機(jī)器人的傳感技術(shù)

1、1機(jī)器人傳感技術(shù)機(jī)器人傳感技術(shù)Senses of Robotics5.1 5.1 傳感器的種類傳感器的種類5.2 5.2 觸覺信息的獲取觸覺信息的獲取5.3 5.3 視覺信息的獲取視覺信息的獲取5.4 5.4 距離信息的獲取距離信息的獲取25.1 5.1 傳感器的種類傳感器的種類 1.傳感器的分類 內(nèi)部傳感器：檢測機(jī)器人本身狀態(tài)（手臂間角度等）的傳感器。 外部傳感器：檢測機(jī)器人所處環(huán)境（是什么物體，離物體的距離有多遠(yuǎn)等）及狀況（抓取的物體滑落等）的傳感器。 外部傳感器分為末端執(zhí)行器傳感器和環(huán)境傳感器。 末端執(zhí)行器傳感器：主要裝在作為末端執(zhí)行器的手上，檢測處理精巧作業(yè)的感覺信息。相當(dāng)于觸覺。 環(huán)

2、境傳感器：用于識(shí)別物體和檢測物體與機(jī)器人的距離。相當(dāng)于視覺。 3 5.1 5.1 傳感器的種類傳感器的種類 2.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(jì)。檢測的是以電阻中心為基準(zhǔn)位置的移動(dòng)距離。 E：輸入電壓 L：最大移動(dòng)距離觸頭 X：向左端移動(dòng)的距離 E：電阻右側(cè)的輸出電壓EEeL)2(4 5.1 5.1 傳感器的種類傳感器的種類 2.內(nèi)部狀態(tài)的感覺 （1）位置和角度傳感器 另有光電傳感器。 5 5.1 5.1 傳感器的種類傳感器的種類 2.內(nèi)部狀態(tài)的感覺 (2)角度傳感器： 回轉(zhuǎn)式編碼器。65.1 5.1 傳感器的種類傳感器的種類 3.外部狀況的感覺 （1）物體識(shí)別傳感

3、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(shí)別物體。機(jī)器人可以用觸覺傳感器 來實(shí)現(xiàn)這種機(jī)能。 75.1 5.1 傳感器的種類傳感器的種類 3.外部狀況的感覺 （2）物體探測傳感器 視覺傳感器是一種識(shí)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。85.1 5.1 傳感器的種類傳感器的種類 3.外部狀況的感覺 （3）極近物體探測傳感器 探測非常近的物體存 在的傳感器稱為接近傳感 器。95.1 5.1 傳感器的種類傳感器的種類 3.外部狀況的感覺 （4）距離傳感器 攝像機(jī)做距離傳

4、感器。具體留待5.4節(jié)介紹。 超聲波做距離傳感器。可用于魚群探測、金屬 內(nèi)部探傷等方面。105.1 5.1 傳感器的種類傳感器的種類 3.外部狀況的感覺 （5）力覺傳感器 力覺傳感器是檢測力和力矩的施加地點(diǎn)大小方 向三個(gè)兩的傳感器。 力的檢測主要是用電阻應(yīng)變片（參看5.2節(jié)）。 115.1 5.1 傳感器的種類傳感器的種類 3.外部狀況的感覺 （6）其他傳感器 利用聲波：語音識(shí)別傳感器。分析振動(dòng)聲音探 測機(jī)械故障的點(diǎn)傳感器。 熱傳感器：點(diǎn)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125.2 5.2 觸覺信息的獲取觸覺信息的獲取

5、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(dòng)開關(guān)：按下開關(guān)就能進(jìn)入電信號(hào)的簡單機(jī)構(gòu)。 貓胡須傳感器：如圖a,b135.2 5.2 觸覺信息的獲取觸覺信息的獲取 2.壓覺傳感器 壓覺傳感器：檢測物體同手爪間產(chǎn)生的壓力和力以及其分布情況。 利用壓電元件或彈簧。 如圖是使用彈簧的平 面?zhèn)鞲衅鳌?45.2 5.2 觸覺信息的獲取觸覺信息的獲取 3.滑覺傳感器 滑覺傳感器：檢測垂直加壓力方向的力和位移。 155.2 5.2 觸覺信息的獲取觸覺信息的獲取 4.力覺傳感器 力覺傳感器主要利用電阻 應(yīng)變片。 原理：金屬絲拉伸時(shí)電阻 變大。 165.2 5.2 觸覺信

