新型传感器第七章10ppt课件

1、安徽工程科技学院安徽工程科技学院电气工程系电气工程系 张红张红新新型型传传感感器器New Type Sensors第一节第一节 机器人传感器功能与分类机器人传感器功能与分类第二节第二节 机器人视觉传感器机器人视觉传感器第三节第三节 机器人触觉传感器机器人触觉传感器第四节第四节 机器人接近觉传感器机器人接近觉传感器安徽工程科技学院安徽工程科技学院电气工程系电气工程系 张红张红新新型型传传感感器器New Type Sensors概述概述一、机器人与传感器一、机器人与传感器机器人定义：由计算机控制的能模拟人的感觉、手工操纵机器人定义：由计算机控制的能模拟人的感觉、手工操纵的和具有自动行走能力的而又足

2、以完成有效工作的装置。的和具有自动行走能力的而又足以完成有效工作的装置。机器人传感器定义：能把机器人目标物特性或参量变机器人传感器定义：能把机器人目标物特性或参量变换为电量输出的装置。机器人通过传感器实现类似于人类换为电量输出的装置。机器人通过传感器实现类似于人类的知觉作用。的知觉作用。二、机器人的发展二、机器人的发展第一代：机械手第一代：机械手-未采用传感器未采用传感器第二代：采用传感器第二代：采用传感器第三代：电脑化第三代：电脑化三、运用三、运用安徽工程科技学院安徽工程科技学院电气工程系电气工程系 张红张红新新型型传传感感器器New Type Sensors第一节第一节 机器人传感器功能与

3、分类机器人传感器功能与分类u对敏感材料的柔性和功能有特定要求对敏感材料的柔性和功能有特定要求: 因此，机器人传感因此，机器人传感器既包括传感器本身，也包含传感器的信号处理。它由获器既包括传感器本身，也包含传感器的信号处理。它由获取信息和处理信息两部分有机地构成。取信息和处理信息两部分有机地构成。n机器人传感器的特点是：机器人传感器的特点是：u有别于其它种类的传感器有别于其它种类的传感器: 机器人传感器信息收集能力机器人传感器信息收集能力强强, 既能获取信息，又紧随环境状态进行大幅度变化。既能获取信息，又紧随环境状态进行大幅度变化。u获取的信息实时地用于控制获取的信息实时地用于控制: 用以决定机

4、器人的行用以决定机器人的行动。动。u有和人类的五官对应的功能有和人类的五官对应的功能: 能安装在机器能安装在机器人上人上安徽工程科技学院安徽工程科技学院电气工程系电气工程系 张红张红新新型型传传感感器器New Type Sensorsn传感器的信号获取与处理过程：传感器的信号获取与处理过程：u接触觉传感器多半是经过接触觉传感器多半是经过过程。过程。u信号获取信号获取信号处理信号处理信号提取信号提取数据解释等几个层数据解释等几个层次的处理；次的处理；u并非所有传感器的信号处理都要经过这四个并非所有传感器的信号处理都要经过这四个全过程；全过程；u如视觉和高密度压觉传感器一般需经过如视觉和高密度压觉

5、传感器一般需经过和和的的的过程；的过程；u位置、接近觉和压觉等传感器仅经过位置、接近觉和压觉等传感器仅经过过程；过程；安徽工程科技学院安徽工程科技学院电气工程系电气工程系 张红张红新新型型传传感感器器New Type Sensorsu外部检测传感器：用于获取机器人周围环境或外部检测传感器：用于获取机器人周围环境或者目标物状态特征的信息，是机器人与周围进行者目标物状态特征的信息，是机器人与周围进行交互工作的信息通道。其功能是让机器人对环境交互工作的信息通道。其功能是让机器人对环境有自校正和自适应能力，很好地执行工作。接近有自校正和自适应能力，很好地执行工作。接近觉、视觉、听觉、嗅觉、味觉等传感器

6、。觉、视觉、听觉、嗅觉、味觉等传感器。n传感器的分类：传感器的分类：u内部检测传感器：以机器人本身的坐标轴来确定其内部检测传感器：以机器人本身的坐标轴来确定其位置，用来感知运动学参数。通过内部检测传感器，位置，用来感知运动学参数。通过内部检测传感器，机器人可以了解自己的工作状态，调整和控制自己按机器人可以了解自己的工作状态，调整和控制自己按照一定的位置、速度、加速度、压力和轨迹等进行工照一定的位置、速度、加速度、压力和轨迹等进行工作。作。安徽工程科技学院安徽工程科技学院电气工程系电气工程系 张红张红新新型型传传感感器器New Type Sensors机器人传感器的分类及应用机器人传感器的分类及

