第九章-机器人传感器复习过程

第九章机器人传感器概述触觉传感器接近觉传感器视觉传感器听觉、嗅觉(xiùjué)、味觉及其他传感器小结2/7/2023第一页，共29页。概述机器人与传感器机器人传感器分类(fēnlèi)2/7/2023第二页，共29页。机器人与传感器机器人及机器人传感器的定义(dìngyì)机器人的发展历史2/7/2023第三页，共29页。机器人及机器人传感器的定义(dìngyì)

机器人：可以被定义为计算机控制的能模拟人的感觉、手工操纵的和具有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：可以被定义为一种能把机器人目标物特性(或参量)变换为电量输出的过程。机器人通过传感器实现类似(lèisì)于人类的知觉作用。2/7/2023第四页，共29页。机器人的发展(fāzhǎn)历史第一代机器人（机械手），特点：它虽配有电子存储装置，能记忆重复动作，然而因未采用(cǎiyòng)传感器，所以没有适应外界环境变化的能力。第二代机器人，特点：已初步具有感觉相反馈控制的能力，能进行识别、选取相判断．这是由于(yóuyú)采用了传感器，使机器人具有了初步的智能。因而传感器的采用与否已成为衡量第—代机器人的重要特征。第三代机器人为高一级的智能机器人，“电脑化”是这代机器人的重要标志。2/7/2023第五页，共29页。机器人传感器的分类(fēnlèi)机器人传感器可分为内部检测传感器及外界检测传感器两大类。内部检测传感器是以机器人本身的坐标轴来确定其位置，是安装在机器人自身中用来感知它自己的状态(zhuàngtài)，以调整并控制机器人的行动。它通常由位置、加速度、速度及压力传感器组成。外界检测传感器用于机器人对周围环境、日标构的状态(zhuàngtài)持征获取信息．使机器人---环境能发生交互作用，从而使机器人对环境有自校正和自适应能力。外界检测传感器通常包括触觉、接近觉、视觉、听觉、嗅觉、味觉等传感器。2/7/2023第六页，共29页。2/7/2023第七页，共29页。触觉(chùjué)传感器人的触觉是人类感觉的一种。它通常包括热觉、冷觉、痛觉、触压觉和力觉等。机器人触觉．实际是人的触觉的某些模仿。它是有关机器人和对象(duìxiàng)物之间直接接触的感觉。包含的内容较多。通常指以下几种：触觉。手指与被测物是否接触．接触图形的检测。压觉。垂直于机器人和对象(duìxiàng)物接触面上的力感觉。力觉。机器人动作时各自由度的力感觉。滑觉。物体向着垂直于手指把桅面的方向滑动或变形。若没有触觉，就不能完好平稳地抓住纸做的杯子，也不能握住工具;2/7/2023第八页，共29页。机器人触觉(chùjué)的功能主要有两方面：1．检测功能对操作物进行物理性质检测．如光滑性、硬度等。其目的是：感知危险状态．实施(shíshī)自身保护，灵活地控刷手爪及关节以操作对象物；使操作具有适应性和顺从性。2．识别功能识别对象物的形状(如识别接触到的表面形状)。2/7/2023第九页，共29页。触觉(chùjué)2/7/2023第十页，共29页。举例(jǔlì)：触觉传感器(a)结构：平板上安装着多点通、断传感器附着板的装置原理：平常为通态，当与物体接触时，弹簧收缩，上、下板间电流断开。它的功能相当于一开关，即输出0和1两种信号。可用于控制(kòngzhì)机械手的运动方向和范围、躲避障碍物等。1.导电橡胶(xiàngjiāo)；2.金属；12.衬底；13.引线2/7/2023第十一页，共29页。人工(réngōng)皮肤触觉传感器的研究重点选择更为合适的敏感材料，现有的材料主要有导电橡胶、压电材料、光纤等；将集成电路(jíchéng-diànlù)工艺应用到传感器的设计和制造中，使传感器和处理电路一体化，得到大规模或超大规模阵列式触觉传感器。PVF2阵列(zhènliè)式触觉传感器2/7/2023第十二页，共29页。触觉(chùjué)传感器的工作重点触觉传感器的工作重点集中在阵列式触觉传感器信号的处理上，目的是辨识接触物体的形状。