外部传感器及其应用场景详解

图4-29 垂直振子式倾斜角传感器

1.接近觉传感器

接近觉是一种粗略的距离感觉，接近觉传感器的主要作用是在接触对象之前获得必要的信息，用来探测在一定距离范围内是否有物体接近。接近觉传感器可以在近距离范围内，获取执行器和对象物体间的空间相对关系信息。它的作用包括：确保安全、防止物体的接近或碰撞；确认物体的存在；检测物体的姿态和位置；测量物体的状态，进而制定操作规划和行动规划。

接近觉传感器分为接触式和非接触式。接触式采用机械结构方式实现；非接触式根据检测原理不同，可分为机械式、电容式、感应式、气压式、超声波式等。在设计和制造工业机器人时，还应考虑周围的环境条件及空间限制，选择合适于目标的接近觉传感器，以满足所要求的性能。接近觉传感器一般用非接触式测量元件，如霍尔效应传感器、电磁式接近开关和光学接近觉传感器等。

（1）接触式接近觉传感器 接触式接近觉传感器采用最可靠的机械检测方法，用于检测接触和确定位置。机器人通过微动开关和相关的机械装置（如探针、探头）结合，实现接触检测（见图4-30）。接触式传感器的输出信号有以下几种形式：物体接触或不接触所引起的开关接通或断开、检测物体与触点间电流的有无、弹性变形产生的应变片电阻的变化等。

图4-30 微型开关和连杆构成的

接触式接近觉传感器

（2）电容式接近觉传感器 电容式接近觉传感器利用电容量与电极面积、电介质的介电系数成正比，与电极间距离成反比的原理制成。如果相对电极的面积固定、介电系数不变，则可根据电容的变化检测出电极和物体间的距离。

（3）感应式接近觉传感器 感应式接近觉传感器主要有三种类型，包括电磁感应传感器、霍尔效应传感器和电涡流传感器。它仅对金属材料起作用，应用于近距离、小范围的检测，通常仅有零点几毫米。钢铁等强磁性被测物体和气隙磁阻引起的线圈感抗产生变化，就可测出被测物体的距离。电涡流传感器主要应用于检测金属材料制成的对象物体，它是利用一个导体在交变电磁场的作用下产生涡流的原理，从而引起励磁线圈输入电流的变化来测量距离。

（4）气压式接近觉传感器 流体传感器把气体或液体的流束喷向物体表面，通过测量压力、流量变化来确定物体的有无或测量物体的距离。这种传感器的喷嘴不受磁场、电场、光线的影响，对环境的适应性很强，可用于压力工程、焊接、零件组装、搬运中的零件计数和确认等。如图4-31所示为接近觉气流传感器的结构原理图。

（5）超声波式接近觉传感器 人能听到的声波频率在20～20000Hz之间，超声波的频率为20kHz以上，人耳听不到。声波的频率越高，方向性越好，能够实现定向传播。利用超声波的这种特性，可实现距离检测。超声波的工作原理是根据发射脉冲和接收脉冲的时间间隔推算出到物体表面的距离。如图4-32所示为超声波式接近觉传感器的结构示意图。这种方法是最常用的一种，特别适合于不能使用光学方法的环境中；但其缺点是波束较宽，其分辨力严重受到环境因素的影响和限制。因此，超声波式接近觉传感器主要用于导航、避障等。

如图4-32所示为一种典型的超声波接近觉传感器的结构，基本元件是电声变换器。这种变换器通常是压电陶瓷型变换器，树脂层用来保护变换器不受潮湿、灰尘以及其他环境因素的影响，同时也起声阻抗阻匹配器的作用。由于同一变换器通常既用于发射又用于接收，因此被检测物体距离很小时，需要使声能很快衰减。使用消声器和消除变换器与壳体的耦合，可以达到这一目的；壳体设计应当能形成一狭窄的声束，以实现有效的能量传送和信号定向。

图4-31 接近觉气流传感器

图4-32 超声波式接近觉传感器的结构示意图

2.触觉传感器

触觉传感器是机器人与环境直接作用的检测和感知。简单地说，触觉就是机械手与对象接触面上的力感觉，是检测冲击、压迫等机械刺激的综合感觉，一般包括接触觉、压觉、滑觉及力觉等感觉。接触传感器可以用来进行机械手抓取，可以感知物体的形状、软硬。

