机器人学机器人感觉.pptx

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1、机器人传感器的种类第1页/共30页2.2.内部状态的感觉内部状态的感觉（1）位置和角度传感器 典型的传感器是电位计。检测的是以电阻中心为基准位置的移动距离。E：输入电压 L：最大移动距离触头 X：向左端移动的距离 E：电阻右侧的输出电压 右图做成园状可检测角度第2页/共30页（2）光电位置传感器：2.2.内部状态的感觉第3页/共30页2.2.内部状态的感觉内部状态的感觉(3)角度传感器：回转式编码器（分为绝对式和增量式）。第4页/共30页3.3.外部状况的感觉外部状况的感觉（1）物体识别传感器 典型的是视觉传感器。如摄像机。视觉是利用光（机器人可用红外线等）的非接触方式。触觉也能识别物体。机器

2、人可以用触觉传感器来实现这种机能。第5页/共30页（2）物体探测传感器 视觉传感器是一种识别物体而且知道其存在的传感器。例如光电开关。视觉传感器、光电开关和超声波传感器，即使物体较远也能探测其存在。（3）距离传感器 超声波做距离传感器。可用于鱼群探测、金属内部探伤等方面。第6页/共30页（4）力觉传感器 力觉传感器是检测力和力矩的施加地点大小方向的传感器。力的检测主要是用电阻应变片（5）其他传感器 利用声波：语音识别传感器。分析振动声音探测机械故障的点传感器。热传感器：点检传感器。通过分析敲打的声音测定果品成熟程度的传感器。根据近红外线的糖度吸收程度测定水果甜度的传感器第7页/共30页8.2

3、触觉传感器触觉传感器1.接触觉传感器 接触觉传感器：探测是否接触到物体，传感器接受由于接触产生的柔量。微动开关：按下开关就能进入电信号的简单机构。猫胡须传感器：如图a,b 机器人脚下安装多个猫胡须传感器，依照接通的传感器的个数来检测机器人脚在台阶上的具体位置第8页/共30页单向微动开关：当在开关得按钮上施加力时，开关按下，可判断是否接触物体第9页/共30页各手指端装有微动开关，各开关共地，由开关的闭合判断各手指接触物体的情况第10页/共30页开关式触觉传感器开关式触觉传感器当橡胶层上承受的力大于阈值时，对应位置的电极接通，多个电极可形成阵列，检测物体大致接触位置。但由于开关的尺寸较大，影响了这

4、种阵列的分辨率第11页/共30页模拟触觉传感器 当物体与传感器接触，横向力引起的弹簧位移导致转轴成比例地旋转，或用码盘作数字测量第12页/共30页触觉阵列触觉阵列为了获得比单个触觉更大区域地触觉信息，常采用触觉阵列电极与柔性导电材料（条形导电橡胶）保持电气接触，导电材料地电阻随压力而变化，当物体压在其上面时，将引起局部变形，测出连续的电压变化，就可测量局部变形。电阻的改变很容易转换成电信号，其幅值正比于施加在材料表面上某一点的力第13页/共30页上图为阵列扫描电路，利用此原理可作成人工皮肤，如右图所示。上层为导电橡胶，并在基极上装有集成电路，压力的变化使各接点间的电阻发生变化，信号通过集成电路

5、处理之后送出。第14页/共30页光电式触觉传感器光电式触觉传感器折射率n=c/vsin=n1/n2 (n1n2)从光密媒质向光疏媒质传播,入射光大于临界角时,发生全内反射a)照相机 b)光电二极管阵列 c)光纤第15页/共30页2.滑觉传感器（滑觉传感器（1）利用压力传感器阵列感知物体的滑动第16页/共30页滑觉传感器（滑觉传感器（2）金属球表面分成许多相间排列的导电和绝缘小格，触针很细，每次只能触及一格，当工件滑动时，金属球也随之转动，在触针上输出脉冲信号，脉冲的频率反映了滑移速度，个数反映了滑移的距离第17页/共30页滑觉传感器（滑觉传感器（3）当物体移动时带动接触球旋转,球的转动传递给带

6、有狭缝的转盘,采用光电传感器检测转盘的旋转,输出脉冲信号.可在两个方向上检测滑移,分辨率1mm第18页/共30页敏感剪切力传感器敏感剪切力传感器微细杠杆受外力作用时橡皮元件变形剪切力传到微细杠杆，杠杆被推进橡皮元件跟光波导形成不同的接触以接触点的面积计算受力，以接触点面积的不平衡性推知剪切力第19页/共30页8.3 8.3 接近觉传感器接近觉传感器通过检测气流喷射时遇到物体时的压力变化来检测和物体之间的距离，气源送出具有一定压力P的气流，离物体的距离x越小，气流喷出的面积就越窄，气缸内的压力就越大。如果事先求得距离x和气缸内气体压力P1的关系，即可根据压力计读数P1测定距离x气压接近觉传感器第

