檢測 角度變化檢測 速度檢測 加速度檢測 動作順序控制 把握力控制

張力控制、指壓控制 姿勢、形狀判別 裝配力控制 協調控制 滑動判定、力控制

光電開關、LED、紅外、激光 動作順序控制 光電晶體管、光電二極管 電磁線圈、超聲波傳感器 攝像機、位置傳感器 測距儀 線圖像傳感器 畫圖像傳感器 麥克風 超聲波傳感器

氣體傳感器、射線傳感器 離子敏感器、PH計

障礙物躲避

軌跡移動控制、探索 位置決定、控制 移動控制 物體識別、判別 檢查，異常檢測 語言控制（人機接口）導航 化學成分探測

機器人傳感器的要求和選擇

機器人傳感器的選擇取決于機器人工作需要和應用特點，對機器人感覺系統的要求時選擇傳感器的基本依據。機器人傳感器的選擇的一般要求：

? 精度高、重復性好； ? 穩定性和可靠性好； ? 抗干擾能力強；

? 重量輕、體積小、安裝方便。

內部傳感器

位移傳感器

按照位移的特征，可分為線位移和角位移。

線位移是指機構沿著某一條直線運動的距離，角位移是指機構沿某一定點轉動的角度。（1）電位器式位移傳感器

電位器式位移傳感器由一個線繞電阻（或薄膜電阻）和一個滑動觸點組成。其中滑動觸點通過機械裝置受被檢測量的控制。當被檢測的位置量發生變化時，滑動觸點也發生位移，從而改變了滑動觸點與電位器各端之間的電阻值和輸出電壓值，根據這種輸出電壓值的變化，可以檢測出機器人各關節的位置和位移量。（2）直線型感應同步器

直線感應同步器的組成是由定尺和滑尺組成。定尺和滑尺間保證與一定的間隙，一般為0.25mm左右。在定尺上用銅箔制成單項均勻分布的平面連續繞組，滑尺上用銅箔制成平面分段繞組。繞組和基板之間有一厚度為0.1mm的絕緣層，在繞組的外面也有一層絕緣層，為了防止靜電感應，在滑尺的外邊還粘貼一層鋁箔。定尺固定在設備上不動，滑尺則可以再定尺表面來回移動。（3）圓形感應同步器

圓形感應同步器主要用于測量角位移。它由釘子和轉子兩部分組成。在轉子上分布著連續繞組，繞組的導片是沿圓周的徑向分布的。在定子上分布著兩相扇形分段繞組。定子和轉子的截面構造與直線型同步器是一樣的，為了防止靜電感應，在轉子繞組的表面粘貼一層鋁箔 絕對速度傳感器

絕對速度傳感器，圖4-11為國產CD-1型絕對速度傳感器的結構圖。途中磁鋼6借鋁架5固定在殼體4內，并通過殼體形成磁回路。線圈2和阻尼環3安裝在芯桿2上，芯桿用彈簧1和8支承在殼體內，構成傳感器的活動部分。當傳感器的殼體與振動物體一起振動時，如振動的頻率較高，由于芯桿組件的質量很大，故產生的慣性力也大，可以阻止芯桿隨殼體一起運動。當振動頻率高到一定程度時，可以認為芯桿組件基本不動，只是殼體隨被測物體振動。這時，線圈以物體的振動速度切割磁力線而在線圈兩端產生感應電壓。并且線圈輸出的電壓與線圈相對可替代運動速度成正比。當振動速度高到一定程度時，線圈與殼體的相對速度就是被測振動物體的絕對速度。加速度傳感器

電動式速度傳感器的結構它由軛鐵。永久磁鐵、線圈及支承彈簧所組成。由電磁感應定律可知，穿過線圈的磁通量隨時間變化時，在線圈兩端將產生與磁通量中減少速率成正比的電壓U，可表示為：

U??d? dt如果線圈沿著與磁場垂直的方向運動，在線圈中便可產生與線圈速度成正比的感應電壓，通過測量電路測得其電壓的大小，便可得出速度的大小。壓電式加速度傳感器

它也稱為壓電式加速度計，他是利用壓電效應制成的一種加速度傳感器。常見的結構形式有基于壓電元件厚度變形的壓縮式加速度傳感器、基于壓電元件剪切變形的剪切式和復合型加速度傳感器。

機器人外部傳感器

力或力矩傳感器

機器人在工作時，需要有合理的握力，握力太小或太大都不合適。力或力矩傳感器的種類很多，有電阻應變片式、壓電式、電容式、電感式以及各種外力傳感器。力或力矩傳感器通過彈性敏感元件將被測力或力矩轉換成某種位移量或變形量，然后通過各自的敏感介質把位移量或變形量轉換成能夠輸出的電量。機器人常用的力傳感器分以下三類。i.裝在關節驅動器上的力傳感器，稱為關節傳感器。它測量驅動器本身的輸出力和力矩。用于控制中力的反饋。ii.裝在末端執行器和機器人最有一個關節之間的力傳感器，稱為腕力傳感器。它直接測出作用在末端執行器上的力和力矩。

裝在機器人手爪指（關節）上的力傳感器，稱為指力傳感器，它用來測量夾持物體時的受力情況。觸覺傳感器 人的觸覺包括接觸覺、壓覺、力覺、冷熱覺、滑動覺、痛覺等。在機器人中，使用觸覺傳感器主要有三方面的作用： i.使操作動作使用，如感知手指同對象物之間的作用力，便可判定動作是否適當，還可以用這種力作為反饋信號，通過調整，使給定的作業程序實現靈活的動作控制。這一作用是視覺無法代替的。ii.識別操作對象的屬性，如規格、質量、硬度等，有時可以代替視覺進行一定程度的形狀識別，在視覺無法使用的場合尤為重要。iii.用以躲避危險、障礙物等以防事故，相當于人的痛覺。