（1）接触觉传感器 接触觉传感器是指装于机器人手爪上的、以判断是否接触物体为基本特征的测量传感器。根据接触觉传感器的输出，机器人可以感受和搜索对象物，感受手爪与对象物之间的相对位置和姿态，并修正手爪的操作状态。采用分布密度比较高的接触觉传感器，还可以判断对象物的大致几何形状。

1）机械式接触觉传感器。利用触点的接通、断开获取信息，通常采用微动开关来识别，但由于结构关系，无法高密度列阵。接触觉传感器的输出是开关方式的二值量信息，因而，微动开关、光电开关等器件可作为最简单的接触觉传感器，用以感受对象物的存在与否，如图4-33所示。

图4-33 机械式接触觉传感器

a）机构 b）应用

2）弹性式接触觉传感器。为了减轻重量、缩小体积，并检测轻微的碰撞，还设计了各种弹性式接触觉传感器，如图4-34所示。这类传感器都由弹性元件、导电触点和绝缘体构成。图4-34a由导电性石墨化纤维、氨基甲酸乙酯泡沫、印制电路板和金属触点构成。碳纤维被压缩后与金属触点接触，触点由断开变成接通，由此得到信息。图4-34b由弹性体海绵、导电橡胶和金属触点接触，开关接通。图4-34c中的一对接点由金属和覆盖它的导体橡胶构成，二者间有缝隙。导电橡胶受压变形后，与金属接触，接点闭合。

3）光纤式接触觉传感器。这种传感器包括由一束光纤构成的光缆和一个可变形的反射表面，光通过光纤维束投射到可变形的反射材料上，反射光按相反方向通过光纤束返回。如果反射表面是平的，则通过每条光束所返回的光的强度是相同的；如果反射表面因与物体接触受力而变形，则反射的光强度不同。用高速光扫描技术进行处理，即可得到反射表面的受力情况。

图4-34 弹性式接触觉传感器

a）形式一 b）形式二 c）形式三

（2）压觉传感器 压觉传感器检测传感器表面上受到的作用力，它由弹性体及检测弹性体位移的敏感元件或感压电阻构成。通常，用弹簧、海绵等材料制作弹性体，用电位器、光电元件、霍尔元件制作位移检测机构。如图4-35所示是用弹簧和电位器制成的弹簧式压觉传感器。在这个传感器中，用弹簧支撑的平板作为机械手的物体夹持面。在平板上加负载时，平板发生位移，该位移量由电位器检测。如果已知弹簧的刚性系数，则可根据位移的输出求出力的大小。

图4-35 弹簧式压觉传感器

采用感压电阻的传感器有多种设计方案，目前主要方向是开发高分辨率、密集型的、能检测面上各点压力的分布式传感器。在各种研制方案中，采用导电橡胶的最多，其次是用光和磁阻元件。

采用导电橡胶的压觉传感器如图4-36所示。在硅中渗入铝粉或碳粉等导电粉末，硬化后就制成硅橡胶。根据渗入粉末比例的不同，硅橡胶会成为低电阻的导体，或者成为电阻随外力变化的感应电阻件。前者一般称为导电橡胶，后者称为感压导电橡胶。导电橡胶用作接触觉传感器，而电阻变化的橡胶在压觉传感器中使用，如图4-36所示。分布式传感器同时使用这两种特性的硅橡胶。

图4-36 导电橡胶压觉传感器

a）感压导电橡胶压觉传感器 b）压阻式压觉传感器

（3）滑觉传感器 机器人在抓取不知属性的物体时，其自身应能确定最佳夹持力的给定值。夹持力不够，物体会从手爪中滑脱；夹持力过大，有可能引起被夹持物体的损坏。在不损害物体的前提下，实现可靠夹持功能的传感器称为滑觉传感器。滑觉传感器有滚轮式、球式和振动式三种。

如图4-37所示为滚轮式滑觉传感器的典型结构。物体在传感器表面上滑动时，和滚轮相接触，把滑动变成转动。滚轮侧头安装在弹簧板支承上，滚轮表面突出夹持面约1mm，一旦物体在手爪中出现滑动，滚轮产生相应的角位移，装在滚轮中间的光电码盘发出反馈信号，控制系统立即调整夹持力阻止滑动。

