新型传感器机器人传感器

能踢球的机器人11.4机器人传感器1当前1页，总共44页。对运动的球类有正确反应的机器人能打网球的机器人机器人足球比赛11.4机器人传感器2当前2页，总共44页。能行走的机器人11.4机器人传感器3当前3页，总共44页。服务机器人机器人伴舞机器人奏乐11.4机器人传感器4当前4页，总共44页。可爱的小机器人能上台阶并避开障碍物的机器人能自己站起来的机器人11.4机器人传感器5当前5页，总共44页。排爆机器人我国沈阳自动化所研制的PXJ-2机器人也加入了公安部队的行列。11.4机器人传感器6当前6页，总共44页。消防机器人消防机器人作为特种消防设备可代替消防队员接近火场实施有效的灭火救援、化学检验和火场侦察。它的应用将提高消防部队扑灭特大恶性火灾的实战能力，对减少国家财产损失和灭火救援人员的伤亡将产生重要的作用。11.4机器人传感器7当前7页，总共44页。机器人轮椅主要有口令识别与语音合成、机器人自定位、动态随机避障、多传感器信息融合、实时自适应导航控制等功能。11.4机器人传感器8当前8页，总共44页。军事机器人我国引进的排爆机器人进攻型机器人11.4机器人传感器9当前9页，总共44页。工业机器人核工业机器人汽车喷漆机器人11.4机器人传感器10当前10页，总共44页。机器人的手11.4机器人传感器11当前11页，总共44页。机械手在汽车加工中的应用机械手能按照程序焊接和安装汽车部件，是机器人的雏形。11.4机器人传感器12当前12页，总共44页。激光焊接机械手11.4机器人传感器13当前13页，总共44页。机器人大脑——主板机器人思想——程序机器人感知——传感器机器人手脚——马达机器人骨架——机械结构机器人食物——电池1.机器人的组成11.4机器人传感器14当前14页，总共44页。2.传感器在机器人中的应用机器人是由计算机控制的复杂机器，它具有类似人的肢体及感官功能；动作程序灵活；有一定程度的智能；在工作时可以不依赖人的操纵。机器人传感器在机器人的控制中起了非常重要的作用，正因为有了传感器，机器人才具备了类似人类的知觉功能和反应能力。

