機(jī)器人測(cè)距傳感器原理與應(yīng)用綜述

1、 其中 為 傳感 器 到 被 測(cè) 物 體 的 距 離 為取決于 被測(cè) 物體表 面特性 的參 限制 。 和 尸 在 , , 。 機(jī) 器 人臂上 安裝 了許多光 數(shù) , 可通 過 實(shí)驗(yàn)確 定 , 。 強(qiáng) 法 測(cè) 距 傳 感 器 借 助 于 傳 感 器 信 息 進(jìn) 行運(yùn) 動(dòng) 規(guī) 劃 完 成 了 繞 過 形 障礙物 的 實(shí) 驗(yàn) 值 得 一 提 的是 發(fā) 光 元 件 和 接 收 元 件 可 以 采 用 光 纖來傳播 光 強(qiáng) 信 號(hào) 。 ” 。 巨 將 單 獨(dú) 驅(qū) 動(dòng) 的三 手 指 手 爪 , , 如圖 所示 , 。 指尖 上 安 裝 了 多 個(gè) 利 用光 纖構(gòu) 成 的光 強(qiáng) 法 測(cè)距 傳感 器 構(gòu) 成

2、了 一 個(gè) 自動(dòng) 抓 握 系 統(tǒng) 利 , 這 樣 的 傳 感 器 可 以 安 裝 在狹 窄 的 地 方 如 指 尖 部位 實(shí)現(xiàn) , 用 傳感 器 信 息能夠 感覺 手 指 與 被 抓 物體 的 , 由 于 光 強(qiáng) 法 測(cè) 距 傳感 器 結(jié) 構(gòu) 簡單 易 于 因 而 在 機(jī) 器 人 中應(yīng) 用較 多 但 它 受 被 , , 接 近 情 況 從 而 調(diào) 整 手 指 移動(dòng) 完 成 抓 取 雞 , , 蛋 等 物 體 的操 作 。 測(cè)物 體表 面 特性 的 影 響 較 大 應(yīng) 用 場(chǎng) 合受 到 相位法 圖 相 移 法檢側(cè) 距 離 圖 表 面 傾 針 角度 的 瀏 全 布 令 相移檢測(cè) 卜 一 一 一 入

3、一 一 一 月 曰 卜 圖 利 用 渡 越 時(shí) 間 引起 的 相 移 來 瀏 圣 距 離 一 這類 傳感器 通 過 檢測(cè) 發(fā)光 元 件發(fā) 出 的 調(diào) 制 光 信 號(hào) 與接 收 元 件 接 收 到 的 光 信 號(hào) 之 間 的 相 移來 獲 取 距 離 信 號(hào) 根 據(jù) 引起 相 位變 。 制 光 波 長 及 相 移如 圖 圖 中距 離 一 、 所示 。 可 由下 式 求 出 化 的方 式 不 同 , 又 可 以 區(qū)分 為 以下 兩 種 立 兀 , 入一 二 雙 , 于 由幾 何 尺 寸 和 調(diào) 制 光 源 而 引起 的相 移 。 式中 為相 移 。 為光 速 入和 為調(diào) 制 光 的波長和頻率 如圖

4、 所示 兩 個(gè)發(fā) 光 元 件分別用 如 下 , 光 學(xué) 三 角法 光 學(xué) 三 角 法 的測(cè) 量 原 理 如 圖 信號(hào) 來 驅(qū) 動(dòng) 一 一 所示 發(fā) 。 田 田 光 元 件 所 發(fā) 出 的光 束 照 射 在 被 測(cè) 物 體 表 面 上 并 被反 射 部 分反 射 光 成 像 在 位 置 敏 感 元 , 這時(shí) 點(diǎn) 的光 強(qiáng) 為 件 。 、 或 光 電 晶 體管 陣 列 表 面 上 , 。 , 一 其中 , 十 子 蒼 ” 。 , 通 過 檢 測(cè) 光 點(diǎn) 在 敏 感 表 面 上 的位 置 由幾 何 關(guān) 系 即 可 計(jì) 算 出 被 測(cè) 物體 的距 離 , , , 采 用 光 學(xué) 三 角法 檢 測(cè) 距

