機(jī)器人傳感器(1)

1、南京大學(xué)金陵學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室第第二二章章 機(jī)器人傳感器機(jī)器人傳感器多多傳感器傳感器信息融合技術(shù)信息融合技術(shù)傳感器的性能指標(biāo)傳感器的性能指標(biāo)外傳感器外傳感器內(nèi)傳感器內(nèi)傳感器機(jī)器人傳感器概述機(jī)器人傳感器概述小結(jié)小結(jié)南京大學(xué)金陵學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室一、機(jī)器人傳感器概述一、機(jī)器人傳感器概述 1、傳感器的定義和組成、傳感器的定義和組成 (1)機(jī)器人傳感器可狹義的定義為：“將外界的輸入信號(hào)變換為電信號(hào)的一類元件?！比缦聢D所示： 傳感器來自外界的信號(hào)來自外界的信號(hào)電信號(hào)電信號(hào)南京大學(xué)金陵學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室 （2）傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換部分敏感元

2、件、轉(zhuǎn)換部分組成：敏感元件（敏感元件（Sensitive element）：直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的某一物理量的元件。轉(zhuǎn)換部件（轉(zhuǎn)換部件（Transducer）：）：以敏感元件的輸出為輸入，把輸入轉(zhuǎn)換成電路參數(shù)。一、機(jī)器人傳感器概述一、機(jī)器人傳感器概述 1、傳感器的定義和組成、傳感器的定義和組成位置地圖位置地圖南京大學(xué)金陵學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室一、機(jī)器人傳感器概述一、機(jī)器人傳感器概述 2、機(jī)器人傳感器原理與策略(1) 變換通過硬件把相關(guān)目標(biāo)特性轉(zhuǎn)換為信號(hào)。(2) 處理把所獲信號(hào)變換為規(guī)劃及執(zhí)行某個(gè)機(jī)器人功能所需要的信息,包括預(yù)處理和解釋兩個(gè)步驟。南京大學(xué)金陵學(xué)

3、院信息科學(xué)與工程學(xué)院智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室一、機(jī)器人傳感器概述一、機(jī)器人傳感器概述 機(jī)器人感覺順序與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2、機(jī)器人傳感器原理與策略南京大學(xué)金陵學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室（1）傳感器的分類）傳感器的分類 機(jī)器人傳感器有多種分類方法，常見的有機(jī)器人傳感器有多種分類方法，常見的有：一、機(jī)器人傳感器概述一、機(jī)器人傳感器概述 3、傳感器的分類、傳感器的分類u接觸式傳感器或非接觸式傳感器接觸式傳感器或非接觸式傳感器u內(nèi)傳感器或外傳感器內(nèi)傳感器或外傳感器u無源傳感器或有源傳感器無源傳感器或有源傳感器u無擾動(dòng)傳感器或擾動(dòng)傳感器無擾動(dòng)傳感器或擾動(dòng)傳感器南京大學(xué)金陵學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室

4、一、機(jī)器人傳感器概述一、機(jī)器人傳感器概述 3、傳感器的分類、傳感器的分類p 機(jī)器人依賴傳感器感知自身的狀態(tài)和外部環(huán)境機(jī)器人依賴傳感器感知自身的狀態(tài)和外部環(huán)境 機(jī)器人的內(nèi)部傳感器用來感知各部分相對(duì)于自己的坐標(biāo)機(jī)器人的內(nèi)部傳感器用來感知各部分相對(duì)于自己的坐標(biāo)系的狀態(tài)系的狀態(tài)-位移、位置、速度、加速度、力和應(yīng)力等等位移、位置、速度、加速度、力和應(yīng)力等等 機(jī)器人的外部傳感器用來感知外部環(huán)境和對(duì)象的狀況機(jī)器人的外部傳感器用來感知外部環(huán)境和對(duì)象的狀況-機(jī)器人自身在外部坐標(biāo)系的位移位置等運(yùn)動(dòng)參數(shù)機(jī)器人自身在外部坐標(biāo)系的位移位置等運(yùn)動(dòng)參數(shù), 對(duì)象對(duì)象的形狀位置障礙情況的形狀位置障礙情況p 接觸式傳感器或非接觸

