机械臂定位中激光测距传感器的技术应用

近年来，随着工业自动化水平的不断提高，机械臂被广泛应用于工业生产中，其优点时可以较准确地完成各项空间任务。机械手臂由以下几部分组成：运动元件，导向装置，手臂等。手臂的结构、工作范围、灵活性、承载能力和定位精度都直接影响机器手臂的工作性能。一般机器手臂有3个自由度，即手臂的伸缩、左右回转和生姜（或俯仰）运动。手臂回转和升降运动是通过基座的立柱实现的，立柱的横向移动即为手臂的横移。手臂的各种运动通常由驱动机构和各种传动机构来实现，不仅承受被抓取工件的重量，还承受末端执行器、手臂和手腕自身的重量。

应用过程中，机械臂的精确定位与轨迹跟踪问题成为制约其性能的关键因素。机械臂精确定位技术的基本原理基于传感器与控制器的紧密配合。通过在机械臂上安装精准的传感器，并通过传感器采集的数据，控制器可以计算和控制机械臂的运动。常用的机械臂精确定位技术包括视觉定位、激光测距、触觉传感等。其中，视觉定位是最常用的方式。通过摄像头获取机械臂末端的图像，并通过图像处理和计算机视觉算法，确定机械臂的位置和姿态。

而在在非结构的未知环境中实现精确定位并抓取目标物，一直是机器人与传感器研究领域中的一个热点问题。对该问题的研究主要集中在如何准确定位目标物与机械手的相对位置，或目标物在事物坐标系内的坐标。但距离目标较远时，就需要采用雷达，视觉，传感器等方式对目标进行检测。距离目标较近时，传统测量的方法的精度和稳定性较差， 激光测距传感器可以高精度的完成任务，满足机械臂对目标进行检测的要求。

激光定位法是利用机械臂上的激光传感器发射激光束，通过反射光束测量物体相对于机械臂末端的距离和方位角度，实现机械臂定位。这种方法具有精度较高、对光照和物体表面造型较不敏感等优点，但是需要复杂的光传输系统和时间测量设备，成本相对较高。摩天射频激光测距传感器L3s是一种采用650nm可见红色单点激光，进行无接触式测量的距离传感器。它在室内3米白墙处静止测量，精度±1mm，速率最大10Hz(4-20mA接口)，量程最大支持80米(反射点需加装反射板)。通常，缩短量程不会导致精度的提升。它不同的接口，返回的数据速率会有差异。一般来讲，TTL＞232＞485＞4-20mA模拟电流接口的传输速率。