機(jī)器人學(xué)機(jī)器人感覺PPT課件

1、平 面 視 覺 立 體 視 覺視 覺觸 覺 /痛 覺 滑 動 覺接 近 覺 熱 覺 /溫 覺力 覺聽 覺非 視 覺機(jī) 器 人 感 覺機(jī)器人傳感器的種類第1頁/共30頁2.2.內(nèi)部狀態(tài)的感覺內(nèi)部狀態(tài)的感覺（1）位置和角度傳感器 典型的傳感器是電位計。檢測的是以電阻中心為基準(zhǔn)位置的移動距離。 E：輸入電壓 L：最大移動距離觸頭 X：向左端移動的距離 E：電阻右側(cè)的輸出電壓 右圖做成園狀可檢測角度EEeL)2(第2頁/共30頁（2）光電位置傳感器：2.2.內(nèi)部狀態(tài)的感覺第3頁/共30頁2.2.內(nèi)部狀態(tài)的感覺內(nèi)部狀態(tài)的感覺(3)角度傳感器： 回轉(zhuǎn)式編碼器（分為絕對式和增量式）。第4頁/共30頁3.3.

2、外部狀況的感覺外部狀況的感覺（1）物體識別傳感器 典型的是視覺傳感器。如攝像機(jī)。視覺是利用光（機(jī)器人可用紅外線等）的非接觸方式。 觸覺也能識別物體。機(jī)器人可以用觸覺傳感器來實現(xiàn)這種機(jī)能。 第5頁/共30頁（2）物體探測傳感器 視覺傳感器是一種識別物體而且知道其存在的傳感器。 例如光電開關(guān)。 視覺傳感器、光電開關(guān)和超聲波傳感器，即使物體較遠(yuǎn)也能探測其存在。（3）距離傳感器 超聲波做距離傳感器?？捎糜隰~群探測、金屬內(nèi)部探傷等方面。第6頁/共30頁（4）力覺傳感器 力覺傳感器是檢測力和力矩的施加地點大小方向的傳感器。力的檢測主要是用電阻應(yīng)變片 （5）其他傳感器 利用聲波：語音識別傳感器。分析振動聲音

3、探測機(jī)械故障的點傳感器。 熱傳感器：點檢傳感器。 通過分析敲打的聲音測定果品成熟程度的傳感器。 根據(jù)近紅外線的糖度吸收程度測定水果甜度的傳感器第7頁/共30頁8.2 觸覺傳感器觸覺傳感器1.接觸覺傳感器 接觸覺傳感器：探測是否接觸到物體，傳感器接受由于接觸產(chǎn)生的柔量。 微動開關(guān)：按下開關(guān)就能進(jìn)入電信號的簡單機(jī)構(gòu)。 貓胡須傳感器：如圖a,b 機(jī)器人腳下安裝多個貓胡須傳感器，依照接通的傳感器的個數(shù)來檢測機(jī)器人腳在臺階上的具體位置第8頁/共30頁單向微動開關(guān)：當(dāng)在開關(guān)得按鈕上施加力時，開關(guān)按下，可判斷是否接觸物體第9頁/共30頁各手指端裝有微動開關(guān)，各開關(guān)共地，由開關(guān)的閉合判斷各手指接觸物體的情況第

4、10頁/共30頁開關(guān)式觸覺傳感器開關(guān)式觸覺傳感器當(dāng)橡膠層上承受的力大于閾值時，對應(yīng)位置的電極接通，多個電極可形成陣列，檢測物體大致接觸位置。但由于開關(guān)的尺寸較大，影響了這種陣列的分辨率第11頁/共30頁模擬觸覺傳感器 當(dāng)物體與傳感器接觸，橫向力引起的彈簧位移導(dǎo)致轉(zhuǎn)軸成比例地旋轉(zhuǎn)，或用碼盤作數(shù)字測量第12頁/共30頁觸覺陣列觸覺陣列為了獲得比單個觸覺更大區(qū)域地觸覺信息，常采用觸覺陣列電極與柔性導(dǎo)電材料（條形導(dǎo)電橡膠）保持電氣接觸，導(dǎo)電材料地電阻隨壓力而變化，當(dāng)物體壓在其上面時，將引起局部變形，測出連續(xù)的電壓變化，就可測量局部變形。電阻的改變很容易轉(zhuǎn)換成電信號，其幅值正比于施加在材料表面上某一點的

5、力第13頁/共30頁上圖為陣列掃描電路，利用此原理可作成人工皮膚，如右圖所示。上層為導(dǎo)電橡膠，并在基極上裝有集成電路，壓力的變化使各接點間的電阻發(fā)生變化，信號通過集成電路處理之后送出。第14頁/共30頁光電式觸覺傳感器光電式觸覺傳感器折射率n=c/vsin=n1/n2 (n1n2) 從光密媒質(zhì)向光疏媒質(zhì)傳播,入射光大于臨界角時,發(fā)生全內(nèi)反射a)照相機(jī) b)光電二極管陣列 c)光纖第15頁/共30頁2. 滑覺傳感器（滑覺傳感器（1）利用壓力傳感器陣列感知物體的滑動第16頁/共30頁滑覺傳感器（滑覺傳感器（2）金屬球表面分成許多相間排列的導(dǎo)電和絕緣小格，觸針很細(xì)，每次只能觸及一格，當(dāng)工件滑動時，金

