劉煉 王鑫 姜峰 裴福玉

摘要：在使用機器人的傳感器的過程中，通常情況下敏感元器件的控制值是比較微弱的，需要對其進行放大處理，在此過程中，不可避免會帶來誤差，并影響到測量精度。本文列舉了壓力機器人的傳感器的誤差分析以及機器人的傳感器引入誤差的原因，并進行了一些分析。

關(guān)鍵詞：機器人的傳感器；誤差；控制；精度；影響

機器人的傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息控制，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。機器人的傳感器的特點包括：微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡化。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。機器人的傳感器的存在和發(fā)展，讓物體有了觸覺、味覺和嗅覺等感官，讓物體慢慢變得活了起來。通常根據(jù)其基本感知功能分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類。

1.機器人的傳感器誤差

機器人的傳感器指的是能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，有的半導體敏感元器件可以直接控制電信號，本身就構(gòu)成機器人的傳感器。

在使用機器人的傳感器時，會有不同的誤差，如系統(tǒng)本身的誤差：是設(shè)備本身固有的，這種誤差包括DC 漂移值；在機械結(jié)構(gòu)上，如阻尼比太??；制造工藝上，貼片不準，功能材料上，如熱脹冷縮，遲滯，非線性等。同時外界環(huán)境影響如：溫度、壓力和濕度等。

系統(tǒng)誤差：由特定原因引起、具有一定因果關(guān)系并按確定規(guī)律產(chǎn)生，系統(tǒng)誤差具有再現(xiàn)性，偏差。我們一般分析的測量誤差談的就是系統(tǒng)誤差。

隨機誤差：因許多不確定性因素而隨機發(fā)生，隨機誤差具有偶然性和無規(guī)律性，要消除隨機誤差只能考慮用統(tǒng)計的方法，要消除隨機誤差一般需要借助軟件的方法，一般不在我們硬件電路考慮的范圍之內(nèi)。

粗大誤差：檢測系統(tǒng)各組成環(huán)節(jié)發(fā)生異常和故障等引起，也稱為異常誤差，容易被混為系統(tǒng)誤差和偶然誤差。粗大誤差發(fā)生的原因主要是干擾形成的，比如在AD端口上有數(shù)字信號耦合的干擾脈沖，這種就是典型的粗大誤差，粗大誤差需要軟件去濾除。

2.機器人的傳感器精度

在正常的使用條件下，儀表測量結(jié)果的準確程度叫儀表的準確度.引用誤差越小，儀表的準確度越高，而引用誤差與儀表的量程范圍有關(guān)，所以在使用同一準確度的儀表時，往往采取壓縮量程范圍，以減小測量誤差.在工業(yè)測量中，為了便于表示儀表的質(zhì)量，通常用準確度等級來表示儀表的準確程度.準確度等級就是最大引用誤差去掉正，負號及百分號.準確度等級是衡量儀表質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標之一.我國工業(yè)儀表等級分為.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0七個等級，并標志在儀表刻度標尺或銘牌上。儀表準確度習慣上稱為精度，準確度等級習慣上稱為精度等級。評價系統(tǒng)檢測精度的三個指標：正確度，精密度，準確度。

正確度：表征測量結(jié)果接近真值的程度，系統(tǒng)誤差大小的反映。精密度：反映測量結(jié)果的分散程度（針對重復測量而言），表示隨機誤差的大小。準確度：表征測量結(jié)果與真值之間的一致程度，系統(tǒng)誤差和隨機誤差的綜合反映。

3.機器人的傳感器誤差分析

在選擇壓力機器人的傳感器時要考慮他的綜合精度，而壓力機器人的傳感器的精度受哪些方面的影響？壓力機器人的傳感器的四個無法避免的誤差，這是機器人的傳感器的初始誤差。

偏移量誤差：由于壓力機器人的傳感器在整個壓力范圍內(nèi)垂直偏移保持恒定，因此變換器擴散和激光調(diào)節(jié)修正的變化將產(chǎn)生偏移量誤差。

靈敏度誤差：產(chǎn)生誤差大小與壓力成正比。如果設(shè)備的靈敏度高于典型值，靈敏度誤差將是壓力的遞增函數(shù)。如果靈敏度低于典型值，那么靈敏度誤差將是壓力的遞減函數(shù)。該誤差的產(chǎn)生原因在于擴散過程的變化。