5、離 物 體 表 面 因 是 與 被 測(cè) 物 體 表面 有 關(guān) 的 系數(shù) 素 如 表 面 的 反 射 特 性 表 面 傾 斜 等 因 素對(duì) 測(cè) 量 結(jié) 果 影 響 較 小 同 時(shí) 它 對(duì) 接 收 到 的光 強(qiáng) , 在 下 述 三 個(gè) 假設(shè) 條 件 下 被測(cè)物體表面 為完全漫發(fā)射 光 源 所發(fā) 射 光 強(qiáng) 不 隨 角 度 而 改變 大 小 不 敏 感 光 學(xué) 三 角法 測(cè) 距 傳 感 器 隨 著 測(cè) 量 距 離 的 增 加 分辨 率 變 差 這 也 是 三 角法 , , 。 。 接 收 管 只接 收 很 窄 的 細(xì) 光 束 由 一 的 固有缺 點(diǎn) 。 式 可得 德國 田 一 空 間機(jī) 器 人手爪

6、上 安裝 , , 不石 丁丁 歹下一 萬 歹萬 一 氣 卜乙 少 了 兩 種 采 用三 角法 研 制 的 測(cè) 距 傳感 器 一 種 一 , 是 長 距 離測(cè) 距傳感 器 , 其測(cè)量范 圍為 , 一 十 一 石 氣 丁一 萬二 于萬萬 于石 “ 一 田 十乙 “ 少 “ 另 一 種是 安 裝 在 指 尖 的 短 距 離 測(cè) 距 叭 甲 傳 感 器 測(cè) 量 范 圍 為 。一 為 。 它 們 的分 辨 率 其中 廠 甲 , 一 從近到遠(yuǎn) 仁 州 。 我 國 空 間機(jī) 器 門 晉 又 , , 人 多 傳感 器 智 能 手 爪 上 也 采 用 這 種 原 理 研 一 、 萬 了、 、 不萬 一下一 不而

7、 乙 一 在 、 已知 的條件下 , 測(cè)量 甲 即 可求 出 距 離 表 面 的傾 斜 角 度 , 。 利 用 兩組 發(fā) 光 元 件 可 以 測(cè) 量被測(cè) 物 體 , , 如圖 , 所示 。 由渡 越 時(shí) 間 而 引 起 的相 移 光 速 太快 了 , 接 收透 鏡 發(fā) 射透 鏡 與超 聲 波 相 比 將 傳過 , 光速 。 的距離 因此根本無法 用直 三 接 測(cè) 量 渡 越 時(shí) 間 的方 法 而 求 出 較 短 的距 離 , 或 位 置敏感元 件 一 種 比較 可 行 的辦 法 是 將 光 源 進(jìn) 行 調(diào) 制 通 過 測(cè) 量 接 收 到 的 光 束 同發(fā) 射 光 束 的 相 移 來 獲 取 距

8、 離 信息 一 。 其原 理 如 圖 所示 , 調(diào) 圖 光 學(xué)三 角法 測(cè) 童 距 離 一 表 各 類 測(cè) 距 傳 感 器 的 比較 適 用 環(huán) 境 接 觸式 微 動(dòng) 開 關(guān) 感 應(yīng) 式 電渦流 次 電容 式 超 聲式 實(shí) 際測(cè)量 外形 距離 信息 精 度 響 應(yīng) 受 被測(cè) 物 受 被 測(cè) 物 機(jī) 械 受 外 界 使 用 數(shù)據(jù) 處 時(shí) 間 體影 響 體 幾 何 尺 強(qiáng) 度 噪 音及 難 易 理 代價(jià) 范圍 尺寸 寸及 位置 影響 幾厘 米 幾厘米 干擾 影 程 度 口 水下 核環(huán)境 空 間 向 不定 刁 、 不 測(cè)量 測(cè)量 短 無 無 一般 無 低 低 能 能 能 能 能 中等 等 好 很短

9、有 有 非常 無 很容 易 能 好 幾毫 米 幾厘米 幾米 中等 不 測(cè) 量 等 中等 測(cè)量 一般 很短 長 有 無 有 有 好 一般 無 不定 低 能 能 能 能 能 能 有 風(fēng) 氣 溫等 、 中等 低 光強(qiáng) 法 光學(xué) 相位法 光學(xué)三 角法 幾毫米 很小 測(cè)量 測(cè)量 量 測(cè)量 量 好 一 很短 有 有 有 稍有 中等 等 稍有 容 易 低 一 中困難 困難 很 低 困難 能 能 能 能 能 能 厘米 幾毫米一 、 般 很短 稍有 稍有 中等 中等 稍有 米 幾 毫米 一 中等 幾 十厘 米 中等 很 短 稍有 中等 很 低 困 難 氣壓 式 微波 無線 電 幾毫 米 幾厘 米 小 大 不測(cè)