若用球代替滚轮，传感器的球面凹凸不平，球转动时碰撞一个触针，使导电圆盘振动，从而可知接点的开关状态，可以检测各个方向的滑动。如图4-38所示为球式滑觉传感器的典型结构。传感器的球面有黑白相间的图形，黑色为导电部分，白色为绝缘部分，两个电极和球面接触，根据电极间导通状态的变化，就可以检测球的转动，即检测滑觉。传感器表面伸出的触针能和物体接触，物体滑动时，触针与物体接触，在触针上输出脉冲信号。脉冲信号的频率反映了滑动速度，脉冲信号的个数对应滑动距离。

图4-37 滚轮式滑觉传感器

图4-38 球式滑觉传感器

1—软表层 2—金属球 3—绝缘体 4—输出电势 5—电源 6—触针 7—滑动物体

滑觉传感器还有一种通过振动检测滑觉的传感器，称为振动式滑觉传感器。这个振动由压电传感器或磁场线圈结构的微小位移检测。

（4）力觉传感器 力觉是指机器人的指、腕、肢和关节等运动中所受力的感觉。根据被测对象的负载，市场上流行的力传感器有：

①单轴力传感器。

②单轴力矩传感器。

③手指力传感器（检测机器人手指作用力的超小型单轴力传感器）。

④六轴力觉传感器。

其中，测力传感器、力矩传感器、手指力传感器只能测量单轴力，而且必须在没有其他负载分量作用的条件下。因此，除了手指传感器之外，其他几种都不适用于机器人。但有人通过巧妙地安装轴承，仅在机器人驱动电动机力矩起作用的部位安装力矩传感器来测量力矩，对机器人进行控制。

机器人的力控制主要控制作用于机器人手爪的任意方向的负载分量，因此需要六轴力觉传感器。在机器人研制中，常常在结构部件的某一部位贴上应变片，校准其输出和负载的关系后，把它当做多轴力传感器使用，但是往往忽视了其他负载分量的影响。力控制本来就比位置或速度控制难，由于上述测量上的原因，实现力控制就更困难了。为了使负载测量结果准确可信，使用六轴力觉传感器较好。

如图4-39所示为一种典型的手腕力觉传感器的结构原理示意图。这种传感器做成十字形状，四个工作梁的横断面都为正方形，每根梁的一端与圆柱形外壳连接在一起，另一端固定在手腕轴上。在每根梁的四个表面上选取测量敏感点，粘贴半导体应变片，并将每根工作梁相对表面上的两块应变片以差动方式与电位计电路连接。在外力作用下，电位计的输出电压将正比于该对应变片敏感方向上力的大小，然后再利用传感器的特征数据（标定传感器上取得），可将电位计的输出换算成相对于参考坐标系的6个力分量的大小。

20世纪70年代中期，美国斯坦福大学利用应变计研制出了一种机器人用的六维力和力矩传感器。如图4-40所示，它利用一段直径为75mm的铝管巧妙地加工而成，具有8个窄长的弹性梁，每一个梁的颈部开有小槽，以使颈部只传递力，转矩作用很小，梁的另一头两侧贴有应变片（一片用于温度补偿）。假设用P_x+、P_x-、P_y+、P_y-、Q_x+、Q_x-、Q_y+、Q_y-表示如图4-40所示8根应变梁的变形信号输出，则六维力（力矩）可表示为

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图4-39 十字手腕力觉传感器的结构原理示意图

图4-40 一种机器人用的六维力和力矩传感器

该传感器为直接输出型力传感器，不需要再做运算，并能进行温度自动补偿。其主要缺点是维间有一定耦合，传感器弹性梁的加工难度大，且传感器刚性较差。

六维力传感器是机器人最重要的外部传感器之一，该传感器能同时获取包括3个力和3个力矩在内的全部信息，因而被广泛用于力/位置控制、轴孔配合、轮廓跟踪及双机器人协调等先进机器人控制之中，已成为保障机器人操作安全与完善作业能力方面不可缺少的重要工具。20世纪80年代，仅美国、日本等国家的少数公司有产品且价格昂贵。以中国科学院合肥智能机械研究所为首，联合东方大学和哈尔滨工业大学开展研究，在解决了传感器结构设计与加工、多维力信息处理等关键技术后，产品样机的主要技术指标达到国外同期先进产品水平，制定了我国第一部六维力传感器产品企业标准并通过国家认证。

3.听觉传感器

人用语言指挥工业机器人比用键盘指挥工业机器人更方便，因此需要听觉传感器对人发出的各种声音进行检测，然后通过语言识别系统识别出命令、执行命令。要实现该想法，需要听觉传感器及语言识别系统。