5、式傳感器：接觸式傳感器或非接觸式傳感器：非接觸式傳感器以某非接觸式傳感器以某種電磁射線（可見光、種電磁射線（可見光、X射線、紅外線、雷達(dá)波、聲射線、紅外線、雷達(dá)波、聲波、超聲波和電磁射線等）的形式來測(cè)量目標(biāo)的響應(yīng)。波、超聲波和電磁射線等）的形式來測(cè)量目標(biāo)的響應(yīng)。接觸式傳感器則以某種實(shí)際接觸（如觸碰、力或力矩、接觸式傳感器則以某種實(shí)際接觸（如觸碰、力或力矩、壓力、位置、溫度、磁量、電量等）形式來測(cè)量目標(biāo)的壓力、位置、溫度、磁量、電量等）形式來測(cè)量目標(biāo)的響應(yīng)。響應(yīng)。南京大學(xué)金陵學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室一、機(jī)器人傳感器概述一、機(jī)器人傳感器概述 3、傳感器的分類、傳感器的分類 除此之外，

6、目前還有兩種常用的分類： 以被測(cè)量來分以被測(cè)量來分 以傳感器的原理來分以傳感器的原理來分南京大學(xué)金陵學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室 按被測(cè)量來分類按被測(cè)量來分類一、機(jī)器人傳感器概述一、機(jī)器人傳感器概述 南京大學(xué)金陵學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室 按被測(cè)量來分類按被測(cè)量來分類一、機(jī)器人傳感器概述一、機(jī)器人傳感器概述 南京大學(xué)金陵學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室 電阻式，光電式（紅外式、光導(dǎo)纖維式），電感式，諧振式，電容式，霍爾式（磁式），阻抗式（電渦流式），超聲式，磁電式，同位素式，熱電式，電化學(xué)式，壓電式，微波式 按傳感器的原理來分類按傳感器的原理來分類一、機(jī)器人傳感器概

7、述一、機(jī)器人傳感器概述 南京大學(xué)金陵學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室一、機(jī)器人傳感器概述一、機(jī)器人傳感器概述 獲取各種傳感器信號(hào)的傳感器類型南京大學(xué)金陵學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室足夠的量程傳感器的工作范圍或量程足夠大；具有一定的過載能力。靈敏度高，精度適當(dāng)即要求其輸出信號(hào)與被測(cè)信號(hào)成確定的關(guān)系（通常為線性），且比值要大；傳感器的靜態(tài)響應(yīng)與動(dòng)態(tài)響應(yīng)的準(zhǔn)確度能滿足要求。一、機(jī)器人傳感器概述一、機(jī)器人傳感器概述 4、傳感器的要求、傳感器的要求南京大學(xué)金陵學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室響應(yīng)速度快，工作穩(wěn)定，可靠性好。使用性和適應(yīng)性強(qiáng)體積小，重量輕，動(dòng)作能量小，對(duì)被測(cè)對(duì)象的狀態(tài)

8、影響?。粌?nèi)部噪聲小而又不易受外界干擾的影響；其輸出力求采用通用或標(biāo)準(zhǔn)形式，以便與系統(tǒng)對(duì)接。使用經(jīng)濟(jì)成本低，壽命長(zhǎng)，且便于使用、維修和校準(zhǔn)。一、機(jī)器人傳感器概述一、機(jī)器人傳感器概述 南京大學(xué)金陵學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室二、機(jī)器人內(nèi)傳感器二、機(jī)器人內(nèi)傳感器 機(jī)器人內(nèi)傳感器以其自己的坐標(biāo)系統(tǒng)確定其位置，是安裝在機(jī)器人自身中用來感知它自己的狀態(tài)，以調(diào)整并控制機(jī)器人的行動(dòng)。 機(jī)器人內(nèi)傳感器包括位移（位置）傳感器、姿態(tài)傳感器、速度和加速度傳感器、力傳感器以及應(yīng)力傳感器等。南京大學(xué)金陵學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室19二、機(jī)器人內(nèi)部傳感器二、機(jī)器人內(nèi)部傳感器1、機(jī)器人的位移傳感器 位移