接近覺傳感器

接近覺是指機器人能感覺到距離幾毫米到十幾厘米遠的對象物或障礙物，能檢測出物體的距離、相對傾角或對象物表面的性質。這就是非接觸式感覺。滑覺傳感器

機器人要抓住屬性未知的物體時，必須確定自己最適當的握力目標值，因此需檢測出握力不夠時所產生的物體滑動。利用這一信號，在不損壞物體的情況下，牢牢抓住物體。為此目地設計的滑動檢測器，叫做滑覺傳感器。視覺傳感器

每個人都能體會到，眼睛對人來說多么重要。有研究表明，視覺獲得的信息占人對外界感知信息的80%。人類視覺細胞數量的數量級大約為106，時聽覺細胞的300多倍，時皮膚感覺細胞的100多倍。人工視覺系統可以分為圖像輸入（獲取）、圖像處理、圖像理解、圖像存儲和圖像輸出幾個部分，實際系統可以根據需要選擇其中的若干部件。聽覺傳感器

智能機器人在為人類服務的時候，需要能聽懂主人的吩咐，需要給機器人安裝耳朵，首先分析人耳的構造。

聲音是由不同頻率的機械振動波組成，外界聲音使外耳鼓產生振動，中耳將這種振動放大、壓縮和限幅、并抑制噪聲。經過處理的聲音傳送到中耳的聽小骨，再通過卵圓窗傳到內耳耳蝸，由柯蒂氏器、神經纖維進入大腦。內耳耳蝸充滿液體，其中有30000各長度不同的纖維組成的基底膜，它是一個共鳴器。長度不同的纖維能聽到不同頻率的聲音，因此內耳相當于一個聲音分析器。智能機器人的耳朵首先要具有接受聲音信號的器官，其次還需要語音識別系統。

在機器人中常用的聲音傳感器主要有動圈式傳感器和光纖聲傳感器。味覺傳感器

味覺是指酸、咸、甜、苦、鮮等人類味覺器官的感覺。酸味是由氫離子引起的。比如鹽酸、氨基酸、檸檬酸；咸味主要是由NaCl引起的；甜味主要由蔗糖、葡萄糖等引起的，苦味是由奎寧、咖啡因等引起的；鮮味是由海藻中的谷氨酸鈉、魚和肉中的肌酐酸二鈉、蘑菇中的鳥苷酸二鈉等引起的。在人類的味覺系統中，舌頭表面味蕾上的味覺細胞的生物膜可以感受味覺。味覺物質被轉換為電信號，經神經纖維傳至大腦。味覺傳感器與傳統的、只檢測某種特殊的化學物質的化學傳感器不同。目前某些傳感器可以實現對味覺的敏感，如PH計可以用于酸度檢測、導電計可用于堿度檢測、比重計或屈光度計可用于甜度檢測等。但這些傳感器智能檢測味覺溶液的某些物理、化學特性，并不能模擬實際的生物味覺敏感功能，測量的物理值要受到非味覺物質的影響。此外，這些物理特性還不能反應各味覺之間的關系，如抑制效應等。

實現味覺傳感器的一種有效方法是使用類似于生物系統的材料做傳感器的敏感膜，電子舌是用類脂膜作為味覺傳感器，能夠以類似人的味覺感受方式檢測味覺物質。從不同的機理看，味覺傳感器大致分為多通道類脂膜技術、基于表面等離子體共振技術、表面光伏電壓技術等，味覺模式識別是由最初神經網絡模式發展到混沌識別。混沌是一種遵循一定非線性規律的隨機運動，它對初始條件敏感，混沌識別具有很高的靈敏度，因此應用越來越廣。目前較典型的電子舌系統有新型味覺傳感器芯片和SH—SAW味覺傳感器。

總結：

傳感器對于機器人有著至關重要的作用，通過對各種機器人傳感器的學習和了解，我對機器人各種傳感器有了一個新的認識，使我獲益匪淺，為我以后這方面的學習打下了堅定的基礎。

參考文獻：（1）《機器人技術基礎》，劉極峰

（2）《機器人傳感器及其應用》，高國富，謝少榮（3）《傳感器及其應用》，謝文和

第二篇：傳感器設計論文

傳感器 課 程 論 文

課程名稱：論文題目：學 院：系 別：專 業：學 號：學生姓名：指導教師：日 期： 傳感器技術 溫度的傳感器設計

合肥通用職業技術學院

機械工程系

機電一體化 機電1301 11130156 張印

邢老師 2015 年 1 月 4日

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傳感器的應用、發展前景及其目前的發展趨勢

近年來，國內外溫度傳感器研發領域取得了很大的進步。溫度傳感器正從結構復雜、功能簡單向集成化、智能化、多參數檢測的方向迅速發展，為開發新一代溫濕度測控系統創造了有利條件，也將溫度測量技術提高到新的水平。國內數字溫度儀測量溫濕度采用的主要方法有:“溫—阻”法,即采用電阻型的溫度傳感器,利用其阻值隨溫度的變化測量空氣的溫度。受傳感器靈敏度的限制,這類溫濕度儀的精度不是很高,一般條件下還可以滿足需要,但是在環境實驗設備等對精度要求較高的場合就難以滿足要求了。

隨著信息產業的發展及工業化的進步,溫度不僅僅表現在以上幾個方面直接或間接影響著人類基本生活條件, 還表現在對工生物制品、醫藥衛生、科學研究、國防建設等方面的影響。針對以上情況，研制可靠且實用的溫度控制器顯得非常重要。常用溫度傳感器的非線性輸出及一致性較差，使溫度的測量方法和手段相對較復雜，且給電路的調試帶來很大的困難。傳統的溫度測量多采用模擬小信號傳感器，不僅信號調理電路復雜，且溫度值的標定過程也極其復雜，并需要使用昂貴的標定儀器設備。因此對于溫濕度控制器的設計有著很大的現實生產意義。