（1）听觉传感器 听觉传感器的功能将声信号转换为电信号，通常也称传声器。常用的听觉传感器有动圈式传感器、电容式传感器。

①动圈式传声器。如图4-41所示为动圈式传声器的结构原理。传声器的振膜非常轻、薄，可随声音振动。动圈同振膜粘在一起，可随振膜的振动而运动。动圈浮在磁隙的磁场中，当动圈在磁场中运动时，动圈中可产生感应电动势。此电动势与振膜和频率相对应，因而动圈输出的电信号与声音的强弱、频率的高低相对应。通过此过程，这种传声器就将声音转换成了音频电信号输出。

②电容式传声器。如图4-42所示为电容式传声器的结构原理，由固定电极和振膜构成一个电容，U_p经过电阻R_L将一个极化电压加到电容的固定电极上。当声音传入时，振膜可随时间发生振动，此时振膜与固定电极间电容量也随声音而发生变化，此电容的阻抗也随之变化；与其串联的负载电阻R_L的阻值是固定的，电容的阻抗变化就表现为a点电位的变化。经过耦合电容C将a点电阻变化的信号输入到前置放大器A，经放大后输出音频信号。

图4-41 动圈式传声器的结构原理

图4-42 电容式传声器的结构原理

（2）语音识别芯片 语音识别技术就是让机器人把传感器采集的语音信号通过识别和理解过程，转变为相应的文本或命令的高级技术。计算机语音识别过程与人对语音识别处理过程基本上是一致的。目前，主流的语音识别技术是基于统计模式识别的基本理论，一个完整的语音识别系统可大致分为三个部分。

①语音特征提取。其目的是从语音波形中提取随时间变化的语音特征序列。声学特征的提取与选择是语音识别的一个重要环节。声学特征的提取是一个信息大幅度压缩的过程，目的是使模式划分器能更好地划分。由于语音信号的时变特性，特征提取必须在一小段语音信号上进行，也即进行短时分析。

②识别算法。声学模型是识别系统的底层模型，并且是语音识别系统中最关键的一部分。声学模型通常由获取的语音特征通过训练产生，目的是为每一个发音建立发音模板。在识别时，将未知的语音特征同声学模型（模式）进行匹配与比较，计算未知语音的特征矢量序列和每个发音模板之间的距离。声学模型的设计和语言发音的特点密切相关。声学模型单元大小（字发音模型、半音节模型或音素模型）对语音训练数据量大小、系统识别率以及灵活性有较大影响。

③语义理解。计算机对识别结果进行语法、语义分析，明白语言的意义，以便作出相应的反应，通常是通过语言模型来实现。

4.视觉传感器

人类从外界获得的信息大多数是由眼睛得到的。人类视觉细胞的数量是听觉细胞的三千多倍，是皮肤感觉细胞的100多倍。如果要赋予机器人较高级的智能，机器人必须通过视觉系统更多的获取周围世界的信息。如图4-43～图4-45所示是机器人视觉的几种典型应用。

图4-43 焊接机器人用视觉系统进行作业定位

图4-44 视觉系统导引机器人进行喷涂作业

人的视觉通常是识别环境对象的位置坐标、物体之间的相对位置、物体的形状颜色等，由于生活空间是三维的，机器人的视觉必须能理解三维空间的信息，即机器人的视觉与文字识别或者图像识别是有区别的，需要进行三维图像的处理。因为视觉传感器只能得到二维图像，从不同角度上看同一物体，得到的图像也不同；光源的位置不同，得到的图像的明暗程度与分布也不同；实际的物体可能不重叠，但是从某一角度上看却能得到重叠的图像。人们采取了很多措施来解决这个问题，并且为了减轻视觉系统的负担，尽可能地改善外部环境条件，加强视觉系统本身的功能和使用较好的方法进行信息处理。

图4-45 搬运机器人用视觉系统 导引电磁吸盘抓取工件

（1）视频摄像头 视频摄像头（电视摄像机）是一种广泛使用的景物和图像输入设备，它能将景物、图片等光学信号转变为电视信号或图像数据，主要有黑白摄像机和彩色摄像机两种。目前，彩色电视摄像机虽然已经很普遍，价钱也不太贵，但在工业视觉系统中却还常常选用黑白电视摄像机，主要原因是系统只需要具有一定灰度的图像、经过处理后变成二值图像，再进行匹配和识别。它的好处是处理数据量小、处理速度快。电视摄像管是将光学图像转变为电视图像信号的器件，是摄像机的关键部件。它利用光电效应，把器件成像面上的空间二维景物光像转变成以时间为序的一维图像信号。它具有将光信号转变为电信号的光电转换功能和将空间信息转变为时间信息的功能。