9、感覺是機(jī)器人最基本的感覺要求，它可以通位移感覺是機(jī)器人最基本的感覺要求，它可以通過多種傳感器來實(shí)現(xiàn)，常用的機(jī)器人位移傳感器有過多種傳感器來實(shí)現(xiàn)，常用的機(jī)器人位移傳感器有:南京大學(xué)金陵學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室 位移傳感器要檢測(cè)的位移可為直線移動(dòng)，位移傳感器要檢測(cè)的位移可為直線移動(dòng)，也可為角轉(zhuǎn)動(dòng)。也可為角轉(zhuǎn)動(dòng)。 典型的位移傳感器是電位計(jì)（電位差計(jì)或典型的位移傳感器是電位計(jì)（電位差計(jì)或分壓計(jì)），它由一個(gè)線繞電阻（或薄膜電阻）和分壓計(jì)），它由一個(gè)線繞電阻（或薄膜電阻）和一個(gè)滑動(dòng)觸點(diǎn)組成。一個(gè)滑動(dòng)觸點(diǎn)組成。二、機(jī)器人內(nèi)部傳感器二、機(jī)器人內(nèi)部傳感器直線移動(dòng)傳感器 其中滑動(dòng)觸點(diǎn)通過機(jī)械裝置受被

10、檢測(cè)量的控制。其中滑動(dòng)觸點(diǎn)通過機(jī)械裝置受被檢測(cè)量的控制。當(dāng)被檢測(cè)的位置量發(fā)生變化時(shí)，滑動(dòng)觸點(diǎn)也發(fā)生位移，當(dāng)被檢測(cè)的位置量發(fā)生變化時(shí)，滑動(dòng)觸點(diǎn)也發(fā)生位移，改變了滑動(dòng)觸點(diǎn)與電位器各端之間的電阻值和輸出電壓改變了滑動(dòng)觸點(diǎn)與電位器各端之間的電阻值和輸出電壓值，根據(jù)這種輸出電壓值的變化，可以檢測(cè)出機(jī)器人各值，根據(jù)這種輸出電壓值的變化，可以檢測(cè)出機(jī)器人各關(guān)節(jié)的位置和位移量。關(guān)節(jié)的位置和位移量。 南京大學(xué)金陵學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室 在載有物體的工作臺(tái)下面有同電阻接觸的觸頭，當(dāng)工作臺(tái)在左右移動(dòng)時(shí)接觸觸頭也隨之左右移動(dòng)，從而移動(dòng)了與電阻接觸的位置。檢測(cè)的是以電阻中心為基準(zhǔn)位置的移動(dòng)距離。二、機(jī)器

11、人內(nèi)部傳感器二、機(jī)器人內(nèi)部傳感器直線移動(dòng)傳感器南京大學(xué)金陵學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室 把圖中的電阻元件彎成圓弧形，可動(dòng)觸頭的另一端固定在圓的中心，并像時(shí)針那樣回轉(zhuǎn)時(shí)，由于電阻長(zhǎng)隨相應(yīng)的回轉(zhuǎn)角而變化，因此基于上述同樣的理論可構(gòu)成角度傳感器。如圖所示:二、機(jī)器人內(nèi)部傳感器二、機(jī)器人內(nèi)部傳感器1、機(jī)器人的位移傳感器南京大學(xué)金陵學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室 這種電位計(jì)由環(huán)狀電阻器和與其一邊電氣接這種電位計(jì)由環(huán)狀電阻器和與其一邊電氣接觸一邊旋轉(zhuǎn)的電刷共同組成。當(dāng)電流沿電阻器流觸一邊旋轉(zhuǎn)的電刷共同組成。當(dāng)電流沿電阻器流動(dòng)時(shí)，形成電壓分布。如果這個(gè)電壓分布制作成動(dòng)時(shí)，形成電壓分布。如果

