现代传感技术13讲

1、第三节第三节 机器人触觉传感器机器人触觉传感器是对人类的触觉的模仿，分两类：是对人类的触觉的模仿，分两类：1 1）简单的接触传感器，探测是否与周围物）简单的接触传感器，探测是否与周围物体接触，如开关型传感器。体接触，如开关型传感器。2 2）复杂的触觉传感器，除了能探测周围物）复杂的触觉传感器，除了能探测周围物体的存在，而且还能感知物体外部的轮体的存在，而且还能感知物体外部的轮廓。廓。机器人触觉包括：机器人触觉包括： 接触觉，压觉，力觉，滑觉接触觉，压觉，力觉，滑觉等。等。一、接触觉传感器一、接触觉传感器检测机器人的某些部位与外界物体检测机器人的某些部位与外界物体接触接触与否。与否。常见的有常见

2、的有4种种1 1）金属圆顶金属圆顶式高密度接触觉传感器。式高密度接触觉传感器。2 2）碳纤维纸碳纤维纸式高密度接触觉传感器。式高密度接触觉传感器。3 3）导电橡胶导电橡胶式接触觉传感器。式接触觉传感器。4 4）导电橡胶丝导电橡胶丝式接触觉传感器。式接触觉传感器。见下图见下图7-8。正在研究更完善、优化的传感器，如人正在研究更完善、优化的传感器，如人工皮肤，其实质就是接触觉工皮肤，其实质就是接触觉传感器阵列传感器阵列。接触觉信息处理分两个阶段：接触觉信息处理分两个阶段： 1 1）预处理：对原始信息）预处理：对原始信息“加工加工”。 2 2）再加工：进一步对信息进行处理。）再加工：进一步对信息进行

3、处理。涉及涉及数字信号处理、图像处理、计算机图数字信号处理、图像处理、计算机图形学、人工智能、模式识别形学、人工智能、模式识别等知识。等知识。二、压觉传感器二、压觉传感器用来检测机器人手指的握持面上承受的用来检测机器人手指的握持面上承受的压力压力大小大小和和分布分布（分布式压觉传感器）。（分布式压觉传感器）。特点：特点：小型轻便、响应快、阵列密度高、小型轻便、响应快、阵列密度高、在线性好、可靠性高。在线性好、可靠性高。硅电容式压觉传感器：硅电容式压觉传感器：读出电路及波形（类似前面压敏传感器）读出电路及波形（类似前面压敏传感器）三、力觉传感器三、力觉传感器用于感知机器人的指、肢和关节在工作用于

4、感知机器人的指、肢和关节在工作和运动中所受力的大小和方向。和运动中所受力的大小和方向。特点：检测多维作用力。特点：检测多维作用力。主要部件：主要部件：应变片、压电传感器、电容应变片、压电传感器、电容式传感器、光电式传感器和电磁式力传式传感器、光电式传感器和电磁式力传感器。感器。按位置分为三种形式：按位置分为三种形式：关节力传感器、关节力传感器、腕力传感器、腕力传感器、支座传感器。支座传感器。两种腕力传感器：两种腕力传感器：四、滑觉传感器四、滑觉传感器机器人抓住某物体时，必须对物体施以机器人抓住某物体时，必须对物体施以最佳大小的把握力，以保证既能抓住，最佳大小的把握力，以保证既能抓住，又不至于抓

5、坏。为此，应检测手指与物又不至于抓坏。为此，应检测手指与物体接触面之间体接触面之间相对运动（滑动）的大小相对运动（滑动）的大小和方向。和方向。常见的两种：常见的两种：1）光电式。）光电式。2）环形。）环形。五、仿生皮肤五、仿生皮肤具有接触觉、压觉、滑觉和热觉等多种具有接触觉、压觉、滑觉和热觉等多种传感功能，象人的皮肤一样。传感功能，象人的皮肤一样。常用材料：常用材料：高分子材料高分子材料PVDFPVDF（聚偏二氟（聚偏二氟乙烯）。乙烯）。特点：特点：几十几十 m m，具有压电、热释电效应。，具有压电、热释电效应。柔性好、机械强度高、频响宽、工作温柔性好、机械强度高、频响宽、工作温度宽、体电阻高

6、、重量轻。度宽、体电阻高、重量轻。当机器人的手抓物体时的波形：当机器人的手抓物体时的波形：其他其他PVDF：第四节第四节 机器人接近觉传感器机器人接近觉传感器接近觉介于触觉和视觉之间的感觉，距接近觉介于触觉和视觉之间的感觉，距离一般为几离一般为几mm几十几十mm。种类：种类：电磁式、光电式、电容式等多种电磁式、光电式、电容式等多种。一、电磁式接近觉传感器一、电磁式接近觉传感器电涡流式电涡流式，基本原理是：，基本原理是：当今属块置于交变的当今属块置于交变的磁场中时，金属体内磁场中时，金属体内产生涡流，大小随激产生涡流，大小随激励线圈与对象表面距离励线圈与对象表面距离的变化有关。的变化有关。缺点缺

7、点:不能感知非金属材料的物体不能感知非金属材料的物体. .二、光电式接近觉传感器二、光电式接近觉传感器 距离近；距离近； 距离远。距离远。缺点：缺点：不能测距离；物体折射率影响灵不能测距离；物体折射率影响灵敏度。敏度。三、超声波接近传感器三、超声波接近传感器通过超声波换能器实现，发射的超声波通过超声波换能器实现，发射的超声波经过物体反射后接收，通过经过物体反射后接收，通过时间时间和和相位相位检测出距离。检测出距离。可以使用两个换能器（一发，一收）或可以使用两个换能器（一发，一收）或一个换能器（兼发、收）。一个换能器（兼发、收）。两种距离探测方法：两种距离探测方法：1 1）脉冲延时法）脉冲延时法2 2）相位调制法）相位调制法L=vt/2L=（n+ /2）/ 2作业作业: 1.机器人传感器的种类和特点机器人传感器的种类和特点.