10、量 測(cè)量 中等 不定 不定 無 有 有 自八 月又 無 易 低 不能 不能 不能 能 能 有 中 等 有些 影 很 難 很 低 不 能 幾公 里 響 制 了 激 光 測(cè) 距 傳感 器 系 統(tǒng) 。 另外 準(zhǔn)備或 正 , 一 定 的氣流 壓力 所 以 這 種 測(cè)距 傳 感 器 對(duì) 機(jī) , 在 研 制 空 間機(jī) 器 人 的 其 它 各 國 都 擬 采 用 光 器 人來說 , 一般 不太 實(shí) 用 。 學(xué)三 角法 研 制 測(cè) 距 傳感 器 氣 壓 式 測(cè) 距 傳感 器 。 微 波 和 無 線 電波 測(cè) 距 傳 感 器 這 類 傳 感 器 的基 本 原 理 是 通 過 天 線 向 外 發(fā) 射 電磁 波 信

11、 號(hào) 測(cè) 量 被 目標(biāo) 物 體 反 射 回 , , 這 種 傳感 器 的 測(cè) 量 原 理 是 使 壓 縮 空 氣 通 過 一 個(gè) 固 定 的 小孔 向外 噴 發(fā) 當(dāng) 外 界 物 體 來 的 信 號(hào) 與 發(fā) 射 信號(hào) 的 時(shí) 間 間 隔 通 常 這 , 。 靠 近 時(shí) 由 于 氣 流 受 阻 內(nèi)部 壓 力 將 發(fā) 生 變 , , 種 傳感 器 只 適 合于 測(cè) 量 較 大 距 離 一 般 用 在 , 化 距 離 越近 其 壓 力 越 大 通 過 檢 測(cè) 壓 力 即 , , , 室 外移動(dòng)機(jī) 器 人 , 做 避 障和 導(dǎo) 航 用 。 。 另外 , 可 獲得 距 離信 息 氣 壓 式 傳 感 器 不

12、適 合 于 較 。 還 有 用 測(cè) 量 反 射 回 來 的信 號(hào) 強(qiáng) 度 來代 替 測(cè) 量 渡 越 時(shí) 間 的 測(cè) 距 傳感 器 上 述 對(duì) 各種原理 測(cè) 距 傳感 器 及 其應(yīng) 用 小 物 體 的測(cè) 量 同時(shí) 由于 它 所 依據(jù) 的氣 流 效 , 應(yīng) 只 在極 小 的尺 寸 范 圍 內(nèi) 存 在 因 此 量 程 , 小 響應(yīng) 時(shí) 間也較 長 一 般 約 為 , 秒 , 情況 做 了介紹 表 點(diǎn) 。 。 總 結(jié) 了 各 類傳感 器 的特 還 需 要 凈化氣 源 , 另外 被 測(cè) 物體還 需 承 受 , 參 石 仁 庚辰 等 , 考 文 獻(xiàn) ” , “ 機(jī) 器 人 接近 覺 距 離 覺 傳 感 器

13、 的研 究 現(xiàn) 狀 與建議 機(jī) 器 人 接 近 距 離 覺 傳 感 器 的發(fā) 展 方 向綜 述 一 , ” , 、 傳感 器 技 術(shù) , , 一 幻 朱 尚明等 文 年報(bào) , , , “ 智 能 機(jī) 器 人 非 視 覺 傳感 器 實(shí) 驗(yàn) 室 學(xué) 術(shù) 論 一 一 禮賓 倪 , “ 氣 介 超 聲 距 離 傳 感 器 現(xiàn) 狀 及 發(fā) 展 方 向分 析 “ 一 ” ” , “ 智 能 機(jī) 器 人 非 視 覺 傳 感 器 實(shí)驗(yàn) 室 學(xué) 術(shù) 論 文 年報(bào) ” , , 張 福學(xué) , “ 傳 感 器 應(yīng) 用 及 其 電路 精 選 , ” , 電 子 工 業(yè) 出 版社 。 , 一 ” , 衣 , 一 戒 , “ 一 , ” , 乙 , ” 一 ”, ” , , “ , , 一 , 一 。 , , , , , 一 , 一 , , ” , , , 。 ” , , , 一 , , , , ” , , “ “ , , , , ” , , , , 盛 , , ,“ , 一 ” ” , , , 一 , ,