12、這個(gè)電壓分布制作成與角度成比例的形式，則從電刷上提取出的電壓與角度成比例的形式，則從電刷上提取出的電壓值，也與角度成比例。作為電阻器，可以采用兩值，也與角度成比例。作為電阻器，可以采用兩種類型，一種是用導(dǎo)電塑料經(jīng)成形處理作成的導(dǎo)種類型，一種是用導(dǎo)電塑料經(jīng)成形處理作成的導(dǎo)電塑料型，如圖（電塑料型，如圖（a）所示；另一種是在絕緣環(huán)）所示；另一種是在絕緣環(huán)上繞上電阻線作成的線圈型，如圖（上繞上電阻線作成的線圈型，如圖（b）所示。）所示。 二、機(jī)器人內(nèi)部傳感器二、機(jī)器人內(nèi)部傳感器南京大學(xué)金陵學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室 如圖所示的傳感器是利用光電監(jiān)測(cè)元件的光如圖所示的傳感器是利用光電監(jiān)測(cè)元件

13、的光電位置傳感器電位置傳感器 ，如果事先求出光源（，如果事先求出光源（LED）和感）和感光部分（光敏晶體管）之間的距離同感光量光部分（光敏晶體管）之間的距離同感光量 的的關(guān)系就能從計(jì)測(cè)時(shí)的感光量檢測(cè)出位移關(guān)系就能從計(jì)測(cè)時(shí)的感光量檢測(cè)出位移 。x二、機(jī)器人內(nèi)部傳感器二、機(jī)器人內(nèi)部傳感器1、機(jī)器人的位移傳感器南京大學(xué)金陵學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室 應(yīng)用最多的角度傳感器是應(yīng)用最多的角度傳感器是光電光電編碼器。又稱編碼器。又稱旋轉(zhuǎn)編碼器旋轉(zhuǎn)編碼器、轉(zhuǎn)軸編碼器、回轉(zhuǎn)編碼器等，它把轉(zhuǎn)軸編碼器、回轉(zhuǎn)編碼器等，它把作為連續(xù)輸入的軸的旋轉(zhuǎn)角度同時(shí)進(jìn)行離散化作為連續(xù)輸入的軸的旋轉(zhuǎn)角度同時(shí)進(jìn)行離散化（樣

14、本化）和量化處理后予以輸出。（樣本化）和量化處理后予以輸出。 光電光電編碼器是一種應(yīng)用廣泛的角位移傳感器，編碼器是一種應(yīng)用廣泛的角位移傳感器，其分辨率完全能滿足機(jī)器人技術(shù)要求。這種非接其分辨率完全能滿足機(jī)器人技術(shù)要求。這種非接觸型傳感器可分為絕對(duì)型和增量型。觸型傳感器可分為絕對(duì)型和增量型。 二、機(jī)器人內(nèi)部傳感器二、機(jī)器人內(nèi)部傳感器1、機(jī)器人的角度傳感器南京大學(xué)金陵學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室 如圖所示為一光學(xué)式絕對(duì)型如圖所示為一光學(xué)式絕對(duì)型光電光電編碼器，在編碼器，在輸入軸上的旋轉(zhuǎn)透明圓盤上，設(shè)置數(shù)條同心圓狀輸入軸上的旋轉(zhuǎn)透明圓盤上，設(shè)置數(shù)條同心圓狀的環(huán)帶，對(duì)環(huán)帶上角度實(shí)施二進(jìn)制編碼

15、，并將不的環(huán)帶，對(duì)環(huán)帶上角度實(shí)施二進(jìn)制編碼，并將不透明條紋印刷到環(huán)帶上。透明條紋印刷到環(huán)帶上。二、機(jī)器人內(nèi)部傳感器二、機(jī)器人內(nèi)部傳感器絕對(duì)型光電編碼器南京大學(xué)金陵學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室 將圓盤置于光線的照射下，當(dāng)透過圓盤的光將圓盤置于光線的照射下，當(dāng)透過圓盤的光由由 個(gè)光傳感器進(jìn)行判讀時(shí)，判讀出的數(shù)據(jù)變成個(gè)光傳感器進(jìn)行判讀時(shí)，判讀出的數(shù)據(jù)變成為為 的二進(jìn)制碼。二進(jìn)制碼有不同的種類，但的二進(jìn)制碼。二進(jìn)制碼有不同的種類，但是只有格雷碼是沒有判讀誤差的碼，所以它獲得是只有格雷碼是沒有判讀誤差的碼，所以它獲得了廣泛的應(yīng)用。編碼器的分辨率由比特?cái)?shù)（環(huán)帶了廣泛的應(yīng)用。編碼器的分辨率由比特?cái)?shù)