11.4机器人传感器15当前15页，总共44页。11.4机器人传感器11.4.1机器人与传感器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，具有自动行走能力而又足以完成有效工作的装置。按照其功能，机器人已经发展到了第三代，而传感器在机器人的发展过程中起着举足轻重的作用。机器人传感器可以定义为一种能将机器人目标物特性（或参量）变换为电量输出的装置。被称为机器人的电五官。16当前16页，总共44页。11.4.2机器人传感器的分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，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、目标物的状态特征获取信息，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。17当前17页，总共44页。11.4.3触觉传感器1.人的皮肤的感觉皮肤内分布着多种感受器，能产生多种感觉。一般认为皮肤感觉主要有四种，即触觉、冷觉、温觉和痛觉。２.机器人的触觉机器人触觉，实际上是人的触觉的某些模仿。它是有关机器人和对象物之间直接接触的感觉，包括的内容较多，通常指以下几种：18当前18页，总共44页。（1）触觉。手指与被测物是否接触，接触图形的检测。（2）压觉。垂直于机器人和对象物接触面上的力传感器。（3）力觉。机器人动作时各自由度的力感觉。（4）滑觉。物体向着垂直于手指把握面的方向移动或变形。19当前19页，总共44页。机器人的触觉主要有两方面的功能：（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，实施自我保护；灵活地控制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）。20当前20页，总共44页。人们进行了所谓“人工皮肤”的研究。这种“皮肤”实际上也是一种由单个触觉传感器按一定形状（如矩阵）组合在一起的阵列式触觉传感器，如图18所示。其密度较大、体积较小、精度较高。“人工皮肤”传感器可用于表面形状和表面特性的检测。21当前21页，总共44页。图18阵列式触觉传感器22当前22页，总共44页。压觉指的是对于手指给予被测物的力，或者加在手指上的外力的感觉。目前，压觉传感器主要是分布型压觉传感器，即通过把分散敏感元件阵列排列成矩阵式格子来设计成的。导电橡胶、感应高分子、应变计、光电器件和霍尔元件常被用作敏感元件单元。23当前23页，总共44页。力觉传感器的作用有：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，以产生后续的修正补偿运动来保证装配的质量和速度；防止碰撞、卡死和损坏机件。用于力觉传感器的主要有应变式、压电式、电容式、光电式和电磁式等。24当前24页，总共44页。机器人要抓住属性未知的物体时，必须确定自己最适当的握力目标值，因此需检测出握力不够时所产生的物体滑动。利用这一信号，在不损坏物体的情况下，牢牢抓住物体，为此目的设计的滑动检测器，叫做滑觉传感器。如图19所示为一种球形滑觉传感器。球与被握物体相接触，无论滑动方向如何，只要球一转动，传感器就会产生脉冲输出。25当前25页，总共44页。球形滑觉传感器图1926当前26页，总共44页。11.4.4接近觉传感器接近觉是机器人能感知相距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的信息，以便后续动作。1.电磁式如图20所示，加有高频信号is的励磁线圈L产生的高频电磁场作用于金属板，在其中产生涡流，该涡流反作用于线圈。通过检测线圈的输出可反映出传感器与被接近金属间的距离。27当前27页，总共44页。检测线圈~励磁线圈L金属面涡流磁束图20电磁式接近传感器is28当前28页，总共44页。2.电容式利用电容量的变化产生接近觉。电容接近觉传感器如图21所示。其本身作为一个极板，被接近物作为另一个极板。将该电容接入电桥电路或RC振荡电路，利用电容极板距离的变化产生电容的变化，可检测出与被接近物的距离。电容式接近觉传感器具有对物体的颜色、构造和表面都不敏感且实时性好的优点。29当前29页，总共44页。图21电容接近觉传感器30当前30页，总共44页。3.超声波式、红外线式、光电式超声波式接近传感器适于较长距离和较大物体的探测，一般把它用于机器人的路径探测和躲避障碍物。红外线式接近传感器可以探测到机器人是否靠近人或其他热源，用于保护和改变机器人行走路径。光电式接近传感器的应答性好，维修方便，目前应用较广，但使用环境受到一定的限制（如对象物体颜色、粗糙度、环境亮度等）。31当前31页，总共44页。11.4.5视觉传感器1.人的视觉人的眼睛是由含有感光细胞的视网膜和作为附属结构的折光系统等部分组成。人眼的适宜刺激波长是370~740nm的电磁波。在这个可见光谱的范围内，人脑通过接收来自视网膜的传入信息，可以分辨出视网膜像的不同亮度和色泽，因而可以看清视野内发光物体或反光物体的轮廓、形状、颜色、大小、远近和表面细节等情况。32当前32页，总共44页。人眼视网膜上有两种感光细胞，视锥细胞主要感受白天的景象，视杆细胞感受夜间景象。人的视锥细胞大约有700多万个，是听觉细胞的3000多万倍。2.机器人视觉机器人的视觉系统通常是利用光电传感器构成的。机器人的视觉作用的过程如图22所示。33当前33页，总共44页。三维实物（立体）二维图像（平面）景象描述传感器图像处理图22视觉作用过程34当前34页，总共44页。机器人视觉系统要能达到实用，至少要满足以下几方面的要求。首先是实时性，其次是可靠性，再次是要求有柔性，最后是价格适中。35当前35页，总共44页。在空间中判断物体的位置和形状一般需要两类信息：距离信息和明暗信息。获得距离信息的方法可以有超声波、激光反射法、立体摄像法等。而明暗信息主要靠电视摄像机、CCD固态摄像机来获得。36当前36页，总共44页。3.视觉传感器（1）人工网膜人工网膜是用光电管阵列代替网膜感受光信号。其最简单的形式是3×3的光电管矩阵，多的可达256×256个像素的阵列甚至更高。以3×3阵列为例。数字字符1，得到的正、负像如图9-23所示，大写字母字符I，所得正、负像如图24所示。事先作为标准图像存储起来。37当前37页，总共44页。正像负像图23数字字符1的正、负像38当前38页，总共44页。正像负像图24大写字母字符I的正、负像39当前39页，总共44页。工作时得到数字字符1的输入，其正、负像可与已存储的1和I的正、负像进行比较，结果见表4。在两者比较中，是1的总相关值是9，等于阵列中光电管的总数，这表示所输入的图像信息与预先存储的图像数字字符1的信息是完全一致的。由此可判断输入的字符是数字字符1，不是大写字母字符I，也不是其它字符。40当前40页，总共44页。表4与1比较与I比较正像相关值33负像相关值62总相关值9541当前41页，总共44页。（2）光电探测器件最简单的光探测器是光电管和光敏二极管。固态探测器件可以排列成线性阵列和矩阵阵列使之具有直接测量或摄像的功能。目前在机器人视觉中采用的非接触测试的固态阵列以CCD器件占多数，单个线性阵列已达到4096单元，CCD面阵已达到512×512及更高。利用CCD器件制成的固态摄像机有较高的几何精度，更大的光谱范围，更高的灵敏度和扫描速率，结构尺寸小，功耗小，耐久可靠等。

42当前42页，总共44页。11.4.6听觉、嗅觉、味觉及其它传感器1.人的听觉人的听觉的外周感受器官是耳，耳的适宜刺激是一定频率范围内的声波振动。科蒂器官和其中所含的毛细胞，是真正的声音