7、应用传传 感感 器器检检 测测 对对 象象传传 感感 器器 装装 置置应应 用用视觉空间形状距离物体位置表面形态光亮度物体颜色面阵 CCD、SSPD、TV 摄像机激光、超声测距PSD、线阵 CCD面阵 CCD光电管、光敏电阻色敏传感器、彩色 TV 摄像机物体识别、判断移动控制位置决定、控制检查，异常检测判断对象有无物料识别，颜色选择触觉接触握力负荷压力大小压力分布力矩滑动微型开关、光电传感器应变片、半导体压力元件应变片、负载单元导电橡胶、感压高分子元件应变片、半导体感压元件压阻元件、转矩传感器光电编码器、光纤控制速度、位置，姿态确定控制握力，识别握持物体张力控制，指压控制姿态、形状判别装配力控

8、制控制手腕，伺服控制双向力修正握力，测量重量或表面特征接近觉接近程度接近距离倾斜度光敏元件、激光光敏元件超声换能器、电感式传感器作业程序控制路径搜索、控制，避障平衡，位置控制听觉声音超声麦克风超声波换能器语音识别、人机对话移动控制嗅觉气体成分气体浓度气体传感器、射线传感器化学成分分析味觉味道离子敏传感器、ph 计化学成分分析安徽工程科技学院安徽工程科技学院电气工程系电气工程系 张红张红新新型型传传感感器器New Type Sensors一、人眼与视觉一、人眼与视觉人的人的80%80%以上的外界信息通过视觉所获取。对于机器人以上的外界信息通过视觉所获取。对于机器人来说，视觉传感器也是最重要的传感

9、器。来说，视觉传感器也是最重要的传感器。第二节第二节 机器人视觉传感器机器人视觉传感器1、 人眼的结构人眼的结构n眼球壁：眼球壁：n 外层角膜、巩膜）外层角膜、巩膜）n 中层虹膜、睫状体、脉络膜）中层虹膜、睫状体、脉络膜）n 内层视网膜）内层视网膜） n屈光系统：屈光系统：n 角膜、房水、睫状肌、晶状体角膜、房水、睫状肌、晶状体n感光系统：感光系统：n 视网膜、视神经、视中枢视网膜、视神经、视中枢n眼球的构造类似一台照相机：眼球的构造类似一台照相机：n 屈光系统镜头、感光系统底屈光系统镜头、感光系统底片片安徽工程科技学院安徽工程科技学院电气工程系电气工程系 张红张红新新型型传传感感器器New

10、Type Sensors 2、人的视觉功能、人的视觉功能 1）、立体感觉能力）、立体感觉能力2）、测定物体大小及其所在位置远近的能力。）、测定物体大小及其所在位置远近的能力。 3）、自动跟踪和观察运动目标对象的能力。）、自动跟踪和观察运动目标对象的能力。4）、人的视神经有快速接受和传输视觉信息的能力）、人的视神经有快速接受和传输视觉信息的能力5）、感觉色彩的能力。）、感觉色彩的能力。安徽工程科技学院安徽工程科技学院电气工程系电气工程系 张红张红新新型型传传感感器器New Type Sensors3、机器人视觉系统主要应用、机器人视觉系统主要应用1）、用视觉进行产品检验，代替人的目检。包括：）、

11、用视觉进行产品检验，代替人的目检。包括：形状检验棗检查和测量零件的几何尺寸。形状和位置；形状检验棗检查和测量零件的几何尺寸。形状和位置；缺陷检验检查零件是否损坏，划伤；齐全检验棗检查缺陷检验检查零件是否损坏，划伤；齐全检验棗检查部件上的零件是否齐全。部件上的零件是否齐全。 2）、在机器人进行装配、搬运等工作时，用视觉系）、在机器人进行装配、搬运等工作时，用视觉系统对一组需装配的零、部件逐个进行识别，并确定它统对一组需装配的零、部件逐个进行识别，并确定它在空间的位置和方向，引导机器人的手准确地抓取所在空间的位置和方向，引导机器人的手准确地抓取所需的零件，并放到指定位置，完成分类、搬运和装配需的零