16、（環(huán)帶數(shù)）決定，例如數(shù)）決定，例如 ，編碼器的分辨率，由，編碼器的分辨率，由于于 ，所以可以以，所以可以以 的分辨率，的分辨率，對(duì)對(duì)1轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 進(jìn)行檢測(cè)。進(jìn)行檢測(cè)。nnbitbit121221/ 40964096/10360二、機(jī)器人內(nèi)部傳感器二、機(jī)器人內(nèi)部傳感器絕對(duì)型光電編碼器南京大學(xué)金陵學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室 絕對(duì)型絕對(duì)型光電光電編碼器的應(yīng)用場(chǎng)合，可以用一個(gè)編碼器的應(yīng)用場(chǎng)合，可以用一個(gè)傳感器檢測(cè)角度和角速度。因?yàn)檫@種編碼器的輸傳感器檢測(cè)角度和角速度。因?yàn)檫@種編碼器的輸出，表示的是旋轉(zhuǎn)角度的現(xiàn)時(shí)值，所以若對(duì)單位出，表示的是旋轉(zhuǎn)角度的現(xiàn)時(shí)值，所以若對(duì)單位時(shí)間前的值進(jìn)行記憶，并取它與

17、現(xiàn)時(shí)值之間的差時(shí)間前的值進(jìn)行記憶，并取它與現(xiàn)時(shí)值之間的差值，就可以求得角速度。值，就可以求得角速度。 絕對(duì)值絕對(duì)值光電光電編碼器的分辨率取決于碼盤的位編碼器的分辨率取決于碼盤的位數(shù)即同心圓環(huán)帶的數(shù)量。數(shù)即同心圓環(huán)帶的數(shù)量。二、機(jī)器人內(nèi)部傳感器二、機(jī)器人內(nèi)部傳感器絕對(duì)型光電編碼器南京大學(xué)金陵學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室 在旋轉(zhuǎn)圓盤上設(shè)置一條環(huán)帶，將環(huán)帶沿圓周在旋轉(zhuǎn)圓盤上設(shè)置一條環(huán)帶，將環(huán)帶沿圓周方向分割成方向分割成 等分，并用不透明的條紋印刷到上等分，并用不透明的條紋印刷到上面。把圓盤置于光線的照射下，透過去的光線用面。把圓盤置于光線的照射下，透過去的光線用一個(gè)光傳感器（一個(gè)光傳感器（

18、A）進(jìn)行判讀。因?yàn)閳A盤每轉(zhuǎn)過）進(jìn)行判讀。因?yàn)閳A盤每轉(zhuǎn)過一定角度，光傳感器的輸出電壓一定角度，光傳感器的輸出電壓A在在H（high level）與）與L（low level）之間就會(huì)交替地進(jìn)行轉(zhuǎn)）之間就會(huì)交替地進(jìn)行轉(zhuǎn)換，所以當(dāng)把這個(gè)轉(zhuǎn)換次數(shù)用計(jì)數(shù)器進(jìn)行統(tǒng)計(jì)時(shí)，換，所以當(dāng)把這個(gè)轉(zhuǎn)換次數(shù)用計(jì)數(shù)器進(jìn)行統(tǒng)計(jì)時(shí)，就能夠知道旋轉(zhuǎn)過的角度。就能夠知道旋轉(zhuǎn)過的角度。m二、機(jī)器人內(nèi)部傳感器二、機(jī)器人內(nèi)部傳感器增量型光電光電編碼器南京大學(xué)金陵學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室二、機(jī)器人內(nèi)部傳感器二、機(jī)器人內(nèi)部傳感器增量型光電光電編碼器 由于這種方法由于這種方法不論是順時(shí)針方向不論是順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，還是逆時(shí)旋轉(zhuǎn)

