机器人测距传感器原理与应用综述_图文

1、 其中 为 传感 器 到 被 测 物 体 的 距 离 为取决于 被测 物体表 面特性 的参 限制 。 和 尸 在 , , 。 机 器 人臂上 安装 了许多光 数 , 可通 过 实验确 定 , 。 强 法 测 距 传 感 器 借 助 于 传 感 器 信 息 进 行运 动 规 划 完 成 了 绕 过 形 障碍物 的 实 验 值 得 一 提 的是 发 光 元 件 和 接 收 元 件 可 以 采 用 光 纤来传播 光 强 信 号 。 ” 。 巨 将 单 独 驱 动 的三 手 指 手 爪 , , 如图 所示 , 。 指尖 上 安 装 了 多 个 利 用光 纤构 成 的光 强 法 测距 传感 器 构 成

2、了 一 个 自动 抓 握 系 统 利 , 这 样 的 传 感 器 可 以 安 装 在狭 窄 的 地 方 如 指 尖 部位 实现 , 用 传感 器 信 息能够 感觉 手 指 与 被 抓 物体 的 , 由 于 光 强 法 测 距 传感 器 结 构 简单 易 于 因 而 在 机 器 人 中应 用较 多 但 它 受 被 , , 接 近 情 况 从 而 调 整 手 指 移动 完 成 抓 取 鸡 , , 蛋 等 物 体 的操 作 。 测物 体表 面 特性 的 影 响 较 大 应 用 场 合受 到 相位法 图 相 移 法检侧 距 离 图 表 面 倾 针 角度 的 浏 全 布 令 相移检测 卜 一 一 一 入

3、一 一 一 月 曰 卜 图 利 用 渡 越 时 间 引起 的 相 移 来 浏 圣 距 离 一 这类 传感器 通 过 检测 发光 元 件发 出 的 调 制 光 信 号 与接 收 元 件 接 收 到 的 光 信 号 之 间 的 相 移来 获 取 距 离 信 号 根 据 引起 相 位变 。 制 光 波 长 及 相 移如 图 图 中距 离 一 、 所示 。 可 由下 式 求 出 化 的方 式 不 同 , 又 可 以 区分 为 以下 两 种 立 兀 , 入一 二 双 , 于 由几 何 尺 寸 和 调 制 光 源 而 引起 的相 移 。 式中 为相 移 。 为光 速 入和 为调 制 光 的波长和频率 如图

4、 所示 两 个发 光 元 件分别用 如 下 , 光 学 三 角法 光 学 三 角 法 的测 量 原 理 如 图 信号 来 驱 动 一 一 所示 发 。 田 田 光 元 件 所 发 出 的光 束 照 射 在 被 测 物 体 表 面 上 并 被反 射 部 分反 射 光 成 像 在 位 置 敏 感 元 , 这时 点 的光 强 为 件 。 、 或 光 电 晶 体管 阵 列 表 面 上 , 。 , 一 其中 , 十 子 苍 ” 。 , 通 过 检 测 光 点 在 敏 感 表 面 上 的位 置 由几 何 关 系 即 可 计 算 出 被 测 物体 的距 离 , , , 采 用 光 学 三 角法 检 测 距

5、离 物 体 表 面 因 是 与 被 测 物 体 表面 有 关 的 系数 素 如 表 面 的 反 射 特 性 表 面 倾 斜 等 因 素对 测 量 结 果 影 响 较 小 同 时 它 对 接 收 到 的光 强 , 在 下 述 三 个 假设 条 件 下 被测物体表面 为完全漫发射 光 源 所发 射 光 强 不 随 角 度 而 改变 大 小 不 敏 感 光 学 三 角法 测 距 传 感 器 随 着 测 量 距 离 的 增 加 分辨 率 变 差 这 也 是 三 角法 , , 。 。 接 收 管 只接 收 很 窄 的 细 光 束 由 一 的 固有缺 点 。 式 可得 德国 田 一 空 间机 器 人手爪

6、上 安装 , , 不石 丁丁 歹下一 万 歹万 一 气 卜乙 少 了 两 种 采 用三 角法 研 制 的 测 距 传感 器 一 种 一 , 是 长 距 离测 距传感 器 , 其测量范 围为 , 一 十 一 石 气 丁一 万二 于万万 于石 “ 一 田 十乙 “ 少 “ 另 一 种是 安 装 在 指 尖 的 短 距 离 测 距 叭 甲 传 感 器 测 量 范 围 为 。一 为 。 它 们 的分 辨 率 其中 厂 甲 , 一 从近到远 仁 州 。 我 国 空 间机 器 门 晋 又 , , 人 多 传感 器 智 能 手 爪 上 也 采 用 这 种 原 理 研 一 、 万 了、 、 不万 一下一 不而

7、 乙 一 在 、 已知 的条件下 , 测量 甲 即 可求 出 距 离 表 面 的倾 斜 角 度 , 。 利 用 两组 发 光 元 件 可 以 测 量被测 物 体 , , 如图 , 所示 。 由渡 越 时 间 而 引 起 的相 移 光 速 太快 了 , 接 收透 镜 发 射透 镜 与超 声 波 相 比 将 传过 , 光速 。 的距离 因此根本无法 用直 三 接 测 量 渡 越 时 间 的方 法 而 求 出 较 短 的距 离 , 或 位 置敏感元 件 一 种 比较 可 行 的办 法 是 将 光 源 进 行 调 制 通 过 测 量 接 收 到 的 光 束 同发 射 光 束 的 相 移 来 获 取 距

