機(jī)器人傳感器課件

1、機(jī)器人傳感器7/27/2022目錄概述觸覺(jué)傳感器接近覺(jué)傳感器視覺(jué)傳感器聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)及其他傳感器小結(jié)7/27/2022概 述機(jī)器人與傳感器機(jī)器人傳感器分類(lèi)7/27/2022機(jī)器人與傳感器機(jī)器人及機(jī)器人傳感器的定義機(jī)器人的發(fā)展歷史7/27/2022機(jī)器人及機(jī)器人傳感器的定義機(jī)器人：可以被定義為計(jì)算機(jī)控制的能模擬人的感覺(jué)、手工操縱的和具有有自動(dòng)行走能力的而又足以完成有效工作的裝置。機(jī)器人傳感器：可以被定義為一種能把機(jī)器人目標(biāo)物特性(或參量)變換為電量輸出的過(guò)程。機(jī)器人通過(guò)傳感器實(shí)現(xiàn)類(lèi)似于人類(lèi)的知覺(jué)作用。7/27/2022機(jī)器人的發(fā)展歷史第一代機(jī)器人（機(jī)械手），特點(diǎn)：它雖配有電子存儲(chǔ)裝置，能記憶重

2、復(fù)動(dòng)作，然而因未采用傳感器，所以沒(méi)有適應(yīng)外界環(huán)境變化的能力。第二代機(jī)器人，特點(diǎn)：已初步具有感覺(jué)相反饋控制的能力，能進(jìn)行識(shí)別、選取相判斷這是由于采用了傳感器，使機(jī)器人具有了初步的智能。因而傳感器的采用與否已成為衡量第代機(jī)器人的重要特征。第三代機(jī)器人為高一級(jí)的智能機(jī)器人，“電腦化”是這代機(jī)器人的重要標(biāo)志。7/27/2022機(jī)器人傳感器的分類(lèi)機(jī)器人傳感器可分為內(nèi)部檢測(cè)傳感器及外界檢測(cè)傳感器兩大類(lèi)。內(nèi)部檢測(cè)傳感器是以機(jī)器人本身的坐標(biāo)軸來(lái)確定其位置，是安裝在機(jī)器人自身中用來(lái)感知它自己的狀態(tài)，以調(diào)整并控制機(jī)器人的行動(dòng)。它通常由位置、加速度、速度及壓力傳感器組成。 外界檢測(cè)傳感器用于機(jī)器人對(duì)周?chē)h(huán)境、日標(biāo)構(gòu)

3、的狀態(tài)持征獲取信息使機(jī)器人-環(huán)境能發(fā)生交互作用，從而使機(jī)器人對(duì)環(huán)境有自校正和自適應(yīng)能力。外界檢測(cè)傳感器通常包括觸覺(jué)、接近覺(jué)、視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)等傳感器。7/27/20227/27/2022觸覺(jué)傳感器人的觸覺(jué)是人類(lèi)感覺(jué)的一種。它通常包括熱覺(jué)、冷覺(jué)、痛覺(jué)、觸壓覺(jué)和力覺(jué)等。機(jī)器人觸覺(jué)實(shí)際是人的觸覺(jué)的某些模仿。它是有關(guān)機(jī)器人和對(duì)象物之間直接接觸的感覺(jué)。包含的內(nèi)容較多。通常指以下幾種：觸覺(jué)。手指與被測(cè)物是否接觸接觸圖形的檢測(cè)。壓覺(jué)。垂直于機(jī)器人和對(duì)象物接觸面上的力感覺(jué)。力覺(jué)。機(jī)器人動(dòng)作時(shí)各自由度的力感覺(jué)。滑覺(jué)。物體向著垂直于手指把桅面的方向滑動(dòng)或變形。若沒(méi)有觸覺(jué)，就不能完好平穩(wěn)地抓住紙做的杯子，也不

4、能握住工具;7/27/2022機(jī)器人觸覺(jué)的功能主要有兩方面：1檢測(cè)功能對(duì)操作物進(jìn)行物理性質(zhì)檢測(cè)如光滑性、硬度等。其目的是：感知危險(xiǎn)狀態(tài)實(shí)施自身保護(hù)，靈活地控刷手爪及關(guān)節(jié)以操作對(duì)象物； 使操作具有適應(yīng)性和順從性。2識(shí)別功能識(shí)別對(duì)象物的形狀(如識(shí)別接觸到的表面形狀)。7/27/2022觸覺(jué)7/27/2022舉例：觸覺(jué)傳感器(a)結(jié)構(gòu)：平板上安裝著多點(diǎn)通、斷傳感器附著板的裝置原理：平常為通態(tài)，當(dāng)與物體接觸時(shí)，彈簧收縮，上、下板間電流斷開(kāi)。它的功能相當(dāng)于一開(kāi)關(guān)，即輸出0和1兩種信號(hào)?？捎糜诳刂茩C(jī)械手的運(yùn)動(dòng)方向和范圍、躲避障礙物等。1.導(dǎo)電橡膠；2.金屬； 12.襯底； 13.引線7/27/2022人工