7、20页/共30页电磁感应接近觉传感器电磁感应接近觉传感器 当传感器接近铁磁性材料时,引起永久磁铁磁力线的变化,从而在线圈中产生电流,当物体与传感器相对静止时,由于磁力线不发生变化,因而线圈中没有电流,只有产生相对运动时,才产生输出.随着距离的增大,输出信号明显减弱,只能用于很短距离的测量,一般只有零点几毫米第21页/共30页电涡流接近觉传感器电涡流接近觉传感器在线圈中通入交变的电流I1,在线圈的周围产生交变的磁场H1,当传感器与外界物体接近时,导体中产生感应电流I2,形成一个磁场H2,其方向与H1相反,削弱了H1磁场,从而导致传感器线圈的阻抗发生变化.传感器与外界导体的距离变化能够引起导体中所

8、感应电流I2的变化.通过适当的检测电路,可从线圈中耗散功率的变化得出传感器与物体之间的距离.检测范围:零到几十毫米 分辨率:满量程的0.1%第22页/共30页超声波接近觉传感器超声波接近觉传感器A:控制发射门信号B:输出信号及回波信号C:整形后的输出和回波D:时间窗口,t1为最小检测时间,t1+t2为最大检测时间E:D=1时,回波使E=1,A的 下降沿使E=0F:E的上升沿使F=1,当E=0&A的上升沿,F=0此时只要有物体出现在D 时间所确定的距离范围内,F=1二值输出F第23页/共30页超声波距离传感器超声波距离传感器 工作原理:测量从发射换能器发出的超声波(20000HZ),经目标反射后

9、沿原路返回接收换能器所需的时间.由该时间和介质中的声速即可求得目标与传感器的距离.广泛应用于机器人的导航和避障 第24页/共30页光电式接近觉传感器光电式接近觉传感器（1）三角法 光源发射的光束照射到被测物体表面上被反射，部分反射光成像在位置敏感元件表面上，由三角原理，目标距离z等于 z=bh/x距离灵敏度 S=dx/dz=bh/z2灵敏度与距离的平方成反比，限制了传感器的使用范围第25页/共30页光电式接近觉传感器光电式接近觉传感器（2）相位法 光源射出的光束经分光镜分成两部分，一束（参考光束）经过距离L到达相位测量装置，另一束经过物体反射后，到达相位测量装置，在测量点处两束光产生相位差，由

10、相位差检测距离d d=L+2d=L+/(2)d=c/(4f)f:光波的频率 c:光速：参考光束与反射光束的相位差光源多采用红外光，当2d,才有唯一解第26页/共30页(3)光强法 发光元件发出的光经物体反射后，由接收元件接收。接收元件所产生的输出信号大小反映了从目标物体反射回接收元件的光强。该信号不仅仅取决于距离，同时也受到被测物体表面光学特性和表面倾斜等因素光电式接近觉传感器光电式接近觉传感器第27页/共30页8.4 8.4 腕力传感器腕力传感器（1）六自由度腕力传感器 主体为园筒状，外侧有8根梁支撑，4根水平梁，4根垂直梁。水平梁的应变片贴于上下两侧，应变量分别为QX+，Qy+，QX-，Q

11、y-.垂直梁的应变片贴于左右两侧，应变量分别为PX+，Py+，PX-，Py-.FX=K1(Py+Py-)MX=K4(Qy+-Qy-)Fy=K2(Px+Px-)MY=K5(-QX+-QX-)Fz=K3(Qy+Qy-+QX+QX-)Mz=K6(Py+-Py-PX+PX-)Ki为比例系数，与应变片的灵敏度有关第28页/共30页十字腕力传感器十字腕力传感器 应变片贴于十字梁上,每根梁的上下左右侧面各贴一片应变片,分别检测fx1,fx2,fy1,fy2,fy3,fy4,fz2,fz4;FX=-fx1-fx3;Fy=-fy1-fy2-fy3-fy4;Fz=-fz2-fz4;Mx=a(fz2+fz4)+b(fy1-fy4);My=-b(fx1-fx3-fz2+fz4)Mz=-a(fx1+fx3+fy2-fy4)第29页/共30页感谢您的观看。第30页/共30页