隨著光學技術在傳感器領域的應用，出現了開關式溫度測量器、輻射式溫度測量器等溫度測量器，使得溫度測量精度和范圍都有較大的提高，其中應用激光技術測溫打破了傳統的近距測溫，可以針對遠程溫度測量[4-5]。

隨著電子技術和自動化的發展，研究開發出數字式集成溫度傳感器。這種傳感器是將溫度和數字電路集成在一起，內部包含了溫度傳感器、A/D轉換器、信號處理器、接口電路等，有的還有單片機的中央處理器、隨即存取存儲器和只讀存儲器集成在一起，成功的實現了溫度傳感器的數字化結構。數字式溫度傳感器的采集精度高、測試的可靠性高、又很強的抗干擾能力，這些都是模擬式溫度傳感器不能達到的，由于引入了數字式的溫度反饋，有效地改善了比較器的失調和零點漂移對溫度精度的影響。目前，數字溫度傳感器已經結合了總線技術、等接口和主機進行通信，這種數字化、集成化的傳感器是將溫度傳感器的一個新的發展方向。

溫度傳感器的工作原理

熱敏電阻溫度測量傳感器所采用的材料為鉑金，該傳感器應用了激光調阻和濺射成膜等技術制作形成的。選用鉑電阻的原因是因為其電阻值可以隨著溫度的變化而近似線性的變化，且具有良好的溫度重現性和良好的測試穩定性。

本文設計所使用的是鉑膜溫度傳感器，該傳感器零度時的阻值為1000Ω，該電阻的變化率為0.3851Ω/℃，在測量中薄膜鉑電阻具有體積小，響應快，壽命長，測溫范圍寬，在氧化介質中性能穩定，線性度及精確度高等優點，很適合在便攜式測量儀中使用。

由于熱電阻隨溫度變化而引起電阻的變化值較小，如鉑電阻 Pt1000 在零溫度時的阻值

R0=1000，因此，在傳感器與測量儀器之間的引線過長會引起較大的測量誤差，在實際應用時，通常是熱電阻與儀器或放大器采用兩線或四線制的接線方式。兩線制的引線電阻：鉑電阻不超過 R0的 0.1%，銅電阻不超過 R0的 0.2%。采用四線制可消除連線過長而引起的誤差。

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電橋輸出電壓 V0為

V0=I /2×2R(Rt-Rr)/(2R+Rt+Rr)當 R>>Rt、Rr時，V0=I /(Rt-Rr)其中

Rr為溫漂很小的鉑電阻 Rt為可變電阻 R 為固定電阻

I 為恒流源提供的電流 V0為輸出電壓。

傳感器的動態特性

根據本文的設計，圖1-1為所測得在0℃～ 100℃溫度范圍內鉑電阻的阻值和溫度的關系曲線。并且該圖為傳感器的動態特性。

圖1-1鉑電阻與溫度關系曲線

由圖1-1可以看出，隨著溫度升高鉑電阻的的組織也隨之升高，曲線呈近似線性變化。

傳感器的靜態特性

溫度傳感器探頭采用的材料為鉑金，應用激光調阻和濺射成膜等工藝技術制成。鉑電阻的阻值能夠隨著溫度的變化而近似線性變化，具有良好的溫度重現性和測試穩定性。本文采用的是溫度傳感器探頭如圖1-2所示。

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圖1-2溫度傳感器探頭圖

常用的鉑膜溫度傳感器

圖1-3 溫度傳感器探頭圖

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鉑膜溫度傳感器技術指標

鉑膜溫度傳感器的技術指標見下表 1.鉑電阻的技術指標

2.熱響應時間

在溫度出現階躍變化時，鉑電阻的輸出變化至量程變化50%所需要的時間成為熱響應時間，用T0.5表示。

3.鉑電阻絕緣電阻

常溫絕緣電阻的試驗電壓可取直流 10～100V 任意值，環境溫度在15～35℃范圍內，相對濕度應不大于 80%，常溫絕緣電阻值應大于 100M。

4.鉑電阻允許通過電流

通過鉑電阻的測量電流最大不應超過 1mA。5.公稱壓力

一般是指在長溫下，保護管所能承受的不至于破裂的靜態外壓，承壓數值的大小同保護管的材料，直徑，壁厚，焊接強度等密切相關。

溫度傳感器是指檢測外界溫度的傳感器，它將所測環境中的溫度信號轉換為便于處理，顯示，記錄的電（頻率）信號等，在很多領域都有普遍的應用。

溫度傳感器從使用角度大致可分為接觸式和非接觸式兩大類。前者是讓溫度傳感器直接與待測物體接觸，來檢測被測物體溫度的變化，而后者是使溫度傳感器與待測物體離開一定的距離。檢測從待測物體放射出的紅外線，從而達到測溫的目的。在接觸式和非接觸式兩大類溫度傳感器中，相比之下運用較多的是接觸式傳感器，非接觸式傳感器一般在比較特殊的場合才使用。它是利用轉換元件電磁參數隨溫度變化的特性，對溫度和與溫度有關的參量進行檢測的裝置，其中將溫度變化轉換為電阻變化的稱熱電阻傳感器，金屬熱電阻式傳感器簡稱熱電阻，半導體熱電阻式傳感器簡稱熱敏電阻，將溫度變化轉換為電動勢變化的稱為熱電偶傳感器。

溫度檢測采用的最基本的是熱電偶式和熱敏電阻式。熱電偶式應用廣泛，價格便宜而且耐用，種類多，能夠覆蓋非常寬的溫度范圍，最高溫度可達到2000℃。所以本文設計選擇熱敏電阻，該傳感器主要隨溫度的變化阻值發生變化，主要測量范圍為-200℃～ 500℃溫度范圍內測量。其溫度系數大而且穩定，反應速度快，工藝價格低，測溫環境穩定。