6、屬球也隨之轉(zhuǎn)動，在觸針上輸出脈沖信號，脈沖的頻率反映了滑移速度，個數(shù)反映了滑移的距離第17頁/共30頁滑覺傳感器（滑覺傳感器（3）當(dāng)物體移動時帶動接觸球旋轉(zhuǎn),球的轉(zhuǎn)動傳遞給帶有狹縫的轉(zhuǎn)盤,采用光電傳感器檢測轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn),輸出脈沖信號.可在兩個方向上檢測滑移,分辨率1mm第18頁/共30頁敏感剪切力傳感器敏感剪切力傳感器微細(xì)杠桿受外力作用時橡皮元件變形剪切力傳到微細(xì)杠桿，杠桿被推進(jìn)橡皮元件跟光波導(dǎo)形成不同的接觸以接觸點的面積計算受力，以接觸點面積的不平衡性推知剪切力第19頁/共30頁8.3 8.3 接近覺傳感器接近覺傳感器通過檢測氣流噴射時遇到物體時的壓力變化來檢測和物體之間的距離，氣源送出具有一

7、定壓力P的氣流，離物體的距離x越小，氣流噴出的面積就越窄，氣缸內(nèi)的壓力就越大。如果事先求得距離x和氣缸內(nèi)氣體壓力P1的關(guān)系，即可根據(jù)壓力計讀數(shù)P1測定距離x氣壓接近覺傳感器第20頁/共30頁電磁感應(yīng)接近覺傳感器電磁感應(yīng)接近覺傳感器 當(dāng)傳感器接近鐵磁性材料時,引起永久磁鐵磁力線的變化,從而在線圈中產(chǎn)生電流,當(dāng)物體與傳感器相對靜止時,由于磁力線不發(fā)生變化,因而線圈中沒有電流,只有產(chǎn)生相對運動時,才產(chǎn)生輸出. 隨著距離的增大,輸出信號明顯減弱,只能用于很短距離的測量,一般只有零點幾毫米第21頁/共30頁電渦流接近覺傳感器電渦流接近覺傳感器在線圈中通入交變的電流I1,在線圈的周圍產(chǎn)生交變的磁場H1,當(dāng)

8、傳感器與外界物體接近時,導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流I2,形成一個磁場H2,其方向與H1相反,削弱了H1磁場,從而導(dǎo)致傳感器線圈的阻抗發(fā)生變化.傳感器與外界導(dǎo)體的距離變化能夠引起導(dǎo)體中所感應(yīng)電流I2的變化.通過適當(dāng)?shù)臋z測電路,可從線圈中耗散功率的變化得出傳感器與物體之間的距離. 檢測范圍:零到幾十毫米 分辨率:滿量程的0.1%第22頁/共30頁超聲波接近覺傳感器超聲波接近覺傳感器A: 控制發(fā)射門信號B: 輸出信號及回波信號C: 整形后的輸出和回波D: 時間窗口,t1為最小檢測時間,t1+t2為最大檢測時間E: D=1時,回波使E=1,A的 下降沿使E=0F: E的上升沿使F=1, 當(dāng)E=0&A的

9、上升沿,F=0此時只要有物體出現(xiàn)在D 時間所確定的距離范圍內(nèi),F=1二值輸出F第23頁/共30頁超聲波距離傳感器超聲波距離傳感器 工作原理: 測量從發(fā)射換能器發(fā)出的超聲波(20000HZ),經(jīng)目標(biāo)反射后沿原路返回接收換能器所需的時間.由該時間和介質(zhì)中的聲速即可求得目標(biāo)與傳感器的距離. 廣泛應(yīng)用于機(jī)器人的導(dǎo)航和避障 第24頁/共30頁光電式接近覺傳感器光電式接近覺傳感器（1）三角法 光源發(fā)射的光束照射到被測物體表面上被反射，部分反射光成像在位置敏感元件表面上，由三角原理，目標(biāo)距離z等于 z=bh/x距離靈敏度 S=dx/dz=bh/z2靈敏度與距離的平方成反比，限制了傳感器的使用范圍第25頁/共

10、30頁光電式接近覺傳感器光電式接近覺傳感器（2）相位法 光源射出的光束經(jīng)分光鏡分成兩部分，一束（參考光束）經(jīng)過距離L到達(dá)相位測量裝置，另一束經(jīng)過物體反射后，到達(dá)相位測量裝置，在測量點處兩束光產(chǎn)生相位差，由相位差檢測距離d d= L+2d =L+ /(2 ) d=c/(4f) f:光波的頻率 c:光速 ：參考光束與反射光束的相位差光源多采用紅外光，當(dāng)2d , 才有唯一解第26頁/共30頁(3) 光強(qiáng)法 發(fā)光元件發(fā)出的光經(jīng)物體反射后，由接收元件接收。接收元件所產(chǎn)生的輸出信號大小反映了從目標(biāo)物體反射回接收元件的光強(qiáng)。 該信號不僅僅取決于距離，同時也受到被測物體表面光學(xué)特性和表面傾斜等因素光電式接近覺

11、傳感器光電式接近覺傳感器第27頁/共30頁8.4 8.4 腕力傳感器腕力傳感器（1）六自由度腕力傳感器 主體為園筒狀，外側(cè)有8根梁支撐，4根水平梁，4根垂直梁。 水平梁的應(yīng)變片貼于上下兩側(cè)，應(yīng)變量分別為QX+， Qy+， QX- ， Qy- . 垂直梁的應(yīng)變片貼于左右兩側(cè)，應(yīng)變量分別為PX+， Py+， PX- ， Py- .FX=K1(Py+ Py- ) MX=K4(Qy+- Qy- )Fy=K2(Px+ Px- ) MY=K5(-QX+- QX- )Fz= K3(Qy+ Qy-+ QX+ QX- )Mz= K6(Py+- Py- PX+ PX- )Ki為比例系數(shù)，與應(yīng)變片的靈敏度有關(guān)第28頁/共30頁十字腕力傳感器十字腕力傳感器 應(yīng)變片貼于十字梁上,每根梁的上下左右側(cè)面各貼一片應(yīng)變