6、息的獲取觸覺信息的獲取 圖中電壓與電流關(guān)系： 則： 所以： 221121;)(2)2(RIVIRRVRIIRRVRRVVVV421VVRR4175.2 5.2 觸覺信息的獲取觸覺信息的獲取 5 六維力/力矩傳感器185.3 5.3 視覺信息的獲取視覺信息的獲取 1.PSD（position sensitive device）傳感器 PSD傳感器：當(dāng)光束照射到1維的線和2維的平面時(shí)，檢測光照射的位置。L ：電極1與電極2的距離。I1：流過電極1的電流。I2：流過電極2的電流。X：光照射點(diǎn)與電極1的距離。 211IILx195.3 5.3 視覺信息的獲取視覺信息的獲取 2.視覺傳感器 機(jī)器人通過攝

7、像機(jī)以圖像的形式獲得環(huán)境的信息。 （1）CCD(charge coupled device)傳感器。 CCD陣列，二維掃描，對(duì)表示灰度的電壓采樣， 二值數(shù)字化處理。每一定時(shí)間間隔掃描一遍。 205.3 5.3 視覺信息的獲取視覺信息的獲取 2.視覺傳感器 （2）圖像的投影。O ：原點(diǎn)，透鏡中心。Z軸：光軸，攝像機(jī)的前方。xy軸：組成圖像面。P點(diǎn)：物體上一點(diǎn)。p點(diǎn)：P在圖像面上的投影。 ZfYyZfXx,215.3 5.3 視覺信息的獲取視覺信息的獲取 3.形狀傳感器 （1）利用CCD攝像機(jī)拍攝穿透光。熱噪聲的干擾。 透明物體不能準(zhǔn)確識(shí)別。 （2）若形狀有特征，可用輪廓識(shí)別物體。 例：由手印鑒別

8、每個(gè)人。 由形狀識(shí)別機(jī)械零件。 225.3 5.3 視覺信息的獲取視覺信息的獲取 4.光切斷傳感器 將通過狹縫照射的面狀光投射到物體上，再檢測反射光。 :狹縫光源的俯角。2d :投射在物體上的兩直線光 源間的距離。LWH:分別是物體的長寬高。tandH 235.3 5.3 視覺信息的獲取視覺信息的獲取：物體與傳送帶所成的角度。 W：物體上照射線的長度。 l：物體在傳送帶上所占的長度。 coswW sincosWLl245.3 5.3 視覺信息的獲取視覺信息的獲取 5.全方位視覺傳感器 （1）使攝像機(jī)回轉(zhuǎn)的方式。 （2）帶有特殊反射鏡的攝像機(jī)。（如圖）255.3 5.3 視覺信息的獲取視覺信息的

9、獲取 5.全方位視覺傳感器 鏡面方程表達(dá)式：P ：空間內(nèi)一點(diǎn)。p ：P在攝像機(jī)上所成的像。OM：反射鏡的一個(gè)焦點(diǎn)。OC：反射鏡的另一個(gè)焦點(diǎn)。O ：坐標(biāo)原點(diǎn)。f ：攝像機(jī)透鏡的焦距。 : 直線OM P的仰角。 ：反射鏡面反射光的仰角。 1)(22222bZaYX265.3 5.3 視覺信息的獲取視覺信息的獲取 5.全方位視覺傳感器：點(diǎn)p也是點(diǎn)P的方位角 cos)(2sin)(tantantantan2222122122cbbccbyxfcYXZxyXY275.4 5.4 距離信息的獲取距離信息的獲取 1.雙目視覺 由于視差得到距離感覺。O1 ：攝像機(jī)1的透鏡中心。O2 ：攝像機(jī)1的透鏡中心。P ：空間一點(diǎn)。p1 ：P在攝像機(jī)1上的圖像。p2 ：P在攝像機(jī)1上的圖像。285.4 5.4 距離信息的獲取距離信息的獲取 2.投光法 投光法：采用主動(dòng)光照射對(duì)象物體，用攝像機(jī)把照射點(diǎn)捕捉到圖像上，再用三角測量算出距離。 例：測距計(jì)：一種把雙目視覺一側(cè)的攝像機(jī)置換成投光機(jī)的裝置。一般以激光為光源。295.4 5.4 距離信息的獲取距離