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傳感器的內部結構

在傳感器中間沉積了過渡層氧化鎳,同時為了提高鉑薄膜的焊接連接特性,在鎳薄膜上面又沉積了銅薄膜作為導線層,最后在最外層沉積了三氧化二鋁薄膜作為保護膜,起到絕緣保護的作用,其膜系結構設計如圖所示：

由于三氧化二鋁的絕緣特性和高硬度、高穩定性等特點,可以避免傳感器層和銅導線層的氧化,同時也可以保證傳感器的耐腐蝕和耐沖擊,從而保證傳感器長期穩定地工作。

設計小結

利用鉑薄膜的溫度電阻特性以及磁控濺射鍍膜技術設計并制備了薄膜熱阻型溫度傳感器,得到的薄膜傳感器在-200到600攝氏度之間有極高的線性度和穩定性,并且通過對不同工藝參數的分析得到了最佳的制備鉑薄膜的工藝參數:工作壓強0.6 Pa,靶基距60 mm,電源功率120 W。通過對退火溫度的對比分析得到了鉑薄膜最佳的退火溫度為400℃,退火時間為2 h,這些都為制備更為穩定精度更高的鉑薄膜溫度傳感器奠定了良好的基礎。

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第三篇：熱電式傳感器論文

熱電式傳感器論文

12自動化

李偉強

1241202038

摘要：熱電式傳感器是一種將溫度變化轉化為電量變化的裝置。在各種熱電式傳感器中，以將溫度量轉為電勢和電阻的方法最為普遍。其中最常用于測量溫度的是熱電偶和熱電阻。這兩種熱電式傳感器目前在工業生產中已得到廣泛應用，并且有與其相配套的顯示儀表與記錄儀表。關鍵字：熱電式熱電偶、工作原理、應用

熱電式傳感器定義

熱電式傳感器是將溫度變化轉換為電量變化的裝置。它是利用某些材料或元件的性能隨溫度變化的特性來進行測量的。例如將溫度變化轉換為電阻、熱電動勢、熱膨脹、導磁率等的變化，再通過適當的測量電路達到檢測溫度的目的。把溫度變化轉換為電勢的熱電式傳感器稱為熱電偶；把溫度變化轉換為電阻值的熱電式傳感器稱為熱電阻。工作原理

熱電偶是利用熱電效應制成的溫度傳感器。所謂熱電效應，就是兩種不同材料的導體（或半導體）組成一個閉合回路，當兩接點溫度T和T0不同時，則在該回路中就會產生電動勢的現象。由熱點效應產生的電動勢包括接觸電動勢和溫差電動勢。接觸電動勢是由于兩種不同導體的自由電子密度不同而在接觸處形成的電動勢。其數值取決于兩種不同導體的材料特性和接觸點的溫度。溫差電動勢是同一導體的兩端因其溫度不同而產生的一種電動勢。其產生的機理為：高溫端的電子能量要比低溫端的電子能量大，從高到低溫端的電子數比從低溫端跑到高溫端的要多，結果高溫端因失去電子而帶正電，低溫端因獲得多余的電子而帶負電，在導體兩端便形成溫差電動勢。熱電阻傳感器是利用導體的電阻值隨溫度變化而變化的原理進行測溫的。熱電阻廣泛用來測量－200～850℃范圍內的溫度，少數情況下，低溫可測量至1K，高溫達1000℃標準鉑電阻溫度計的精確度高，作為復現國際溫標的標準儀器。

熱電傳感器的應用 1.無觸點恒溫控制器

無觸點自動溫控電路如下圖所示。其控溫范圍從室溫到150℃，精度為±0.1℃。測溫用的熱敏電阻RT作為偏置電阻接在T1、T2組成的差分放大器電路內，當溫度變化時，熱敏電阻阻值變化，引起T1集電極電流變化，影響二極管D支路電流，從而使電容C充電電流發生變化，則電容電壓達到單結晶體管BT峰點電壓的時刻發生變化，即單結晶體管的輸出脈沖產生相移，改變了可控硅SCR的導通角，改變了加熱絲的電源電壓，從而達到自動控溫的目的。圖中電位器Rp用以調節不同的設定溫度。

2.室內空氣加熱

室內空氣加熱器PTC熱敏元件由于具有升溫快、能自控、安全節能、組成電路簡單等特點，因而在各種取暖器上到了廣泛的應用。下圖是空氣加熱器的電路結構示意圖，其中PTC元件上有許多小孔，后面裝有散熱用的鼓風機。當接通電源后，PTC元件由于阻值小會有大電流通過而開始加熱，鼓風機同時工作，它吹出的空氣把PTC元件產生的熱量帶向室內空間。由于空氣流速和PTC熱量的自動平衡，出風口的溫度達50～60℃。當鼓風機由于故障原因停止轉動時，PTC元件的阻值會急劇增大，從而限制了電流的通過，溫度便下降到很低，可以避免意外事故的發生。

PTC元件的形狀常用的有方形板狀和圓盤狀兩種。方形板狀的尺寸為70mm×70mm×10mm，在厚度方向上約1800個小孔。圓盤狀的尺寸為￠50×(3.5～7.0)mm。PTC元件的功率為300~1000W

3.自動門控制電路

下圖是自動門控制電路原理圖。人體移動探測采用新型熱釋電紅外線探測模塊HN911。場效應管T1用作延時控制，通過調節電位器RP1便可改變延時控制的時間。光耦合器件MOC3020起交直隔離作用。當無人通過自動門時，HN911輸出端為低電平，T1無控制信號輸出，雙向晶閘管T2關閉，負載機不工作，門處于關閉狀態。當有人行走接近自動門時，HN911模塊檢知到人體紅外能量，輸出端1為高電平輸出，雙向晶閘管導通，負載電機工作，打開自動門。當自動門運行到位時，由限位開關S切斷電源。由于HN911模塊的輸出端2輸出的電平正和1端輸出的電平相反，故可用2端端的輸出信號控制自動門關閉。