12、件，并放到指定位置，完成分类、搬运和装配任务。任务。3）、为移动机器人进行导航。）、为移动机器人进行导航。安徽工程科技学院安徽工程科技学院电气工程系电气工程系 张红张红新新型型传传感感器器New Type Sensorsn人的双眼从不同的方位获取同一景物的信息，各自人的双眼从不同的方位获取同一景物的信息，各自得到关于景物的二维图像，这左右两幅图像有着微小得到关于景物的二维图像，这左右两幅图像有着微小的区别，这种区别就叫做视差。的区别，这种区别就叫做视差。n人的大脑通过对左右两幅图人的大脑通过对左右两幅图像、以及两幅图像的视差进行像、以及两幅图像的视差进行分析和处理后，可以得到关于分析和处理后，

13、可以得到关于景物的光亮度、外形、颜色、景物的光亮度、外形、颜色、空间分布等等信息。空间分布等等信息。4、人眼的立体视觉、人眼的立体视觉安徽工程科技学院安徽工程科技学院电气工程系电气工程系 张红张红新新型型传传感感器器New Type Sensorsn当双眼注视着有限距离点当双眼注视着有限距离点B点时，点时，B在视网膜上的像也落在左右眼的在视网膜上的像也落在左右眼的黄斑位置黄斑位置B1和和Br。nB点相对于左右眼的两视线点相对于左右眼的两视线的夹角的夹角O1BOr称作视差角，称作视差角，用用b表示。表示。n为了观看物点为了观看物点B，眼睛将偏转一定量的，眼睛将偏转一定量的会聚角会聚角，显然，显然

14、，b = 2。n双眼注视无穷远的点，该点双眼注视无穷远的点，该点与双目的夹角与双目的夹角= 0，无穷远的，无穷远的点经水晶体成的像都落在左右点经水晶体成的像都落在左右眼的黄斑处；眼的黄斑处；安徽工程科技学院安徽工程科技学院电气工程系电气工程系 张红张红新新型型传传感感器器New Type SensorsA点在左、右眼上的线视差为：点在左、右眼上的线视差为：n线视差是描述物点在空间中位置的重要参数，在机线视差是描述物点在空间中位置的重要参数，在机器人立体视觉中，视差也是一个十分重要的判定景器人立体视觉中，视差也是一个十分重要的判定景物空间分布的因素之一。物空间分布的因素之一。nB相对于人眼的距离

15、相对于人眼的距离Z b为：为：Zb = b / tgn空间中任意一点空间中任意一点A的左右像点分别为的左右像点分别为A1和和A r ，设线视差分别为，设线视差分别为l 、r。安徽工程科技学院安徽工程科技学院电气工程系电气工程系 张红张红新新型型传传感感器器New Type Sensors1、激光扫描法、激光扫描法X = x ( b tg+ Ll ) / ( x tg+Lf ) Y = y ( b tg+ Ll ) / ( x tg+Lf )二、机器人视觉方法二、机器人视觉方法n结构分析。结构分析。n根据发射光线的空间角度根据发射光线的空间角度和反和反射光线空间角度射光线空间角度，以及发射源与，

16、以及发射源与电视摄像机之间的相对位置电视摄像机之间的相对位置b的几的几何关系，就可以确定反射点的空间何关系，就可以确定反射点的空间坐标坐标Z：tg= x / Lf OM = ( Z + Ll ) tg= x ( Z + Ll ) / Lf MOlaser = Zctg OM + MOlaser = bn综合上式计算得：综合上式计算得：Z = ( b Lf x L l ) /( x + L f tg)A点的另外两个坐标值：点的另外两个坐标值：安徽工程科技学院安徽工程科技学院电气工程系电气工程系 张红张红新新型型传传感感器器New Type Sensorsn机械扫描装置把激光光束投向景物机械扫描装

17、置把激光光束投向景物空间，按照一定的顺序对景物空间进空间，按照一定的顺序对景物空间进行二维扫描，即可得到景物空间各点行二维扫描，即可得到景物空间各点的距离信息。的距离信息。n如果用扇形光束代替点光束，只需进行一维如果用扇形光束代替点光束，只需进行一维扫瞄，就能快速测定扫瞄，就能快速测定CCD图像画面内全部点图像画面内全部点的距离信息。的距离信息。安徽工程科技学院安徽工程科技学院电气工程系电气工程系 张红张红新新型型传传感感器器New Type Sensors2、立体摄影法、立体摄影法n模仿人的双眼，用两个镜头光轴相互平行的摄像机从不同的方位模仿人的双眼，用两个镜头光轴相互平行的摄像机从不同的方