8、 离 信息 一 。 其原 理 如 图 所示 , 调 图 光 学三 角法 测 童 距 离 一 表 各 类 测 距 传 感 器 的 比较 适 用 环 境 接 触式 微 动 开 关 感 应 式 电涡流 次 电容 式 超 声式 实 际测量 外形 距离 信息 精 度 响 应 受 被测 物 受 被 测 物 机 械 受 外 界 使 用 数据 处 时 间 体影 响 体 几 何 尺 强 度 噪 音及 难 易 理 代价 范围 尺寸 寸及 位置 影响 几厘 米 几厘米 干扰 影 程 度 口 水下 核环境 空 间 向 不定 刁 、 不 测量 测量 短 无 无 一般 无 低 低 能 能 能 能 能 中等 等 好 很短

9、有 有 非常 无 很容 易 能 好 几毫 米 几厘米 几米 中等 不 测 量 等 中等 测量 一般 很短 长 有 无 有 有 好 一般 无 不定 低 能 能 能 能 能 能 有 风 气 温等 、 中等 低 光强 法 光学 相位法 光学三 角法 几毫米 很小 测量 测量 量 测量 量 好 一 很短 有 有 有 稍有 中等 等 稍有 容 易 低 一 中困难 困难 很 低 困难 能 能 能 能 能 能 厘米 几毫米一 、 般 很短 稍有 稍有 中等 中等 稍有 米 几 毫米 一 中等 几 十厘 米 中等 很 短 稍有 中等 很 低 困 难 气压 式 微波 无线 电 几毫 米 几厘 米 小 大 不测

10、量 测量 中等 不定 不定 无 有 有 自八 月又 无 易 低 不能 不能 不能 能 能 有 中 等 有些 影 很 难 很 低 不 能 几公 里 响 制 了 激 光 测 距 传感 器 系 统 。 另外 准备或 正 , 一 定 的气流 压力 所 以 这 种 测距 传 感 器 对 机 , 在 研 制 空 间机 器 人 的 其 它 各 国 都 拟 采 用 光 器 人来说 , 一般 不太 实 用 。 学三 角法 研 制 测 距 传感 器 气 压 式 测 距 传感 器 。 微 波 和 无 线 电波 测 距 传 感 器 这 类 传 感 器 的基 本 原 理 是 通 过 天 线 向 外 发 射 电磁 波 信

11、 号 测 量 被 目标 物 体 反 射 回 , , 这 种 传感 器 的 测 量 原 理 是 使 压 缩 空 气 通 过 一 个 固 定 的 小孔 向外 喷 发 当 外 界 物 体 来 的 信 号 与 发 射 信号 的 时 间 间 隔 通 常 这 , 。 靠 近 时 由 于 气 流 受 阻 内部 压 力 将 发 生 变 , , 种 传感 器 只 适 合于 测 量 较 大 距 离 一 般 用 在 , 化 距 离 越近 其 压 力 越 大 通 过 检 测 压 力 即 , , , 室 外移动机 器 人 , 做 避 障和 导 航 用 。 。 另外 , 可 获得 距 离信 息 气 压 式 传 感 器 不

12、适 合 于 较 。 还 有 用 测 量 反 射 回 来 的信 号 强 度 来代 替 测 量 渡 越 时 间 的 测 距 传感 器 上 述 对 各种原理 测 距 传感 器 及 其应 用 小 物 体 的测 量 同时 由于 它 所 依据 的气 流 效 , 应 只 在极 小 的尺 寸 范 围 内 存 在 因 此 量 程 , 小 响应 时 间也较 长 一 般 约 为 , 秒 , 情况 做 了介绍 表 点 。 。 总 结 了 各 类传感 器 的特 还 需 要 净化气 源 , 另外 被 测 物体还 需 承 受 , 参 石 仁 庚辰 等 , 考 文 献 ” , “ 机 器 人 接近 觉 距 离 觉 传 感 器

13、 的研 究 现 状 与建议 机 器 人 接 近 距 离 觉 传 感 器 的发 展 方 向综 述 一 , ” , 、 传感 器 技 术 , , 一 幻 朱 尚明等 文 年报 , , , “ 智 能 机 器 人 非 视 觉 传感 器 实 验 室 学 术 论 一 一 礼宾 倪 , “ 气 介 超 声 距 离 传 感 器 现 状 及 发 展 方 向分 析 “ 一 ” ” , “ 智 能 机 器 人 非 视 觉 传 感 器 实验 室 学 术 论 文 年报 ” , , 张 福学 , “ 传 感 器 应 用 及 其 电路 精 选 , ” , 电 子 工 业 出 版社 。 , 一 ” , 衣 , 一 戒 , “ 一 , ” , 乙 , ” 一 ”, ” , , “ , , 一 , 一 。 , , , , , 一 , 一 , , ” , , , 。 ” , , , 一 , , , , ” , , “ “ , , , , ” , , , , 盛 , , ,“ , 一 ” ” , , , 一 , , 。