这种信号的处理涉及到信号处理、图像处理、计算机图形学、人工智能、模式识别等学科，是一门比较复杂、比较困难的技术，还很不成熟(chéngshú)，有等于进一步研究和发展。2/7/2023第十三页，共29页。压觉压觉的概念(gàiniàn)压觉传感器原理2/7/2023第十四页，共29页。压觉的概念(gàiniàn)压觉指的是对于手指给予被测物的力，或者(huòzhě)加在手指上的外力的感觉。它用于握力控制与手的支撑力的检测。目前的压觉传感器主要是分布式压觉传感器，即通过把分散敏感元件排列成矩阵式格子来设计的。导电橡胶、感应高分子、应变计、光电器件和霍尔元件常被用敏感元件阵列单元。2/7/2023第十五页，共29页。压觉传感器原理(yuánlǐ)这种传感器是对小型线性调整器的改进。在调整器的轴上安装了线性弹簧。一个传感器有l0mm的有效行程。在此范围内，将力的变化转换为遵从虎克定律的长度位移，以便进行俭测。在一侧手指上，每个6mm×8mm的面积分布一个传感器来计算，共排列了28个(四行七排)传感器。左右两侧总共有56个传感器输出。用四路(sìlù)A/D转换器，高速多路调制器对这些输出进行转换后进入计算机。a为手指抓住物体的状态；b为手指从a状态稍微握紧的状态。2/7/2023第十六页，共29页。力觉力觉传感器的作用关节力传感器腕力(wànlì)传感器基座力传感器2/7/2023第十七页，共29页。力觉传感器的作用(zuòyòng)感知是否夹起了工件或是否夹持在正确部位；控制装配、打磨、研磨抛光的质量；装配中提供信息、以产生后续的修正(xiūzhèng)补偿运动来保证装配质量和速度防止碰撞、卡死和损坏机件。2/7/2023第十八页，共29页。关节(guānjié)力传感器2/7/2023第十九页，共29页。腕力(wànlì)传感器2/7/2023第二十页，共29页。基座(jīzuò)力传感器2/7/2023第二十一页，共29页。用簧片固定在手指主体上作为检测(jiǎncè)体的滚轴。滚轴内有30条狭缝的圆扳与光学传感路。有滚动发生时，狭缝圆片切断光路，产生对应于滑动位移的电压(脉冲信号)。滑觉2/7/2023第二十二页，共29页。球形滑觉传感器传感器如同棋盘一样(yīyàng)，相间地用绝缘材料盖住小导电球。无论滑动方向如何，只要球转动．传感器就会产生脉冲输出。2/7/2023第二十三页，共29页。接近(jiējìn)觉传感器接近觉传感器：是指机器入能感知几毫米至几十厘米内对象物或障碍物的距离、对象物的表面性质等的传感器。其目的是在接触对象前得到必要(bìyào)的信息，以便后续动作。这种感觉是非接触。实质上可以认为是介于触觉与视觉之间的感觉。接近觉传感器有电磁式、光电式、电容式、气动式、超声波式、红外式等类型。2/7/2023第二十四页，共29页。电磁式高频传号is施加于邻近金属一侧的电感线L上；L产生的高频电磁场作用于金属板的表面。由于趋肤效应，高频电磁场不能透过具有一定厚度的金属板，而仅作用于表面薄层内。而金属板表面感应的涡流严生的电磁场又反作用于线圈L上，改变了电感的大小〔磁场强度的变比也可用另—组检测线圈来检测)。从而感知(gǎnzhī)传感器与被接近物体的距离大小。2/7/2023第二十五页，共29页。电容式传感器本体由两个极板1，2构成。极板1由固定频率的正弦波电压激励，2接电荷放大器。0为被接近物。在传感器两极板与被接近物三者间形成(xíngchéng)一交变电场。当0接近1，2时，1，2之间的电场受到了影响，也可以认为0阻断了1、2间连续电力线。电场的变化引起1、2间电容C12的变化。由于电压幅值恒定，所以电容的变化又反映为极板2上电荷的变化2/7/2023第二十六页，共29页。视觉(shìjué)传感器三维实物(shíwù)(立体)三维图像(túxiànɡ)(平面)景像描述传感器图像处理2/7/2023第二十七页，共29页。听觉(tīngjué)、嗅觉、味觉及其他传感器听觉:具有接近人耳的功能还相差很远；嗅觉：主要检测空气中的化学成分、浓度、等功能，主要采用气体