18、位记录图像。记录图像。n设坐标系设坐标系XYZ、XlYlZl和和X rY rZ r 。n设景物空间有物点设景物空间有物点A 和和 B， 分别成分别成像于像于a1和和a2点，两视线的夹角点，两视线的夹角O1AO2就称作视差角，以就称作视差角，以a表示；表示；a = 2b / Z a式中，式中，2b为两为两CCD摄像机光轴之间的距离。摄像机光轴之间的距离。n显然，对于物点显然，对于物点B，其视差角为：，其视差角为：b = 2b / Z b安徽工程科技学院安徽工程科技学院电气工程系电气工程系 张红张红新新型型传传感感器器New Type Sensorsn在在CCD成像面上，物体的角视差成像面上，物体

19、的角视差实际上是以线视差来表现的。实际上是以线视差来表现的。n点点A和点和点B视差角的差值视差角的差值ab称作立体视差：称作立体视差：ab =a -bn视差角的大小表征了物点的远近，视差角的大小表征了物点的远近，如果近物点如果近物点A和远物点和远物点B相对于相对于CCD摄摄像机的视差角分别为像机的视差角分别为a、b，必然，必然a b；反之，若；反之，若a b，则可以判断，则可以判断，认为物点认为物点A相对于物点相对于物点B远。远。n同样，立体视差的正负也能表同样，立体视差的正负也能表征物点的远近。征物点的远近。安徽工程科技学院安徽工程科技学院电气工程系电气工程系 张红张红新新型型传传感感器器N

20、ew Type Sensors根据二维图像中的线视差和相对线视差，可以推算出空间物点根据二维图像中的线视差和相对线视差，可以推算出空间物点的三维信息。的三维信息。n设物点设物点A)、B分别成像于分别成像于Al(X al、Yal、Z al)、Ar (Xar、Yar、Z ar)和和Bl(Xal、Yal、Z al)、Br (Xar、Yar、Z ar)。nA点的点的线视差线视差X a：nA、B两两 点的线视点的线视差差X a、 Xb为：为：n物点物点A和物点和物点B之间的相对线视差之间的相对线视差X ab为：为：安徽工程科技学院安徽工程科技学院电气工程系电气工程系 张红张红新新型型传传感感器器New

21、Type Sensors第三节第三节 机器人触觉传感器机器人触觉传感器机械人触觉可分为：接触觉、压觉、力觉、滑觉等几种。机械人触觉可分为：接触觉、压觉、力觉、滑觉等几种。检测机器人的某些部位如手或足与外界物体是否接触，识别物体的形状和在空间的位置，保证机器人的手能牢固地抓住物体，或保证其足能稳稳地踩在地面上。机器人装上触觉传感器的目的:触觉是接触、滑动、压觉等机械刺激的总称。触觉是接触、滑动、压觉等机械刺激的总称。安徽工程科技学院安徽工程科技学院电气工程系电气工程系 张红张红新新型型传传感感器器New Type Sensors一、接触觉传感器一、接触觉传感器 接触觉传感器用来检测机器人的某些部

22、位接触觉传感器用来检测机器人的某些部位与外界物体接触与否，例如感受是否抓住零件，与外界物体接触与否，例如感受是否抓住零件，是否接触地面等。是否接触地面等。安徽工程科技学院安徽工程科技学院电气工程系电气工程系 张红张红新新型型传传感感器器New Type Sensors二、压觉传感器二、压觉传感器nV o = V p (C x -C R ) / C F = V p (C / C F ) 用来检测机器人手指的握持面上承受的压力大小和用来检测机器人手指的握持面上承受的压力大小和分布，分布式压觉传感器是前述阵列式接触觉传感器的分布，分布式压觉传感器是前述阵列式接触觉传感器的延伸。特点：小型轻便、响应快