19、時(shí)，還是逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，都針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，都同樣地會(huì)在同樣地會(huì)在H與與L間間交替轉(zhuǎn)換，所以不交替轉(zhuǎn)換，所以不能得到旋轉(zhuǎn)方向。能得到旋轉(zhuǎn)方向。南京大學(xué)金陵學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室 從一個(gè)條紋到下一個(gè)條紋可以作為一個(gè)周從一個(gè)條紋到下一個(gè)條紋可以作為一個(gè)周期，在相對(duì)于傳感器（期，在相對(duì)于傳感器（A）移動(dòng)周期的位置上）移動(dòng)周期的位置上增加傳感器（增加傳感器（B），并提取輸出量），并提取輸出量B。于是，。于是，輸出量輸出量A的時(shí)域波形與輸出量的時(shí)域波形與輸出量B的時(shí)域波形，的時(shí)域波形，在相位上相差周期，如圖所示。在相位上相差周期，如圖所示。 二、機(jī)器人內(nèi)部傳感器二、機(jī)器人內(nèi)部傳感器 通常，

20、順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)通常，順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，時(shí)，A的變化比的變化比B的變化先的變化先發(fā)生，逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)生，逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，則情況相反，因此可以得知?jiǎng)t情況相反，因此可以得知旋轉(zhuǎn)方向。旋轉(zhuǎn)方向。增量型光電光電編碼器南京大學(xué)金陵學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室 在采用增量型旋轉(zhuǎn)編碼器的情況下，得到的在采用增量型旋轉(zhuǎn)編碼器的情況下，得到的是從角度的初始值開始檢測(cè)到的角度變化，問題是從角度的初始值開始檢測(cè)到的角度變化，問題變?yōu)橐垃F(xiàn)在的角度，就必須利用其他方法來變?yōu)橐垃F(xiàn)在的角度，就必須利用其他方法來確定初始角度。確定初始角度。 角度的分辨率由環(huán)帶上縫隙條紋的個(gè)數(shù)角度的分辨率由環(huán)帶上縫隙條

21、紋的個(gè)數(shù)決定。例如，在一轉(zhuǎn)決定。例如，在一轉(zhuǎn) 內(nèi)能形成內(nèi)能形成600個(gè)個(gè)縫隙條紋，就稱其為縫隙條紋，就稱其為 （脈沖（脈沖/轉(zhuǎn)）。轉(zhuǎn)）。)360(0ppr600二、機(jī)器人內(nèi)部傳感器二、機(jī)器人內(nèi)部傳感器增量型光電光電編碼器南京大學(xué)金陵學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室 增量型旋轉(zhuǎn)編碼器的應(yīng)用場(chǎng)合，也可以用一增量型旋轉(zhuǎn)編碼器的應(yīng)用場(chǎng)合，也可以用一個(gè)傳感器檢測(cè)角度和角速度。這種編碼器單位時(shí)個(gè)傳感器檢測(cè)角度和角速度。這種編碼器單位時(shí)間內(nèi)輸出脈沖的數(shù)目與角速度成正比。間內(nèi)輸出脈沖的數(shù)目與角速度成正比。 此外，包含著絕對(duì)值型和增量型這兩種類型此外，包含著絕對(duì)值型和增量型這兩種類型的的混合編碼器混合編碼

22、器，也已經(jīng)開發(fā)出來了。在使用這種，也已經(jīng)開發(fā)出來了。在使用這種編碼器時(shí)，在決定的初始位置時(shí)，用絕對(duì)值型來編碼器時(shí)，在決定的初始位置時(shí)，用絕對(duì)值型來進(jìn)行，在決定由初始位置開始的變動(dòng)角的精確位進(jìn)行，在決定由初始位置開始的變動(dòng)角的精確位置時(shí)，則可以用增量型。置時(shí)，則可以用增量型。 二、機(jī)器人內(nèi)部傳感器二、機(jī)器人內(nèi)部傳感器增量型光電光電編碼器南京大學(xué)金陵學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室 同步電機(jī)是一種用來檢測(cè)旋轉(zhuǎn)角度的旋轉(zhuǎn)型同步電機(jī)是一種用來檢測(cè)旋轉(zhuǎn)角度的旋轉(zhuǎn)型感應(yīng)電機(jī)，輸出正弦波相位，伴隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角感應(yīng)電機(jī)，輸出正弦波相位，伴隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度的變化作相應(yīng)的變化。根據(jù)這種相位變化，可度的變化作