4.客房火災報警器

下圖是客房火災報警器原理電路圖。在每個客房中安裝有由TT201溫控晶閘管組成的火災傳感器，在每一路中又都串有發光二極管LED，其總線串接報警電路再與電。為及時了解災情，發光二極管及報警電路均設置在總監控臺。若某一房間發生火災時，房內的環境溫度升高，當環境溫度升高到溫控晶閘管的開啟電壓溫度時，該路的溫控晶閘管導通，相應發光二極管發光顯示，同時，由于溫控晶閘管導通會使總線電流增大，產生報警信號，再經報警電路檢

測處理后，立即發出火災警笛聲響。

5.液位報警器

用集成溫度傳感器的液位報警器的原理電路。它由兩個AD590集成溫度傳感器、運算放大器及報警電路等組成，其中傳感器B2設置在警式液面的位置，傳感器B1設置在外部。正常情況下，兩個傳感器在相同的溫度條件下，調節電位器RP1，使運算放大器輸出為零。當液面升高時，傳感器B2將會被液體淹沒，由于液體溫度與環境溫度的差別，使運算放大 器工作輸出不為零的控制信號，驅動報警電路報警。

小結：

熱電式傳感器是一種將溫度變化轉換為電量變化的裝置。在各種熱電式傳感器中，以將溫度量轉換為電勢值和電阻值的方法最為普遍。如：熱電偶就是將溫度轉換為電勢值的傳感器；金屬熱電阻和半導體熱敏電阻將溫度轉換為電阻值。它們在工業生產中都得到了廣泛的應用。利用半導體PN結的伏安特性與溫度之間的關系，可以制成溫敏二極管、溫敏三極管、溫敏晶閘管以及集成溫度傳感器，它們在窄溫場中也得到了十分廣泛的應用。除此之外，本章還討論了熱釋電紅外傳感器及其應用。學完本章之后，初步掌握熱電偶、金屬熱電阻、半導體熱敏電阻、集成溫度傳感器，熱釋電紅外傳感器的工作原理及應用。

第四篇：工業機器人論文

走進科技論文

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顏衛勤

工業機器人論文

在科技界，科學家會給每一個科技術語一個明確的定義，但機器人問世已有幾十年，機器人的定義仍然仁者見仁，智者見智，沒有一個統一的意見。原因之一是機器人還在發展，新的機型，新的功能不斷涌現。根本原因主要是因為機器人涉及到了人的概念，成為一個難以回答的哲學問題。就像機器人一詞最早誕生于科幻小說之中一樣，人們對機器人充滿了幻想。也許正是由于機器人定義的模糊，才給了人們充分的想象和創造空間。其實并不是人們不想給機器人一個完整的定義，自機器人誕生之日起人們就不斷地嘗試著說明到底什么是機器人。但隨著機器人技術的飛速發展和信息時代的到來，機器人所涵蓋的內容越來越豐富，機器人的定義也不斷充實和創新。

在此，我僅根據自己的所學及課本給出的定義概述一下有關機器人的定義。機器人（Robot）是1920年 捷克斯洛伐克作家卡雷爾·恰佩克在他的科幻小說《羅薩姆的機器人萬能公司》的劇本中，塑造的一個具有人的外表、特征和功能，愿意為人服務的機器奴仆“Robota”一詞衍生出來的。根據這個定義，我們可以這樣說：機器人是一個在三維空間中具有多自由度的，并能實現諸多擬人動作和功能的機器；而工業機器人（Industrial Robot）則是在工業生產上應用的機器人。

而美國機器人工業協會（U.S.RIA）提出的工業機器人定義為機器人是“一種用于移動各種材料、零件、工具或專用裝置的，通過可編程序動作來執行種種任務的，并具有編程能力的多功能機械手(manipulator)或者通過不同程序的調用來完成各種工作任務的特種裝置”。日本機器人協會(JIRA)的定義則是：工業機器人是“一種裝備有記憶裝置和末端執行器(end effector)的，能夠轉動并通過自動完成各種移動來代替人類勞動的通用機器”。可見美國機器人協會和日本機器人協會給出了相類似的定義。國際標準化組織(ISO)的定義：“機器人是一種自動的、位置可控的、具有編程能力的多功能機械手，這種機械手具有幾個軸，能夠借助于可編程序操作來處理各種材料、零件、工具和專用裝置，以執行種種任務”。而我國科學家對機器人的定義是：“機器人是一種自動化的機器，所不同的是這種機器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規劃能力、動作能力和協同能力，是一種具有高度靈活性的自動化機器”。在我國，在工業領域內應用的機器人我們稱為工業機器人。通常人們對工業機器人的定義是：工業機器人是一種能模擬人的手、臂的部分動作, 按照預定的程序、軌跡及其它要求, 實現抓取、搬運工件或操作工具的自動化裝置。

工業機器人的最顯著的特點簡單概述為可編程、擬人化、通用性、機電一體化。

工業機器人由主體、驅動系統和控制系統三個基本部分組成。主體即機座和執行機構，包括臂部、腕部和手部，有的機器人還有行走機構。大多數工業機器人有3～6個運動自由度，其中腕部通常有1～3個運動自由度；驅動系統包括動力裝置和傳動機構，用以使執行機構產生相應的動作；控制系統是按照輸入的程序對驅動系統和執行機構發出指令信號，并進行控制。工業機器人按臂部的運動形式分為四種。直角坐標型的臂部可沿三個直角坐標移動；圓柱坐標型的臂部可作升降、回轉和伸縮動作；球坐標型的臂部能回轉、俯仰和伸縮；關節型的臂部有多個轉動關節。