23、、阵列密度高、在线性延伸。特点：小型轻便、响应快、阵列密度高、在线性好、可靠性高等。好、可靠性高等。n常用的敏感材料：导电橡胶或塑料、常用的敏感材料：导电橡胶或塑料、偏聚二氟乙烯薄膜偏聚二氟乙烯薄膜PVF2）、应变）、应变片阵列、磁弹性式压磁传感器阵列片阵列、磁弹性式压磁传感器阵列如针式差动变压器、霍尔元件）、如针式差动变压器、霍尔元件）、光电传感器阵列等。光电传感器阵列等。安徽工程科技学院安徽工程科技学院电气工程系电气工程系 张红张红新新型型传传感感器器New Type Sensors三、力觉传感器三、力觉传感器n腕力传感器发展趋势：腕力传感器发展趋势：u间接输出型腕力传感器：将传感器本身设

24、计的简间接输出型腕力传感器：将传感器本身设计的简单化，经过复杂的计算求出传递矩阵，使用时要经单化，经过复杂的计算求出传递矩阵，使用时要经过矩阵运算才能提取出六个力分量。过矩阵运算才能提取出六个力分量。 用于感知机器人的指、肢和关节等在工作和运动中用于感知机器人的指、肢和关节等在工作和运动中所受力的大小和方向，从而决定如何运动、采用什么姿所受力的大小和方向，从而决定如何运动、采用什么姿势、以及推测对象物体的重量等。特点是感知多维的作势、以及推测对象物体的重量等。特点是感知多维的作用力。用力。u直接输出型腕力传感器：传感器结构比较复杂，简直接输出型腕力传感器：传感器结构比较复杂，简单的计算就能提取

25、个分量，甚至可以直接得到六个单的计算就能提取个分量，甚至可以直接得到六个分量。分量。安徽工程科技学院安徽工程科技学院电气工程系电气工程系 张红张红新新型型传传感感器器New Type Sensors 式中，式中，K1、K2、K3、K4、K5、K6为比例为比例系数，与各根梁所贴应变片的应变灵敏度有关。系数，与各根梁所贴应变片的应变灵敏度有关。n筒式六自由度腕力传感器：筒式六自由度腕力传感器：u资料：铝。资料：铝。uFx = K1（ Py+ + Py- ）uFy = K2Px+ + Px-）uFz = K3Q x+ + Qx- + Q y+ + Qy-）X、Y、Z方向的力方向的力Fx、Fy、Fz

26、，转矩，转矩Mx、My、Mz：Mx = K4Q y+ - Qy-）My = K5（- Q x+ + Qx-）Mz = K6P x+ - Px- - P y+ + Py-）安徽工程科技学院安徽工程科技学院电气工程系电气工程系 张红张红新新型型传传感感器器New Type SensorsuFx = - fx1 - fx3uFy = - fy1 - fy2 - fy3 - fy4uFz = - fz2 - fz4uMx = afz2 + afz4 + bfy1 - bfy3uMy = - bfx1 + bfz4 + bfz2 bfz4uMx = - afx1 afx3 bfy2 + bfy4n挠性件

27、十字梁式腕力传感器挠性件十字梁式腕力传感器资料：铝资料：铝 u外端插入手腕框架，悬梁端部与腕框架的接合部装有尼龙球，外端插入手腕框架，悬梁端部与腕框架的接合部装有尼龙球，目的是为了悬梁易于伸缩。目的是为了悬梁易于伸缩。u为增加灵敏性，在与梁相接处的腕框架上切出窄缝。十字形悬为增加灵敏性，在与梁相接处的腕框架上切出窄缝。十字形悬梁实际上是一整体，其中央固定在手腕轴向。梁实际上是一整体，其中央固定在手腕轴向。u每根梁的上下左右侧面各贴一片应变片。每根梁的上下左右侧面各贴一片应变片。u相对面上的两片应变片构成一组半桥，共相对面上的两片应变片构成一组半桥，共8只应变计，输只应变计，输出参数出参数fx1

28、、fx3、fy1 、fy2、fy3、fy4、fz2、fz4。uX、Y、Z的力的力Fx、Fy、Fz和力矩和力矩Mx、My、Mz ：安徽工程科技学院安徽工程科技学院电气工程系电气工程系 张红张红新新型型传传感感器器New Type Sensors四、滑觉传感器四、滑觉传感器 用于机器人感知手指与物体接触面之间相对运动用于机器人感知手指与物体接触面之间相对运动滑动的大小和方向，从而确定最佳大小的把握力，滑动的大小和方向，从而确定最佳大小的把握力，以保证既能握住物体不产生滑动，又不至于因用力过大以保证既能握住物体不产生滑动，又不至于因用力过大而使物体发生变形或被损坏。而使物体发生变形或被损坏。安徽工程

