機械臂定位中激光測距傳感器的技術應用

摩天射頻

近年來，隨著工業自動化水平的不斷提高，機械臂被廣泛應用于工業生產中，其優點時可以較準確地完成各項空間任務。機械手臂由以下幾部分組成：運動元件，導向裝置，手臂等。手臂的結構、工作范圍、靈活性、承載能力和定位精度都直接影響機器手臂的工作性能。一般機器手臂有3個自由度，即手臂的伸縮、左右回轉和生姜（或俯仰）運動。手臂回轉和升降運動是通過基座的立柱實現的，立柱的橫向移動即為手臂的橫移。手臂的各種運動通常由驅動機構和各種傳動機構來實現，不僅承受被抓取工件的重量，還承受末端執行器、手臂和手腕自身的重量。

應用過程中，機械臂的精確定位與軌跡跟蹤問題成為制約其性能的關鍵因素。機械臂精確定位技術的基本原理基于傳感器與控制器的緊密配合。通過在機械臂上安裝精準的傳感器，并通過傳感器采集的數據，控制器可以計算和控制機械臂的運動。常用的機械臂精確定位技術包括視覺定位、激光測距、觸覺傳感等。其中，視覺定位是最常用的方式。通過攝像頭獲取機械臂末端的圖像，并通過圖像處理和計算機視覺算法，確定機械臂的位置和姿態。

而在在非結構的未知環境中實現精確定位并抓取目標物，一直是機器人與傳感器研究領域中的一個熱點問題。對該問題的研究主要集中在如何準確定位目標物與機械手的相對位置，或目標物在事物坐標系內的坐標。但距離目標較遠時，就需要采用雷達，視覺，傳感器等方式對目標進行檢測。距離目標較近時，傳統測量的方法的精度和穩定性較差， 激光測距傳感器可以高精度的完成任務，滿足機械臂對目標進行檢測的要求。

激光定位法是利用機械臂上的激光傳感器發射激光束，通過反射光束測量物體相對于機械臂末端的距離和方位角度，實現機械臂定位。這種方法具有精度較高、對光照和物體表面造型較不敏感等優點，但是需要復雜的光傳輸系統和時間測量設備，成本相對較高。摩天射頻激光測距傳感器L3s是一種采用650nm可見紅色單點激光，進行無接觸式測量的距離傳感器。它在室內3米白墻處靜止測量，精度±1mm，速率最大10Hz(4-20mA接口)，量程最大支持80米(反射點需加裝反射板)。通常，縮短量程不會導致精度的提升。它不同的接口，返回的數據速率會有差異。一般來講，TTL＞232＞485＞4-20mA模擬電流接口的傳輸速率。