机器人的传感器的误差对控制精度的影响

刘炼 王鑫 姜峰 裴福玉

摘要：在使用机器人的传感器的过程中，通常情况下敏感元器件的控制值是比较微弱的，需要对其进行放大处理，在此过程中，不可避免会带来误差，并影响到测量精度。本文列举了压力机器人的传感器的误差分析以及机器人的传感器引入误差的原因，并进行了一些分析。

关键词：机器人的传感器；误差；控制；精度；影响

机器人的传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息控制，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。机器人的传感器的特点包括：微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。机器人的传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体慢慢变得活了起来。通常根据其基本感知功能分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。

1.机器人的传感器误差

机器人的传感器指的是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成，有的半导体敏感元器件可以直接控制电信号，本身就构成机器人的传感器。

在使用机器人的传感器时，会有不同的误差，如系统本身的误差：是设备本身固有的，这种误差包括DC 漂移值；在机械结构上，如阻尼比太小；制造工艺上，贴片不准，功能材料上，如热胀冷缩，迟滞，非线性等。同时外界环境影响如：温度、压力和湿度等。

系统误差：由特定原因引起、具有一定因果关系并按确定规律产生，系统误差具有再现性，偏差。我们一般分析的测量误差谈的就是系統误差。

随机误差：因许多不确定性因素而随机发生，随机误差具有偶然性和无规律性，要消除随机误差只能考虑用统计的方法，要消除随机误差一般需要借助软件的方法，一般不在我们硬件电路考虑的范围之内。

粗大误差：检测系统各组成环节发生异常和故障等引起，也称为异常误差，容易被混为系统误差和偶然误差。粗大误差发生的原因主要是干扰形成的，比如在AD端口上有数字信号耦合的干扰脉冲，这种就是典型的粗大误差，粗大误差需要软件去滤除。

2.机器人的传感器精度

在正常的使用条件下，仪表测量结果的准确程度叫仪表的准确度.引用误差越小，仪表的准确度越高，而引用误差与仪表的量程范围有关，所以在使用同一准确度的仪表时，往往采取压缩量程范围，以减小测量误差.在工业测量中，为了便于表示仪表的质量，通常用准确度等级来表示仪表的准确程度.准确度等级就是最大引用误差去掉正，负号及百分号.准确度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一.我国工业仪表等级分为.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0七个等级，并标志在仪表刻度标尺或铭牌上。仪表准确度习惯上称为精度，准确度等级习惯上称为精度等级。评价系统检测精度的三个指标：正确度，精密度，准确度。

正确度：表征测量结果接近真值的程度，系统误差大小的反映。精密度：反映测量结果的分散程度（针对重复测量而言），表示随机误差的大小。准确度：表征测量结果与真值之间的一致程度，系统误差和随机误差的综合反映。

3.机器人的传感器误差分析

在选择压力机器人的传感器时要考虑他的综合精度，而压力机器人的传感器的精度受哪些方面的影响？压力机器人的传感器的四个无法避免的误差，这是机器人的传感器的初始误差。

偏移量误差：由于压力机器人的传感器在整个压力范围内垂直偏移保持恒定，因此变换器扩散和激光调节修正的变化将产生偏移量误差。

灵敏度误差：产生误差大小与压力成正比。如果设备的灵敏度高于典型值，灵敏度误差将是压力的递增函数。如果灵敏度低于典型值，那么灵敏度误差将是压力的递减函数。该误差的产生原因在于扩散过程的变化。

线性误差：这是一个对压力机器人的传感器初始误差影响较小的因素，该误差的产生原因在于硅片的物理非线性，但对于带放大器的机器人的传感器，还应包括放大器的非线性。线性误差曲线可以是凹形曲线，也可以是凸形曲线称重机器人的传感器。

滞后误差：在大多数情形中，压力机器人的传感器的滞后误差完全可以忽略不计，因为硅片具有很高的机械刚度。一般只需在压力变化很大的情形中考虑滞后误差。

压力机器人的传感器的这个四个误差是无法避免的，我们只能选择高精度的生产设备，利用高新技术来降低这些误差，还可以在出厂的时候进行一点的误差校准，尽最大的可能来降低误差。

4.误差对控制精度的影响

动态误差：许多机器人的传感器的特性和校准都是适用静态条件下的，这意味着使用的输入参数是静态或类似于静态的。许多机器人的传感器具有较强阻尼，因此它们不会对输入参数的改变进行快速响应。如，热敏电阻需要数秒才能响应温度的阶跃改变。所以，热敏电阻不会立即跳跃至新的阻抗，或产生突变。相反，它是慢慢地改变为新的值。从而控制工程网版权所有，如果具有延迟特性的机器人的传感器对温度的快速改变进行响应，输出的波形将失真，因为其间包含了动态误差。产生动态误差的因素有响应时间、振幅失真和相位失真。

特性误差：定义为，设备本身固有的，它是设备理想的、公认的转移功能特性和真实特性之间的差。这种误差包括DC漂移值（如，错误的压力水头）、斜面的不正确或斜面的非线形。

插入误差：是当系统中插入一个机器人的传感器时，由于改变了测量参数而产生的误差。一般是在进行电子测量时会出现这样的问题，但是在其他方式的测量中也会出现类似问题。例如，一个伏特计在回路中测量电压，它必定会有一个固有阻抗，比回路阻抗要大很多，或者出现回路负荷，这时，读数就会有很大的误差。这种类型的误差产生的原因是使用了一个对系统（如，压力系统）而言过于大的变送器；或者是系统的动态特性过于迟缓，或者是系统中自加热加载了过多的热能。

应用误差：是操作人员产生的，这也意味着产生的原因很多。例如，温度测量时产生的误差，包括探针放置错误或探针与测量地点之间不正确的绝缘。另外一些应用误差包括空气或其他气体的净化过程中产生的错误。应用误差也涉及变送器的错误放置，因而正或负的压力将对正确的读数造成影响。

5.结束语

机器人的传感器的发展日新月异，特别是80年代人类由高度工业化进入信息时代以来，机器人的传感器技术向更新、更高的技术发展。美国、日本等发达国家的机器人的传感器技术发展 最快，我国由于基础薄弱，机器人的传感器技术与这些发达国家相比有较大的差距。因此，我们应该加大对机器人的传感器技术研究、开发的投入，使我国机器人的传感器技术与外国差距缩短，促进我国仪器仪表工业和自化化技术的发展。

参考文献

[1]赵伟国，宋执环，黄震威，梁国伟. 基于热膜探头的新型气体流量传感器研究. 仪器仪表学报，2009，30（5）：1073-1077.

[2]张子栋，吴雪冰，吴慎山. 智能传感器原理及应用. 河南科技学院学报（自然科学版），2008，2（36）：116-119.

基金项目：黑龙江省大学生创新创业训练计划项目《多环境智能探测机器人》（项目编号：201713301004）阶段性成果。

作者简介：刘炼（1995—），男，湖南娄底人，哈尔滨远东理工学院本科在读，研究方向：机器人应用技术。

（作者单位：哈尔滨远东理工学院）