29、科技学院安徽工程科技学院电气工程系电气工程系 张红张红新新型型传传感感器器New Type Sensors四、仿生皮肤四、仿生皮肤n聚偏二氟乙烯聚偏二氟乙烯PVDF是具有压电效应、是具有压电效应、热释电效应的高分子材料。热释电效应的高分子材料。n利用利用PVDF可以制成接触觉、滑觉、温觉等传感可以制成接触觉、滑觉、温觉等传感器，是研制仿生皮肤的主要材料。器，是研制仿生皮肤的主要材料。n工作温度范围宽、体电阻高、重量轻、柔顺性工作温度范围宽、体电阻高、重量轻、柔顺性好、机械强度高、频响宽，很容易用热成形的好、机械强度高、频响宽，很容易用热成形的办法加工成薄膜、细管或微粒。办法加工成薄膜、细管或微

30、粒。安徽工程科技学院安徽工程科技学院电气工程系电气工程系 张红张红新新型型传传感感器器New Type Sensors触触觉觉传传感感器器当物体与几十微米的当物体与几十微米的PVDF薄膜有相对滑移时，薄膜有相对滑移时，指纹或凸点变形，引起诱指纹或凸点变形，引起诱导振动，发生应力变化，导振动，发生应力变化，使使PVDF膜产生电荷。膜产生电荷。触、触、滑、滑、温温觉觉n上下两层上下两层PVDF之间，有电加热层和柔性隔热层，隔离成两个不同的之间，有电加热层和柔性隔热层，隔离成两个不同的物理测量空间。物理测量空间。n指纹状或有许多小凸点的表皮用普通橡胶制成。指纹状或有许多小凸点的表皮用普通橡胶制成。n

31、上层为两面镀银的整块上层为两面镀银的整块PVDF，两面引出电极，可获取温觉、触觉信号。，两面引出电极，可获取温觉、触觉信号。n下层下层PVDF镀有条状电极，引线由导电胶粘接后引出，可以获取压觉和镀有条状电极，引线由导电胶粘接后引出，可以获取压觉和滑觉信号。滑觉信号。安徽工程科技学院安徽工程科技学院电气工程系电气工程系 张红张红新新型型传传感感器器New Type Sensorsn为使为使PVDF有温觉，将上层有温觉，将上层PVDF保持在保持在55左右，当与物体左右，当与物体接触时，物体与表皮的温差形成热能传递，使接触时，物体与表皮的温差形成热能传递，使PVDF极化面产极化面产生相应数量的电荷输

32、出。生相应数量的电荷输出。n当机器人的手爪当机器人的手爪(传感器传感器)表面开始接触物体时，接触表面开始接触物体时，接触阶跃性应力使阶跃性应力使PVDF产生电荷，呈现单方向脉冲信号产生电荷，呈现单方向脉冲信号特征。即触觉信号。特征。即触觉信号。n物体相对于传感器表层滑动时，摩擦力变化引起传物体相对于传感器表层滑动时，摩擦力变化引起传感器表层的诱导振动，诱导振动使感器表层的诱导振动，诱导振动使PVDF产生交变信产生交变信号。即滑觉信号。号。即滑觉信号。安徽工程科技学院安徽工程科技学院电气工程系电气工程系 张红张红新新型型传传感感器器New Type Sensorsn由于由于PVDF薄膜丝纤维束有

33、强的热释电效应，环境温薄膜丝纤维束有强的热释电效应，环境温度的变化使极间产生电荷，从而产生了温觉。度的变化使极间产生电荷，从而产生了温觉。n合成橡胶基片内包含许多高分子充水薄膜微球。合成橡胶基片内包含许多高分子充水薄膜微球。n微球之间呈立式放置和缠绕式放置大量几十微米的微球之间呈立式放置和缠绕式放置大量几十微米的PVDF薄膜丝神经纤维束。薄膜丝神经纤维束。n压电效应产生的电荷是压电效应产生的电荷是x、y、z三方向的轴向应力和三方向的轴向应力和切向应力产生电荷的总和，所以它能感觉出三维应力，切向应力产生电荷的总和，所以它能感觉出三维应力，从而判断触觉、滑觉的大小及应力区域。从而判断触觉、滑觉的大