線性誤差：這是一個對壓力機器人的傳感器初始誤差影響較小的因素，該誤差的產(chǎn)生原因在于硅片的物理非線性，但對于帶放大器的機器人的傳感器，還應包括放大器的非線性。線性誤差曲線可以是凹形曲線，也可以是凸形曲線稱重機器人的傳感器。

滯后誤差：在大多數(shù)情形中，壓力機器人的傳感器的滯后誤差完全可以忽略不計，因為硅片具有很高的機械剛度。一般只需在壓力變化很大的情形中考慮滯后誤差。

壓力機器人的傳感器的這個四個誤差是無法避免的，我們只能選擇高精度的生產(chǎn)設(shè)備，利用高新技術(shù)來降低這些誤差，還可以在出廠的時候進行一點的誤差校準，盡最大的可能來降低誤差。

4.誤差對控制精度的影響

動態(tài)誤差：許多機器人的傳感器的特性和校準都是適用靜態(tài)條件下的，這意味著使用的輸入?yún)?shù)是靜態(tài)或類似于靜態(tài)的。許多機器人的傳感器具有較強阻尼，因此它們不會對輸入?yún)?shù)的改變進行快速響應。如，熱敏電阻需要數(shù)秒才能響應溫度的階躍改變。所以，熱敏電阻不會立即跳躍至新的阻抗，或產(chǎn)生突變。相反，它是慢慢地改變?yōu)樾碌闹怠亩刂乒こ叹W(wǎng)版權(quán)所有，如果具有延遲特性的機器人的傳感器對溫度的快速改變進行響應，輸出的波形將失真，因為其間包含了動態(tài)誤差。產(chǎn)生動態(tài)誤差的因素有響應時間、振幅失真和相位失真。

特性誤差：定義為，設(shè)備本身固有的，它是設(shè)備理想的、公認的轉(zhuǎn)移功能特性和真實特性之間的差。這種誤差包括DC漂移值（如，錯誤的壓力水頭）、斜面的不正確或斜面的非線形。

插入誤差：是當系統(tǒng)中插入一個機器人的傳感器時，由于改變了測量參數(shù)而產(chǎn)生的誤差。一般是在進行電子測量時會出現(xiàn)這樣的問題，但是在其他方式的測量中也會出現(xiàn)類似問題。例如，一個伏特計在回路中測量電壓，它必定會有一個固有阻抗，比回路阻抗要大很多，或者出現(xiàn)回路負荷，這時，讀數(shù)就會有很大的誤差。這種類型的誤差產(chǎn)生的原因是使用了一個對系統(tǒng)（如，壓力系統(tǒng)）而言過于大的變送器；或者是系統(tǒng)的動態(tài)特性過于遲緩，或者是系統(tǒng)中自加熱加載了過多的熱能。

應用誤差：是操作人員產(chǎn)生的，這也意味著產(chǎn)生的原因很多。例如，溫度測量時產(chǎn)生的誤差，包括探針放置錯誤或探針與測量地點之間不正確的絕緣。另外一些應用誤差包括空氣或其他氣體的凈化過程中產(chǎn)生的錯誤。應用誤差也涉及變送器的錯誤放置，因而正或負的壓力將對正確的讀數(shù)造成影響。

5.結(jié)束語

機器人的傳感器的發(fā)展日新月異，特別是80年代人類由高度工業(yè)化進入信息時代以來，機器人的傳感器技術(shù)向更新、更高的技術(shù)發(fā)展。美國、日本等發(fā)達國家的機器人的傳感器技術(shù)發(fā)展 最快，我國由于基礎(chǔ)薄弱，機器人的傳感器技術(shù)與這些發(fā)達國家相比有較大的差距。因此，我們應該加大對機器人的傳感器技術(shù)研究、開發(fā)的投入，使我國機器人的傳感器技術(shù)與外國差距縮短，促進我國儀器儀表工業(yè)和自化化技術(shù)的發(fā)展。

參考文獻

[1]趙偉國，宋執(zhí)環(huán)，黃震威，梁國偉. 基于熱膜探頭的新型氣體流量傳感器研究. 儀器儀表學報，2009，30（5）：1073-1077.

[2]張子棟，吳雪冰，吳慎山. 智能傳感器原理及應用. 河南科技學院學報（自然科學版），2008，2（36）：116-119.

基金項目：黑龍江省大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目《多環(huán)境智能探測機器人》（項目編號：201713301004）階段性成果。

作者簡介：劉煉（1995—），男，湖南婁底人，哈爾濱遠東理工學院本科在讀，研究方向：機器人應用技術(shù)。

（作者單位：哈爾濱遠東理工學院）