圖片源自網(wǎng)絡(luò)
 

　　而在智能工廠的運(yùn)行中，傳感器在其中的每個(gè)環(huán)節(jié)都起到了至關(guān)重要的作用，不僅僅是采集數(shù)據(jù)的眼睛和耳朵，更是高端制造、流程控制、聯(lián)網(wǎng)操作的大腦和心臟。
 

　　傳感器市場(chǎng)全球化升溫
 

　　隨著“工業(yè)4.0”概念的深化，全球的傳感器市場(chǎng)持續(xù)升溫，據(jù)預(yù)測(cè)，2016年-2021年，傳感器的復(fù)合年增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)為11%，到2021年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到1906億美元。
 

　　目前，全球傳感器市場(chǎng)主要由美國、日本、德國的幾家領(lǐng)先企業(yè)主導(dǎo)，博世、霍尼韋爾、飛思卡爾、日立等傳統(tǒng)電子行業(yè)巨頭，都把傳感器作為未來業(yè)務(wù)的主要增長(zhǎng)點(diǎn)。
 

　　在國內(nèi)，傳感器市場(chǎng)的增長(zhǎng)速度也持續(xù)加快，預(yù)計(jì)2020年傳感器市場(chǎng)規(guī)模將突破1800億元。集中在長(zhǎng)三角地區(qū)的傳感器生產(chǎn)企業(yè)，逐漸分散擴(kuò)大，形成以北京、上海、南京、深圳、沈陽和西安等中心城市為主的區(qū)域空間布局。
 

　　受到“中國制造2025” 政策的推動(dòng)，傳感器在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的需求也不斷增長(zhǎng)，專注于傳感器70多年的西克近年來在中國市場(chǎng)的銷售額保持穩(wěn)定增長(zhǎng)，尤其是工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域成為西克重點(diǎn)布局的領(lǐng)域之一。除了與國際知名機(jī)器人企業(yè)KUKA、發(fā)那科等保持長(zhǎng)期合作，西克更是與國內(nèi)的機(jī)器人廠商互動(dòng)頻繁，產(chǎn)品目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于新松、新時(shí)達(dá)等眾多機(jī)器人廠商。
 

　　西克非常看好中國的工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)，尤其是移動(dòng)機(jī)器人(AGV、餐廳機(jī)器人、巡邏監(jiān)控機(jī)器人等)更是成為西克傳感器重點(diǎn)發(fā)揮的領(lǐng)域。
 

　　事實(shí)上，機(jī)器人巨頭企業(yè)也嗅到了這一領(lǐng)域的商機(jī)。
 

　　ABB在日前于杭州舉辦的“電力與自動(dòng)化世界”活動(dòng)中，向中國市場(chǎng)正式推出兩款高性能電機(jī)產(chǎn)品，其中有一款就是能夠輕松實(shí)現(xiàn)低壓電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的ABB Ability智能傳感器。
 

　　ABB集團(tuán)首席數(shù)字官喬瑞在會(huì)上展示了ABB Ability“金字塔型”的四個(gè)層次，其中位于底層的設(shè)備與傳感器是ABB ability的基礎(chǔ)。利用智能傳感器解決方案將低壓電機(jī)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相連接，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的連續(xù)監(jiān)測(cè)。傳感器可以便捷地貼附在電機(jī)上，將電機(jī)震動(dòng)、溫度、負(fù)載和能耗等關(guān)鍵數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫恕Ｒ坏┤魏螀?shù)偏離標(biāo)準(zhǔn)值，它就會(huì)發(fā)出警報(bào)，從而使操作人員在電機(jī)發(fā)生故障前采取預(yù)防措施。
 

　　傳感器在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用
 

　　與人類的手相比較，目前的工業(yè)機(jī)械臂在感知功能上還存在很大的欠缺，能做的事情非常有限。
 

　　為了實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在復(fù)雜、動(dòng)態(tài)及不確定性環(huán)境下的自主性，國內(nèi)外研發(fā)人員都逐漸將視覺、聽覺、壓覺、熱覺、力覺傳感器等多種不同功能的傳感器合理地組合在一起，形成機(jī)器人的感知系統(tǒng)，為機(jī)器人提供更為詳細(xì)的外界環(huán)境信息，進(jìn)而促使機(jī)器人對(duì)外界環(huán)境變化做出實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、靈活的行為響應(yīng)。
 