34、小及应力区域。安徽工程科技学院安徽工程科技学院电气工程系电气工程系 张红张红新新型型传传感感器器New Type Sensors 第四节第四节 机器人接近觉传感器机器人接近觉传感器 机械人接近觉是介于触觉和视觉之间的感觉，感应的机械人接近觉是介于触觉和视觉之间的感觉，感应的距离范围一般为几毫米至几十毫米，用于感知一定距离内距离范围一般为几毫米至几十毫米，用于感知一定距离内场景的状况。场景的状况。 常见的接近觉传感器有电磁式、光电式、电容式、气动式、超声式、红外线、微波式等多种类型。接近觉传感器是机器人用以探接近觉传感器是机器人用以探测自身与周围物体之间相对位测自身与周围物体之间相对位置和距离的

35、传感器置和距离的传感器安徽工程科技学院安徽工程科技学院电气工程系电气工程系 张红张红新新型型传传感感器器New Type Sensors一、电磁式接近觉传感器一、电磁式接近觉传感器 n焊接机器人多半使用涡流传感器来跟踪焊接缝，在焊接机器人多半使用涡流传感器来跟踪焊接缝，在200下工作，距离下工作，距离08mm时，误差小于时，误差小于4%。n精度比较高、响应速度快、精度比较高、响应速度快、受环境影响小、结构简单、可受环境影响小、结构简单、可以在高温下工作。以在高温下工作。n金属物体内产生流线闭合的感应电流即涡流）。金属物体内产生流线闭合的感应电流即涡流）。涡流的大小与对象物表面的距离等有关涡流的

36、大小与对象物表面的距离等有关 。安徽工程科技学院安徽工程科技学院电气工程系电气工程系 张红张红新新型型传传感感器器New Type Sensors用永久磁铁用永久磁铁和紧贴磁铁和紧贴磁铁的圆柱形线的圆柱形线圈构成。圈构成。在远离物体时，在远离物体时，永久磁铁的磁永久磁铁的磁力线对称分布。力线对称分布。当有金属钢或铁等当有金属钢或铁等导磁金属物体接近导磁金属物体接近时，永久磁铁的磁力时，永久磁铁的磁力线分布发生不对称变线分布发生不对称变化，化，n用霍尔元件或集成磁敏传感器代替线圈，可感知近距离用霍尔元件或集成磁敏传感器代替线圈，可感知近距离的静止物体的接近情况。的静止物体的接近情况。安徽工程科技

37、学院安徽工程科技学院电气工程系电气工程系 张红张红新新型型传传感感器器New Type Sensorsn只能感知金属物体，非金属材只能感知金属物体，非金属材料构成的物体无法感知。料构成的物体无法感知。n永久磁铁磁力线分布的变化导致线圈的感应电流发生变化，检测出永久磁铁磁力线分布的变化导致线圈的感应电流发生变化，检测出线圈输出电流就可以判断出物体的接近程度。线圈输出电流就可以判断出物体的接近程度。n线圈输出与物体距离之间的呈非线性关系。当距离小于线圈输出与物体距离之间的呈非线性关系。当距离小于0.25mm时，时，电流输出急剧变化。电流输出急剧变化。n这种接近觉传感器所能感知的距离这种接近觉传感器

38、所能感知的距离很近，对于小于几分之一毫米的近距很近，对于小于几分之一毫米的近距离运动物体十分灵敏。离运动物体十分灵敏。安徽工程科技学院安徽工程科技学院电气工程系电气工程系 张红张红新新型型传传感感器器New Type Sensors二、光电式接近觉传感器二、光电式接近觉传感器n发射透镜与接收透镜的光轴有一定的夹角发射透镜与接收透镜的光轴有一定的夹角。n若接近到物体，光敏管有光电流输出；若接近到物体，光敏管有光电流输出；n若没有接近到物体，光敏二极管无输出。若没有接近到物体，光敏二极管无输出。n传感器存在灵敏区域，通过调节两透镜的光轴夹角传感器存在灵敏区域，通过调节两透镜的光轴夹角，n 可以调节光电式接近觉传感器的感知距离，可以调节光电式接近觉传感器的感知距离，越小，敏越