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(jī)器人復(fù)合傳感器（一些多種類型的探測(cè)系統(tǒng)集于一身的傳感器）不屬于柔性自動(dòng)化主流產(chǎn)品。然而，這些復(fù)合傳感器雖然很小，但其應(yīng)用越來越廣泛。
越來越多的機(jī)器人系統(tǒng)終端用戶認(rèn)為復(fù)合傳感器在制造領(lǐng)域扮演著重要的角色。在機(jī)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)，以便獲得比一個(gè)人從單個(gè)傳感器上獲得的更多的信息，”位于米拉斯維爾城的賓夕法尼亞大學(xué)自動(dòng)化與電子技術(shù)學(xué)院的副教授，John R. Wright說。Wright利用一個(gè)簡(jiǎn)單的方程來描述它們：“1＋1＝3。”
調(diào)查報(bào)告顯示
在2006年的秋天，位于美國密歇根州安阿伯市的機(jī)器人工業(yè)協(xié)會(huì)（RIA，），即一個(gè)僅僅從事機(jī)器人學(xué)的北美貿(mào)易協(xié)會(huì)，與Wright合作對(duì)其成員公司進(jìn)行了問卷調(diào)查，以便研究復(fù)合傳感器潛在的市場(chǎng)。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，幾乎75％的被調(diào)查者認(rèn)為復(fù)合傳感器將會(huì)在他們工廠很有用。
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、紅外/激光和光電的應(yīng)用。調(diào)查結(jié)果也回答了配備復(fù)合傳感器會(huì)帶來什么好處。增添了功能的機(jī)器人工作單元和其集成的便利性已超過其感知的優(yōu)點(diǎn)。
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，以保證其在針對(duì)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(bào)告時(shí)幾乎75％的被調(diào)查者認(rèn)為視覺特性用于復(fù)合傳感器系統(tǒng)中具有最大的潛力。調(diào)查也發(fā)現(xiàn)物料搬運(yùn)、裝配、焊接及機(jī)器操作管理也是復(fù)合傳感器最有應(yīng)用前景的領(lǐng)域。
為什么要采用復(fù)合式呢？
有兩種你也許會(huì)考慮投資到你的機(jī)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(jī)不能做的事情。二維照相機(jī)能拍一張照片，并將其數(shù)據(jù)發(fā)到機(jī)器人上，”Servo-Robot公司（）總經(jīng)理，Jeffery Noruk說。“但是，二維照相機(jī)在所有條件下不可能正常工作，如當(dāng)燈光變化或深度信息變化時(shí)。”Noruk聲稱，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(chǎng)的地方。
Noruk提供的投資到復(fù)合傳感器的第二種理由是與單機(jī)激光視覺系統(tǒng)的局限性有關(guān)。他說：“激光視覺具有一個(gè)很小的視場(chǎng)深度，僅僅能工作在一個(gè)相對(duì)小的視場(chǎng)范圍內(nèi)。在一個(gè)大視場(chǎng)范圍下，我們可以利用超聲波傳感器使機(jī)器人到達(dá)具有準(zhǔn)確位置的零件處。”
復(fù)合傳感器從長遠(yuǎn)來看比較劃算，因?yàn)榭梢允褂幂^少的設(shè)備來完成更多的任務(wù)。
“投資到復(fù)合傳感器上的理由是出于成本/性能的考慮，這里復(fù)合傳感器可能與低端視覺系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)；也是出于純粹的性能考慮，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(huì)提高其價(jià)值。” Wright解釋道。
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(yùn)的應(yīng)用。“用于物料搬運(yùn)應(yīng)用中的復(fù)合傳感器與照相機(jī)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(dá)一個(gè)零件附近，”Noruk說。“在離那個(gè)零件一定距離處，具有較小范圍或視場(chǎng)深度的激光傳感器負(fù)責(zé)并指導(dǎo)機(jī)器人去精確定位?！?BR>焊接也是一個(gè)能使用復(fù)合傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域?！耙晃唤K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(shí)時(shí)機(jī)器人引導(dǎo)中，而麥克風(fēng)用在焊縫過程聽起來正確的聲音確認(rèn)中，”Noruk說?！爱?dāng)機(jī)器人處于教學(xué)模式時(shí)，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(shì)。”
當(dāng)超聲波傳感器與激光視覺結(jié)合起來使用時(shí)，其復(fù)合傳感器在拾放、模塊堆積和自動(dòng)階梯形砌接的應(yīng)用中也是有益的（如圖1所示）?！皬?fù)合傳感器允許制造者將其用于一些先前不可能實(shí)現(xiàn)或效率低下的物料搬運(yùn)應(yīng)用中，”Noruk說。
復(fù)合傳感器在物料搬運(yùn)的應(yīng)用中扮演著重要的角色。“復(fù)合傳感器用于零件定位上時(shí)具有融合了三維位置和方向信息的二維視覺特性，”FANUC機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)公司（）的控制器產(chǎn)品開發(fā)總經(jīng)理，Claude Dinsmoor說。
使用復(fù)合傳感器定位零件也有助于模塊堆積和機(jī)器裝載方面的應(yīng)用（如圖2所示），同時(shí)也有利于裝配方面的應(yīng)用，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，Dinsmoor說?！皬?fù)合傳感器用于夾緊或齒輪鍵槽裝配過程中，其中不是一個(gè)人，也不是一個(gè)視覺系統(tǒng)單獨(dú)能完成的。”