摄像管由密封在玻璃罩内的光电靶和电子枪组成，被摄的景物经过摄像机镜头在光电层表面成像，靶面各个不同的点随着照度的不同激励出数目不同的光电子，从而产生数值不同的光电导，进而产生高低不同的电位起伏，形成与光像对应的电位图像。

由电子枪射出的电子束在偏转系统形成的电场或磁场的作用下，从左到右同时又从上到下地对靶面进行扫描，将按空间位置分布的电位图像转换成对应的时间信号。电子束通过扫描，把图像分解成数以十万计的像素。光电导层上与每一像素相对应的微小单元，都可等效为一个电阻与电容并联的电路。电阻R的大小除与光电导材料本身的电阻率有关以外，还随着光照的强弱而变化。电容的大小取决于光电导材料的介电系数、像素单元的面积和厚度。图4-46给出了描述摄像管工作原理的等效电路图。在图4-46中，K为摄像管的阴极，与点相连的箭头代表电子束，与a₁、a₂、a₃不同的连接代表电子束从左到右、从上到下地扫描过程，电压E经负载电阻R_L加到信号电极上。

（2）光电转换器件 在彩色摄像机中，被摄景物的光经变焦距镜头、中性滤色片、色温滤色片和分色棱镜后，被分解为红（R）、绿（G）、蓝（B）三全色光，并分别在摄像管R、G、B的靶面上成像，靶面上的光像经光电转换成与光像对应的电荷像。聚焦和偏转系统使管内的电子束产生良好的聚焦和扫描，使靶面的电荷像变成按一定电视扫描标准的、随时间变化的三基色图像信号。摄像管输出的图像信号经前置放大器和预放器放大后，送到视频处理电路。

①CCD传感器。随着半导体工艺技术的发展，各种类型的固体图像传感器已经研制成功。新型的固体图像传感器的结构比上述摄像管要简单，因为它不需要热离子的阴极来产生电子束，不需要电子束扫描，不存在真空封装问题，对外界磁场的屏蔽要求也很低。固体图像传感器中最有发展前途的CCD，器件（Charge Couple Device，电荷耦合器件）与摄像管相比，受振动与冲击的损伤甚少，它还有寿命长和在弱光下灵敏度高的优点。由于它是一块简单的硅片，故与摄像管相比，它不需要预热，而且体积小、重量轻、造价低，不受滞后（移动亮度引起的光斑或拖影）及由强光或电子束轰击引起的光敏表面损伤的影响。因此，CCD传感器成了把环境信息作为图像加以输入的最通用的传感器。

CCD传感器是半导体传感器，数毫米的方形芯片上二维配置了多个光电转换元件。这种芯片很小，可设计、制造出手指大小的超小型摄像装置，可用在检查管子内部的系统上。

对CCD平面进行二维扫描，取出作为电信号的模拟电压，再进行空间取样（用某一频率采样），把表示采样点的灰度的电压值量化（其值称为浓度值），或将表示彩色图像的三基色的电压值量化，并实行二值数字化处理，便得到了数字化的图像数据。

数字化了的数据存储在作为机器人大脑的计算机内的二维阵列处理器内。假定表示图像灰度的函数为f，则f表示浓淡图像，阵列的i行j列的元件值表示为f（i，j）。对图像处理算法进行编程时，f可看作阵列名。若用彩色摄像机，也可得到彩色图像。这时，函数f的值可以看做是红、绿、蓝三组值（r，g，b），也可看作得到三个阵列r、g、b。

当高清晰度输入图面大的对象时，可使用线型传感器。线型传感器是由多个元件一维配置的传感器，像复印机那样的移动传感器，或者像传真机那样移动对象可得到二维的信息。

图4-46 摄像管工作原理的等效电路图

②MOS图像传感器。MOS图像传感器又称为自扫描光电二极管阵列，由光电二极管和MOS场效应管成对地排列在硅衬底上，构成MOS图像传感器。通过选择水平扫描线和垂直扫描线来确定像素的位置，使两个扫描线的交点上的场效应管导通，然后从与之成对的光电二极管取出像素信息。扫描是分时按顺序进行的。