5、皮膚觸覺(jué)傳感器的研究重點(diǎn)選擇更為合適的敏感材料，現(xiàn)有的材料主要有導(dǎo)電橡膠、壓電材料、光纖等；將集成電路工藝應(yīng)用到傳感器的設(shè)計(jì)和制造中，使傳感器和處理電路一體化，得到大規(guī)?；虺笠?guī)模陣列式觸覺(jué)傳感器。PVF2陣列式觸覺(jué)傳感器7/27/2022觸覺(jué)傳感器的工作重點(diǎn)觸覺(jué)傳感器的工作重點(diǎn)集中在陣列式觸覺(jué)傳感器信號(hào)的處理上，目的是辨識(shí)接觸物體的形狀。這種信號(hào)的處理涉及到信號(hào)處理、圖像處理、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人工智能、模式識(shí)別等學(xué)科，是一門(mén)比較復(fù)雜、比較困難的技術(shù)，還很不成熟，有等于進(jìn)一步研究和發(fā)展。7/27/2022壓覺(jué)壓覺(jué)的概念壓覺(jué)傳感器原理7/27/2022壓覺(jué)的概念壓覺(jué)指的是對(duì)于手指給予被測(cè)物的力，或

6、者加在手指上的外力的感覺(jué)。它用于握力控制與手的支撐力的檢測(cè)。目前的壓覺(jué)傳感器主要是分布式壓覺(jué)傳感器，即通過(guò)把分散敏感元件排列成矩陣式格子來(lái)設(shè)計(jì)的。導(dǎo)電橡膠、感應(yīng)高分子、應(yīng)變計(jì)、光電器件和霍爾元件常被用敏感元件陣列單元。7/27/2022壓覺(jué)傳感器原理這種傳感器是對(duì)小型線性調(diào)整器的改進(jìn)。在調(diào)整器的軸上安裝了線性彈簧。一個(gè)傳感器有l(wèi)0mm的有效行程。在此范圍內(nèi)，將力的變化轉(zhuǎn)換為遵從虎克定律的長(zhǎng)度位移，以便進(jìn)行儉測(cè)。在一側(cè)手指上，每個(gè)6mm8mm的面積分布一個(gè)傳感器來(lái)計(jì)算，共排列了28個(gè)(四行七排)傳感器。左右兩側(cè)總共有56個(gè)傳感器輸出。用四路A/D轉(zhuǎn)換器，高速多路調(diào)制器對(duì)這些輸出進(jìn)行轉(zhuǎn)換后進(jìn)入計(jì)算

7、機(jī)。a為手指抓住物體的狀態(tài)；b為手指從a狀態(tài)稍微握緊的狀態(tài)。7/27/2022力覺(jué)力覺(jué)傳感器的作用關(guān)節(jié)力傳感器腕力傳感器基座力傳感器7/27/2022力覺(jué)傳感器的作用感知是否夾起了工件或是否夾持在正確部位；控制裝配、打磨、研磨拋光的質(zhì)量；裝配中提供信息、以產(chǎn)生后續(xù)的修正補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)來(lái)保證裝配質(zhì)量和速度防止碰撞、卡死和損壞機(jī)件。7/27/2022關(guān)節(jié)力傳感器7/27/2022腕力傳感器7/27/2022基座力傳感器7/27/2022用簧片固定在手指主體上作為檢測(cè)體的滾軸。滾軸內(nèi)有30條狹縫的圓扳與光學(xué)傳感路。有滾動(dòng)發(fā)生時(shí)，狹縫圓片切斷光路，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于滑動(dòng)位移的電壓(脈沖信號(hào))。滑覺(jué)7/27/2022

8、球形滑覺(jué)傳感器傳感器如同棋盤(pán)一樣，相間地用絕緣材料蓋住小導(dǎo)電球。無(wú)論滑動(dòng)方向如何，只要球轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器就會(huì)產(chǎn)生脈沖輸出。7/27/2022接近覺(jué)傳感器接近覺(jué)傳感器：是指機(jī)器入能感知幾毫米至幾十厘米內(nèi)對(duì)象物或障礙物的距離、對(duì)象物的表面性質(zhì)等的傳感器。其目的是在接觸對(duì)象前得到必要的信息，以便后續(xù)動(dòng)作。這種感覺(jué)是非接觸。實(shí)質(zhì)上可以認(rèn)為是介于觸覺(jué)與視覺(jué)之間的感覺(jué)。接近覺(jué)傳感器有電磁式、光電式、電容式、氣動(dòng)式、超聲波式、紅外式等類(lèi)型。7/27/2022電磁式高頻傳號(hào)is施加于鄰近金屬一側(cè)的電感線L上；L產(chǎn)生的高頻電磁場(chǎng)作用于金屬板的表面。由于趨膚效應(yīng)，高頻電磁場(chǎng)不能透過(guò)具有一定厚度的金屬板，而僅作用于表面薄

9、層內(nèi)。而金屬板表面感應(yīng)的渦流嚴(yán)生的電磁場(chǎng)又反作用于線圈L上，改變了電感的大小磁場(chǎng)強(qiáng)度的變比也可用另組檢測(cè)線圈來(lái)檢測(cè))。從而感知傳感器與被接近物體的距離大小。7/27/2022電容式傳感器本體由兩個(gè)極板1，2構(gòu)成。極板1由固定頻率的正弦波電壓激勵(lì)，2接電荷放大器。0為被接近物。在傳感器兩極板與被接近物三者間形成一交變電場(chǎng)。當(dāng)0接近1，2時(shí)，1，2之間的電場(chǎng)受到了影響，也可以認(rèn)為0阻斷了1、2間連續(xù)電力線。電場(chǎng)的變化引起1、2間電容C12的變化。由于電壓幅值恒定，所以電容的變化又反映為極板2上電荷的變化7/27/2022視覺(jué)傳感器三維實(shí)物(立體)三維圖像(平面)景像描述傳感器圖像處理7/27/2022聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)及其他傳感器聽(tīng)覺(jué):具有接近人耳的功能還相差很遠(yuǎn)；嗅覺(jué)：主要檢測(cè)空氣中的化