在集裝應(yīng)用方面，復(fù)合傳感器用于混合模塊的堆積，尤其適用于局部層和尋找邊緣層上。在密封和配發(fā)應(yīng)用方面，它們能檢測(cè)到復(fù)雜聯(lián)合表面的位置，諸如汽車制造過程中的溝槽承軌面或半凸緣盤區(qū)域，并且也能檢測(cè)出其它復(fù)雜的特征。復(fù)合傳感器工作在三維空間中，且具有六個(gè)自由度用來檢測(cè)零件的位置，同時(shí)可以增添一套配有壓力敏感元件的接觸裝置?！爸皇撬鶛z測(cè)到的零件特征不是太理想，”Dinsmoor說。
“今天，用于物料搬運(yùn)、裝配、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(jìng)爭(zhēng)地位優(yōu)勢(shì)，但這是成本/性能的競(jìng)爭(zhēng)，”Wright說。“復(fù)合傳感器的便利操作可能對(duì)于選擇混合式傳感器的自動(dòng)化專業(yè)人士而言是第二點(diǎn)優(yōu)勢(shì)。”
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?！叭绻K端用戶在一個(gè)工作單元內(nèi)使用超過一個(gè)傳感器，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)，”Noruk說。在混合系統(tǒng)中利用同一臺(tái)計(jì)算機(jī)和軟件包來控制每個(gè)傳感器。
“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)，”Wright說?！耙粋€(gè)主要的障礙是界面問題，即把人工智能的優(yōu)勢(shì)與易于使用、直觀應(yīng)用的軟件開發(fā)銜接起來。”
并不是每個(gè)傳感器都能與其它傳感器結(jié)合起來。“與一些光學(xué)系統(tǒng)的兼容是一個(gè)問題，因?yàn)榧す鈧鞲衅骶哂杏邢薜囊晥?chǎng)，”Noruk說。如果一個(gè)Web攝像頭太大，那么它將不適合用在一個(gè)工作單元中。在視場(chǎng)深度、視場(chǎng)和分辨率之間的某些折衷是必要的?！坝糜谖锪习徇\(yùn)的一些復(fù)合傳感器具有100mm的視場(chǎng)。超聲波傳感器具有4米的視場(chǎng)，”Noruk說?！叭绻摴ぷ鲉卧蟪暡▊鞲衅骶哂?米的視場(chǎng)，而Web攝像頭要求12米的視場(chǎng)，那么這兩種傳感器組合在一起的工作效果不是很好?！?BR>多種傳感器的使用沒必要?jiǎng)h減?！霸鎏砀嗟膫鞲衅魅舨荒軒砣魏胃匾睦?，則這將會(huì)沒有一點(diǎn)兒收獲的。傳感器數(shù)量僅僅受成本和性能的限制，”Wright說。Noruk認(rèn)為增添多于三個(gè)傳感器是可行的，但是他至今沒見過任何人這樣做過?！拔以谖锪习徇\(yùn)工作單元中見過使用三個(gè)傳感器：超聲波的、激光視覺的和Web攝像頭指示器。在焊接方面的應(yīng)用中，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，”他說。
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)。“如果所設(shè)計(jì)的復(fù)合傳感器作為機(jī)器人的一部分，那么實(shí)際上它們比傳統(tǒng)的傳感器可能更簡(jiǎn)單、更容易去安裝和編程。輔助數(shù)據(jù)使其應(yīng)用更穩(wěn)定，并對(duì)零件或環(huán)境的變化不太敏感，”Dinsmoor說?！叭绻@些傳感器沒有集成，那么它們的設(shè)計(jì)和應(yīng)用會(huì)更加復(fù)雜?！?BR>
復(fù)合傳感器的未來發(fā)展
復(fù)合傳感器在基于機(jī)器人的制造行業(yè)中可能成為一種規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。Wright預(yù)計(jì)在復(fù)合傳感器闖出一片市場(chǎng)之前將需要更多的投資。“成為機(jī)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。我預(yù)測(cè)10年內(nèi)在基于機(jī)器人學(xué)的制造行業(yè)中其復(fù)合傳感器會(huì)變得越來越普遍，”他說。
Dinsmoor認(rèn)為它們將會(huì)成為主流?！半S著復(fù)合傳感器變得越來越可靠，更多應(yīng)該領(lǐng)域?qū)?huì)在基于機(jī)器人的制造行業(yè)中使用它們來提高其價(jià)值。我認(rèn)為在復(fù)合傳感器覆蓋多數(shù)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域之前將需要三到五年的時(shí)間，”他預(yù)言。“復(fù)合傳感器將利用機(jī)器人學(xué)超過硬自動(dòng)化更靈活的特性，因?yàn)槠淇煽啃院挽`活性是非常關(guān)鍵的?！?BR>Noruk看到該項(xiàng)技術(shù)穩(wěn)步增長的趨勢(shì)?！皬?fù)合傳感器在機(jī)器人學(xué)市場(chǎng)中將穩(wěn)步前進(jìn)，而不是快速增長，”他說?！坝糜谖锪习徇\(yùn)的復(fù)合傳感器將會(huì)發(fā)展起來，因?yàn)闆]有它們，有些應(yīng)用就無法實(shí)現(xiàn)。如獲得5％的物料搬運(yùn)市場(chǎng)需要花三年的時(shí)間。而復(fù)合傳感器在三年內(nèi)將獲得不到一半的市場(chǎng)，這是肯定的。關(guān)于復(fù)合傳感器達(dá)到這種市場(chǎng)水平還有許多成功的故事?！?BR>
Bennett Brumson在美國密歇根州安阿伯市的機(jī)器人工業(yè)協(xié)會(huì)中從事編輯工作。為了了解更多的關(guān)于如何下載全部物料搬運(yùn)復(fù)合傳感器市場(chǎng)研究報(bào)告，請(qǐng)聯(lián)系RIA電話（734）994-6088，給Jim Adams發(fā)email（jadams@），或者登錄該協(xié)會(huì)網(wǎng)站。
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