工業機器人按執行機構運動的控制機能，又可分點位型和連續軌跡型。點位型只控制執行機構由一點到另一點的準確定位，適用于機床上下料、點焊和一般搬運、裝卸等作業；連續軌跡型可控制執行機構按給定軌跡運動，適用于連續焊接和涂裝等作業。工業機器人按程序輸入方式區分有編程輸入型和示教輸入型兩類。編程輸入型是將計算機上已編好的作業程序文件，通過RS232串口或者以太網等通信方式傳送到機器人控制柜。

示教輸入型的示教方法有兩種：一種是由操作者用手動控制器(示教操縱盒)，將指令信號傳給驅動系統，使執行機構按要求的動作順序和運動軌跡操演一遍；另一種是由操作者直接領動執行機構，按要求的動作順序和運動軌跡操演一遍。在示教過程的同時，工作程序的信息即自動存入程序存儲器中在機器人自動工作時，控制系統從程序存儲器中檢出相應信息，將指令信號傳給驅動機構，使執行機構再現示教的各種動作。示教輸入程序的工業機器人稱為示教再現型工業機器人。

具有觸覺、力覺或簡單的視覺的工業機器人，能在較為復雜的環境下工作；如具有識別功能或更進一步增加自適應、自學習功能，即成為智能型工業機器人。它能按照人給的“宏指令”自選或自編程序去適應環境，并自動完成更為復雜的工作。

清潔機器人的涵蓋范圍廣泛，依照IFR World Robotic的分類，可分為產業型與家用型兩大類，在產業型方面例如地板清潔（吸塵與洗地）、風管空調系統清潔、除草、大樓窗戶清洗、水箱清潔等。目前為止應用最成功的仍屬地板清潔型機器人，包括機場、大賣場、工廠、飯店大廳等大范圍面積的場所，原因在于地板屬于2-D幾何平面，技術相對較為單純。而家用型的地板清潔機器人（吸塵器）在近年來則快速竄起，成為市場主流產品，根據IFR World Robotics 2005的統計數據顯示，服務型機器人中，清潔機器人仍是主要應用。其中家用清潔機器人更占整體服務型機器人的95%以上，其中2005-2008年更可高達447萬臺。

家用型清潔機器人受到熱烈歡迎的主要原因在于已開發與開發中國家多以雙薪家庭為主，并逐漸走向少子化與高齡化的趨勢，在家庭人口結構變少的情況下，清潔工作的替代便成為新興市場發展的重要需求，遂使的清潔機器人成為各國爭相投入的技術研發重點。

隨著自動化技術與人工智能的快速發展，機器人在人類的環境中扮演越來越重要的腳色。傳統上機器人的應用層面多集中于工業化的生產系統與制造流程上，專門應付長時間作業、大量重復性動作、系統復雜且需要精密控制、高危險性等工作上。而近年來的演進則漸漸朝向服務型機器人的方向快速蓬勃發展。那么在我們身邊有什么樣的機器人呢？ 生活中常見的工業機器人有如下幾種：

點焊機器人，這主要是針對汽車生產線，提高生產效率，提高汽車焊接的質量，降低工人的勞動強度的一種機器人。它的特點是通過機器人對兩個鋼板進行點焊的時候，需要承載一個很大的焊鉗，一般在幾十公斤以上，那么它的速度要求在每秒鐘一米五到兩米這樣的高速運動，所以它一般來說有五到六個自由度，負載三十到一百二十公斤，工作的空間很大，大概有兩米，這樣一個球形的工作空間，運動速度也很高，那么自由度的概念，就是說，是相對獨立運動的部件的個數，就相當于我們人體，腰是一個回轉的自由度，我們大臂可以抬起來，小臂可以彎曲，那么這就三個自由度，同時腕部還有一個調整姿態來使用的三個自由度，所以一般的機器人有六個自由度，就能把空間的三個位置，三個姿態，機器人完全實現，當然也有小于六個自由度的，也有多于六個自由度的機器人，只是在不同的需要場合來配置。

弧焊機器人也是工業機器人中一個最重要的方面，像我們汽車的后橋，進行焊接的時候，它連續焊接，所以它的特點是連續軌跡控制，所以它要求的軌跡精度要求非常高，一般來說也是五到六個自由度，由于它焊槍比較小，所以在五到十公斤就可以了，這個方面是在國際和國內應用非常大的一類機器人，在另一方面像搬運和鉚接，這些工作場合下，像搬運，主要是要求機器人有很高的速度，承載能力很多、很強，像日本的大庫機器人，它可以承載三百公斤，抓取、來進行搬運和碼垛。

醫療機器人，是近五年來發展比較迅速的一個新的應用領域，那么這個也可以看到幾個方面，包括人是一個非常珍貴的生物，那么包括人的眼球、神經、血管都很精細，那么如果人手術的時候，醫生來手術，一個是疲勞，另一個人手操作的精度還是有限的，那么這是在德國，一些大學里面，面向人的脊椎，如腰間盤突出這種病，進行識別以后，能夠自動地用機器人來輔助進行定位，進行操作和手術。還有一類叫康復機器人，康復機器人像比方說，現在發病量比較大的是偏癱和半身不遂這種病患，當他恢復治療完以后，需要對他的肢體進行鍛煉和恢復，那么如果醫生是有限的，不可能一個醫生，天天給一個病人進行按摩或牽引這樣的工作，那么家庭的人員都上班，沒有時間照顧，那么用一個機器人，可以對他的手進行牽動，天天強迫他進行鍛煉，使人的肌肉的恢復達到最好，更為精細的工作像很多大學和一些醫院在開發像人的腦手術，這個是很危險的事情，但是，已經得到了很好的例證，包括北航開發出了對人腦的定位和鉆孔這樣的工作，還包括像美國已經有一千多例機器人對人眼球進行手術，這樣的機器人，還包括通過遙控操作的辦法，實現對人的胃腸這種手術，大家在電視里邊看到，一個機械手，大概有手指這樣粗細的一個機械手，通過插入腹臟以后，人在屏幕上操作這個機器手，同時對它用激光的方法對病灶進行激光的治療，這樣的話，人就不用很大幅度地破壞人的身體，這實際對人的一種解放，是非常好一種機器人，醫療機器人它也很復雜，一方面它完全自動去完成各種工作，是有困難的，一般來說都是人來參與，這是美國開發的一個林白手術這樣一個例子，人通過在屏幕上，通過一個遙控操作手來控制另一個機械手，實現通過對人的腹腔進行手術，前幾年我們國家展覽會上，美國已經成功的實現了對人的心臟瓣膜的手術和搭橋手術，這已經在機器人領域中，引起了很大的轟動，還包括，AESOP的這種外科手術機器人，它實際上通過一些儀器能夠對人的一些病變進行檢查，通過一個機械手就能夠實現對人的某些部位進行手術，還包括遙操作機械手，以及多個醫生可以在機器人共同參與下進行手術，包括機器人給大夫醫生拿鉗子、鑷子或刀子來代替護士的工作，同時把照明能夠自動的給醫生的動作聯系起來，醫生的手到哪兒，照明就去哪兒，這樣非常好的，一個醫生的助手。