（3）PSD传感器PSD是光束照射到一维的线和二维的平面时，检测光照射位置的传感器。如图4-47所示，PSD是把硅半导体以P型和N型的电阻层形式构造成层状结构。光照射到PSD上，生成电子空穴对，从而在P型和N型电阻层上安装的电极接通的连续电路上流过电流。检测此时的电流，就可以计算出光的照射位置。

一维的PSD的工作原理如图4-47所示

在P型电阻层相距L的两端装设两个电极，假定光照射在距原点的左端电极1的x处。这时流过电路的电流被分流，假定流过电极1和2的电流为I₁和I₂。在P型电阻层上，流到两电极的电流是总电流分流出来的，且按光照点到两电极的距离分流，故可以用下式计算出光的照射位置

图4-47 PSD工作原理图

（4）形状识别传感器 对于不透明的物体用CCD摄像机拍摄穿透光，可得到物体的轮廓图像。如果形状有特征，用轮廓可以识别物体，例如用手印的轮廓图像就可以鉴别每个人。对于这种有特征的形状，当使用一股的照明光拍摄其反射光图像时，是很难检测其形状的，这时利用轮廓图像就容易识别。

在一般的图像输入系统中，由CCD摄像机输出的电压将由A/D转换器量化成8bit的浓度值，并生成相应的图像，用软件进行二值化可得到轮廓图像。如果有比较器，就可以用简单的电路构成二值化电路，既可以直接把模拟的输出电压进行二值化，也可以把A/D变换后的数字二值化。如果把这个二值（多为0和1）的变化部分输出，就可构成高速检测形状的传感器。

（5）工业机器人视觉系统

1）工业机器人视觉系统的基本原理。工业机器人视觉系统的基本原理和人的视觉系统相似，机器人视觉系统通过图像和距离等传感器获取环境对象的图像、颜色和距离等信息，然后传递给图像处理器，利用计算机从二维的图像中理解和构造出三维世界的真实模型。如图4-48所示为机器人视觉系统的原理框图。

首先通过光学成像系统（一般用CCD摄像机）摄取目标场景，通过图像采集装置获取目标场景的二维图像信息，然后利用图像处理模块对二维图像信息进行图像处理，提取图像中的特征量并由此进行三维重建，得到目标场景的三维信息；根据计算出的三维信息，结合视觉系统应用领域的需求，进行决策输出，控制执行模块，实现特定的功能。

图4-48 机器人视觉系统的原理框图

图4-49 Consight-I型系统结构

摄像机获取环境对象的图像，经A/D转换器转换成数字量，从而变成数字化图形。通常，一幅图像划分为512×512或者256×256，各点亮度用8位二进制表示，即可表示256级灰度。图像输入以后，进行各种各样的处理、识别以及理解，另外通过距离测定器得到距离信息，经过计算机处理得到物体的空间位置和方位，通过彩色滤光片得到颜色信息。上述信息经图像处理器进行处理、提取特征，处理的结果再输出到机器人，以控制它进行动作。

另外，作为机器人的眼睛，摄像机不但要对所得到的图像进行静止处理，而且要积极地扩大视野，根据所观察的对象，改变眼睛的焦距和光圈。因此，机器人视觉系统还应具有调节焦距、光圈、放大倍数和摄像机角度的装置。

2）利用视觉识别抓取工件的工业机器人系统。如图4-49所示是美国通用汽车公司研究的一种在制造装置中安装的，且能在噪声环境下操作的机器人视觉系统，称为Consight-I型系统。该系统为了从零件的外形获得准确、稳定的识别信息，巧妙地设置照明光，从倾斜方向向传送带发送两条窄条缝隙光，用安装在传送带上方的固态线性传感器摄取其图像，而且预先把两条缝隙光调整到刚好在传送带上重合的位置。这样，当传送带上没有零件时，缝隙光合成了一条直线；当零件随传送带通过时，缝隙光变成两条线，其分开的距离同零件的厚度成正比。由于光线的分离之处正好就是零件的边界，所以利用零件在传感器下通过的时间，就可以取出准确的边界信息。主计算机可处理装在机器人工作位置上方的固态线性阵列摄像机所检测的工件，有关传送带速度的数据也送到计算机中处理。当工件从视觉系统位置移动到机器人位置时，计算机利用视觉和速度数据确定工件的位置、取向和形状，并把这种信息经接口送到机器人控制器。根据这种信息，工件仍在传送带上移动时，机器人便能成功地接近和拾取工件。