　　以工業(yè)機(jī)器人為例，其中涉及的幾種重要傳感器包括三維視覺傳感器、力扭矩傳感器、碰撞檢測(cè)傳感器、安全傳感器、焊接縫追蹤傳感器、觸覺傳感器等。配備了傳感器的工業(yè)機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)力反饋、重復(fù)力、目標(biāo)定位、稱量東西、手動(dòng)引導(dǎo)等功能。
 

　　進(jìn)一步來說，傳感器的應(yīng)用拓寬了工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用范圍，比如，安裝了力矩傳感器的機(jī)器人可以完成如裝配、材料剔除，以及外形修正、拋光等工作。
 

　　傳統(tǒng)機(jī)器人在組裝汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的精密零部件時(shí)，由于缺乏對(duì)用力大小的反饋，沒有辦法做到有的放矢，也無從判斷零件組裝的緊密度。而KUKA LBRiiwa機(jī)器人的機(jī)身裝配有七個(gè)力矩傳感器，使得其能夠精確感知外部所施加力量的大小。因此，LBRiiwa主要應(yīng)用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)零部件組裝等精細(xì)化的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。
 

　　配有力傳感器和夾爪的UR機(jī)器人，可以在通過觸碰調(diào)整進(jìn)行精準(zhǔn)定位后，使用與人類手指相似的力度成功實(shí)現(xiàn)CPU、DIMM/內(nèi)存條及其它復(fù)雜零件的柔性裝配。物料位置一般都會(huì)存在一定程度公差，而UR機(jī)器人的精準(zhǔn)力控方案甚至在物料存在大于±0.5mm安裝公差時(shí)都可成功組裝而無須視覺等定位輔助。
 

　　通常，力矩傳感器有兩種不同的選項(xiàng)設(shè)置：一種是覆蓋在機(jī)器人手臂上的“電子皮膚”，另一種是遠(yuǎn)程或夾具安裝傳感器。
 

　　“電子皮膚”覆蓋在機(jī)器人的機(jī)械手臂上，借助傳感器收集的信息，機(jī)器人可以利用“觸覺”來識(shí)別周圍的情況，找出最佳的行進(jìn)路線并控制移動(dòng)方向，從而靈活避開前進(jìn)中遇到的各種障礙。包裹著“皮膚”的機(jī)械臂十分靈活，還可以控制觸碰物體時(shí)的力度。依靠這種“電子皮膚”，機(jī)器人不僅能感知到物體的地點(diǎn)和方位，還能獲得物體的硬度和強(qiáng)度等信息。
 

　　在拖動(dòng)示教功能中，大部分協(xié)作機(jī)器人都是通過使用內(nèi)置FT傳感器來實(shí)現(xiàn)手動(dòng)引導(dǎo)的，只要一個(gè)FT傳感器，就可以通過設(shè)定機(jī)器人的起點(diǎn)和終點(diǎn)，以及中間的線性軌跡，完成機(jī)器人的示教，傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人并沒有內(nèi)置這種類型的傳感器。
 

　　雖然電流反饋和力矩傳感器都可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的碰撞急停和示教等功能，但是力矩傳感器更加精確，價(jià)格也更貴。
 

　　值得一提的是，因?yàn)閭鞲衅鲀r(jià)格較高，如果在機(jī)器人的每個(gè)關(guān)節(jié)處都安裝傳感器，將導(dǎo)致成本過高，因此，有些企業(yè)也想出了成本較低的方案，即末端用力傳感器檢測(cè)作業(yè)中的外力作用，關(guān)節(jié)處用電流來估測(cè)外力作用以實(shí)現(xiàn)碰撞檢測(cè)和任一關(guān)節(jié)的拖動(dòng)示教。
 

　　需要注意的是，機(jī)器人中安裝力矩傳感器，還有一個(gè)致命的缺陷，即剛度大大降低。因?yàn)榱貍鞲衅鳒y(cè)量力矩的基本原理是內(nèi)外圈之間的形變(類似于彈簧)。當(dāng)系統(tǒng)中裝有力矩傳感器后，傳動(dòng)鏈上會(huì)有明顯的變形，系統(tǒng)的剛度相比于沒有力矩傳感器的機(jī)器人，會(huì)下降很多。
 

　　而在一些傳統(tǒng)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域，比如機(jī)床行業(yè)，對(duì)于機(jī)器人的剛度要求比較大，當(dāng)剛度過低時(shí)，不光是控制精度下降，系統(tǒng)也容易不穩(wěn)定。
 

　　(原標(biāo)題：感知智能制造脈搏 傳感器在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域熱度持續(xù)升溫)