由此可見，工業機器人是人類的得力助手，隨著社會的發展，大量的工業機器人把人們從繁重的體力和危險的環境中解放出來，使人們有更好的崗位去工作，去創造更好的精神財富和文化財富，機器人來做這些危險環境的工作，展望21世紀工業機器人將是一個與20世紀計算機的普及一樣，會深入地應用到各個領域，有人說在21世紀的前20年是機器人從制造業走向非制造業的發展一個重要時期，也是智能機器人發展的一個關鍵時期，目前國際上很多國家，也對機器人對人類社會的影響的估計提出了新的認識，同時，我們也可以看到機器人技術，涉及到多個學科，機械、電工、自動控制、計算機測量、人工智能、傳感技術等等，它是一個國家高技術實力的一個重要標準。所以，作為當代大學生，作為一名機械專業的學生，我們的使命任重而道遠。

第五篇：納米機器人論文

納米機器人在生物學上的應用

學號：34 姓名:100821234 學院：生命科學技術學院 班級：1008212

摘要：納米技術與分子生物學的結合將開創分子仿生學新領域。分子仿生學模仿細胞生命過程的各個環節，以分子水平上的生物學原理為參照原型，設計制造各種各樣的可對納米空間進行操作的“功能分子器件”———納米機器人。納米機器人的研制和開發將成為２１世紀科學發展的一個重要方向。關鍵字：納米技術 納米機器人 分子馬達 1前沿：納米機器人的研究屬于分子仿生學的范疇，它根據分子水平的生物學原理為設計原型，設計制造可對納米空間進行操作的“功能分子器件”。納米生物學的近期設想，是在納米尺度上應用生物學原理，發現新現象，研制可編程的分子機器人，也稱納米機器人。合成生物學對細胞信號傳導與基因調控網絡重新設計，開發“在體”（in vivo）或“濕”的生物計算機或細胞機器人，從而產生了另種方式的納米機器人技術。

2納米生物學與納米機器人

納米生物學的設想，是在納米尺度上應用生物學原理，發現新現象，研制可編程的分子機器人，也稱納米機器人。涉及的內容可歸納為以下三個方面：

①在納米尺度上了解生物大分子的精細結構及其與功能的聯系。

②在納米尺度上獲得生命信息，例如，利用掃描隧道顯微鏡獲取細胞膜和細胞表面的結構信息等。

③納米機器人的研制。

納米機器人是納米生物學中最具有誘惑力的內容。

第一代納米機器人是生物系統和機械系統的有機結合體，這種納米機器人可注入人體血管內，進行健康檢查和疾病治療。還可以用來進行人體器官的修復工作、作整容手術、從基因中除去有害的DNA，或把正常的ＤＮＡ安裝在基因中，使機體正常運行[1]。

第二代納米機器人是直接從原子或分子裝配成具有特定功能的納米尺度的分子裝置。

第三代納米機器人將包含有納米計算機，是一種可以進行人機對話的裝置。

3納米機器人不久將進入我們的生活

用不了多久，個頭只有分子大小的納米機器人將源源不斷地進入人類的日常生活。它們將為我們制造鉆石、艦艇、鞋子、牛排和復制更多的機器人。要它們停止工作只需啟動事先設定的程序。表面來看，上述想法近乎不可思議：一項單一的技術在應用初期就能治病、延緩衰老、清理有毒的廢物、擴大世界的食物供應、筑路、造汽車和造樓房？這并非天方夜譚，也許在21世紀中葉前就可以實現。全世界的研究機構都在想方設法將這些設想變成現實。美國總統克林頓曾經宣布成立美國國家納米研究機構，承諾提供50億美元進行這方面的嘗試。

其實，納米技術一詞由來已久。理查德·費恩曼是繼愛因斯坦之后最有爭議和最偉大的理論物理學家，1959年他在一次題目為《在物質底層有大量的空間》的演講中提出：將來人類有可能建造一種分子大小的微型機器，可以把分子甚至單個的原子作為建筑構件在非常細小的空間構建物質，這意味著人類可以在最底層空間制造任何東西。從分子和原子著手改變和組織分子是化學家和生物學家意欲到達的目標。這將使生產程序變得非常簡單，你只需將獲取到的大量的分子進行重新組合就可形成有用的物體。事實上，每一個細胞都是一個活生生的納米技術應用的實例：細胞不僅將燃料轉化為能量，而且按照儲存在DNA中的信息來建造和激活蛋白質和酶，通過對不同物種的DNA進行重組，基因工程家已經學會建造新的這類

納米工具，例如用細菌細胞來生產醫用激素。1990年 我國著名學者周海中教授在《論機器人》一文中預言：到二十一世紀中葉，納米機器人將徹底改變人類的勞動和生活方式。

3納米機器人結構與特點

米機器人警察不在理論上，納米機器可以構建所有的物體。當然從理論到真正實現應用是不能等同的，但納米機械專家已經表明，實現納米技術的應用是可行的。在掃描隧道電子顯微鏡幫助下，納米機械專家已經能將獨立的原子安排成自然界從未有的結構。此外，納米機械專家還設計出了只由幾個分子組成的微小齒輪和馬達。（切勿將這些齒輪和馬達與那些由數以百萬計分子組成的用傳統技術構建的微小齒輪和馬達相混淆，這些機器同未來制造的機器相比較實在是太巨大了）。

25年內，納米技術學家期望實現這些存在于科學陳列室中的想法，創造出真實的、可以工作的納米機器。這些納米機器有微小的“手指”可以精巧地處理各種分子；有微小的“電腦”來指揮“手指”如何操作。“手指”可能由碳納米管制造，它的強度是鋼的100倍，細度是頭發絲的五萬分之一。“電腦”可能由碳納米管制造，這些碳納米管既能做晶體管又能做連接它們的導線。“電腦”也可能由DNA制造，用適當的軟件和足夠的靈巧性進行武裝的納米機器人可以構建任何物質。

納米機器人執行任何任務包括自身復制都必須動用大量的納米機器。血液里可能存在數以百萬計的納米機器人；在每一個有毒廢物地點可能需要數以萬億計的納米機器人，要制造一輛汽車可能要調動數以一百億億計的納米機器人同時工作。然而沒有一個生產線可以生產如此巨大數量的納米機器人。

但是納米科學家眼中的納米機器可以做到這點。他們設計的納米機器人可以完成兩件事情：執行它們的主要任務和制造出它們自身完美的復制體。如果第一個納米機器人能夠制造出兩個復制體，這兩個復制體每個又可制造出兩個自己的復制體，很快就可 以獲得萬億個納米機器人。但是，假如納米

機器人忘記停止復制會發生什么？如果沒有一些內建的停止信號，納米機器人忘記停止復制這種災難的可能后果將會是無法計算的。納米機器人在人體內快速復制能夠比癌癥擴散還要快地布滿正常組織；一個發瘋的制造食物機器人能夠把地球的整個生物圈變成一塊巨大的奶酪。納米技術學家沒有回避危險，但是他們相信他們能控制災難的發生。其中一個辦法是設計出一種軟件程序使納米機器人在復制數代后自我摧毀。另一種辦法是設計出一種只在特定條件下復制的機器人，例如只有在有毒化學物質以較高濃度出現時機器人才能復制，或者在一個很窄的溫度和濕度范圍內機器人才能復制。就像電腦病毒的傳播一樣，所有以上這些努力都無法阻止那些不懷好意的人有意釋放某種納米機器人作為害人武器。事實上，一些批評家指出納米技術可能的危險要大于它的益處。然而，僅僅這些利益就已經太具誘惑力了，納米技術必將超過電子計算機和基因制藥而成為新世紀的技術發展方向。世界可能會需要一個納米技術免疫系統，這個系統中納斷地在微觀世界中同那些不懷好意的機器人進行戰斗[2]

。納米機器人的動力——分子馬達

分子馬達（molecular motor），是美國康奈爾大學研究人員在活細胞內的能源機制啟發下，制造出的一種馬達。這種微型馬達以三磷酸腺苷酶為基礎，依靠為細胞內化學反應提供能量的高能分子三磷酸腺苷（ATP）為能源。

美國科學家正在進行一項新研究，讓納米儀器利用為精子長距離游動提供能量的生物能為動力，用來釋放藥物，或者在人體內執行機械功能。

首先，這些研究人員針對精子的特殊部位，用一個可以粘貼在特殊的金表面的標簽取代了己糖激酶(糖酵解的第一個酶)。這種酶即使在受到限制的時候，仍然能產生作用。接著，他們在糖酵解途經的第二個酶——葡萄糖-6-磷酸異構酶上作了標記。這種酶在受到限制后，還仍然具有活性。粘附在相同支撐物上的這些酶會依次產生作用，第一個反應的產物將會成為第二個反應的[2]李易 納米技術取得進展【J】國外科技動態 1998.11

[3]李沐純等.中國現代醫學雜志，2003

[4]納米機器人——分子仿生學新領基礎[3]。

域《中國高新技術企業評價》2001

穆凱和特拉維斯表示，這只是在無機支撐物上復制整個糖酵解途徑的最初幾步，他們指出，他們的研究從原理上為精子中的糖酵解途徑的組織如何在納米設備上產生三磷酸腺甙提供了一個天然的工程學解決方案。我國在納米機器人研究上的進展

一臺能夠在納米尺度上操作的機器人系統樣機由中國科學院沈陽自動化所研制成功，并通過了國家“863”自動化領域智能機器人專家組的驗收。在一個演示中，沈陽自動化所的研究人員操縱“納米微操作機器人”，在一塊硅基片上１×２μｍ的區域上清晰刻出“ＳＩＡ”三個英文字母（沈陽自動化所的縮寫）；另一個演示顯示，在一個５×５μｍ的硅基片上，操作者將一個４μｍ長、100ｎｍ（納米）粗細的碳納米管準確移動到一個刻好的溝槽里。據介紹，由重慶科研人員開發的這種名為“OMOM膠囊內鏡系統”的納米機器人醫生已經是第二次被列入國家“863計劃”，前一次獲得了該計劃500萬元基金支持，并于2004年獲得“863計劃”專家組驗收，但這種機器人目前還只能鉆進人的肚子里通過傳輸圖像“瞧病”，還沒有治病的本事。參考文獻

[1]姜忠義 納米生物技術【M】 北京 化學工業出版社 2003