23、相應(yīng)的變化。根據(jù)這種相位變化，可以檢測(cè)出旋轉(zhuǎn)角度。以檢測(cè)出旋轉(zhuǎn)角度。二、機(jī)器人內(nèi)部傳感器二、機(jī)器人內(nèi)部傳感器同步電機(jī)-自整角機(jī) 自整角機(jī)的定子具有自整角機(jī)的定子具有3個(gè)線個(gè)線圈，每個(gè)線圈之間的空間位置圈，每個(gè)線圈之間的空間位置彼此相隔彼此相隔120。在伺服系統(tǒng)。在伺服系統(tǒng)中，常常使用兩臺(tái)相同的自整中，常常使用兩臺(tái)相同的自整角機(jī)來組成同步檢測(cè)器。角機(jī)來組成同步檢測(cè)器。南京大學(xué)金陵學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室 當(dāng)在兩個(gè)相互成直角配置的固定線圈上，施當(dāng)在兩個(gè)相互成直角配置的固定線圈上，施加相位差為加相位差為 的兩相正弦波電壓的兩相正弦波電壓 和和 時(shí)，在內(nèi)部空間會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。當(dāng)在這個(gè)磁場(chǎng)

24、時(shí)，在內(nèi)部空間會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。當(dāng)在這個(gè)磁場(chǎng)中放置兩個(gè)相互成直角的旋轉(zhuǎn)線圈時(shí)，設(shè)與固定中放置兩個(gè)相互成直角的旋轉(zhuǎn)線圈時(shí)，設(shè)與固定線圈之間的相對(duì)轉(zhuǎn)角為線圈之間的相對(duì)轉(zhuǎn)角為 ，則在兩個(gè)旋轉(zhuǎn)線圈上，則在兩個(gè)旋轉(zhuǎn)線圈上產(chǎn)生的電壓分別為產(chǎn)生的電壓分別為 和和 。若用識(shí)別電路把這個(gè)相位差識(shí)別出來，就可以實(shí)若用識(shí)別電路把這個(gè)相位差識(shí)別出來，就可以實(shí)現(xiàn)很高的分辨率現(xiàn)很高的分辨率。 )sin(0tE)cos(0tE090tEsintEcos二、機(jī)器人內(nèi)部傳感器二、機(jī)器人內(nèi)部傳感器同步電機(jī)-自整角機(jī)南京大學(xué)金陵學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室 姿態(tài)傳感器是用來檢測(cè)機(jī)器人與地面相對(duì)關(guān)姿態(tài)傳感器是用來檢測(cè)機(jī)器人與

25、地面相對(duì)關(guān)系的傳感器，當(dāng)機(jī)器人被限制在工廠的地面時(shí)，系的傳感器，當(dāng)機(jī)器人被限制在工廠的地面時(shí)，沒有必要安裝這種傳感器，如大部分工業(yè)機(jī)器人。沒有必要安裝這種傳感器，如大部分工業(yè)機(jī)器人。但是當(dāng)機(jī)器人脫離了這個(gè)限制，并且能夠進(jìn)行自但是當(dāng)機(jī)器人脫離了這個(gè)限制，并且能夠進(jìn)行自由的移動(dòng)，如移動(dòng)機(jī)器人，安裝姿態(tài)傳感器就成由的移動(dòng)，如移動(dòng)機(jī)器人，安裝姿態(tài)傳感器就成為必要的了。為必要的了。 最簡(jiǎn)單的姿態(tài)傳感器是感知傾倒?fàn)顟B(tài)的水銀開關(guān)最簡(jiǎn)單的姿態(tài)傳感器是感知傾倒?fàn)顟B(tài)的水銀開關(guān) 二、機(jī)器人內(nèi)部傳感器二、機(jī)器人內(nèi)部傳感器姿態(tài)傳感器南京大學(xué)金陵學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室 典型的姿態(tài)傳感器是陀螺儀，陀螺是一種

26、傳典型的姿態(tài)傳感器是陀螺儀，陀螺是一種傳感器，其原理是：感器，其原理是：一個(gè)旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)軸所指的一個(gè)旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)軸所指的方向在不受外力影響時(shí)，是不會(huì)改變的。方向在不受外力影響時(shí)，是不會(huì)改變的。二、機(jī)器人內(nèi)部傳感器二、機(jī)器人內(nèi)部傳感器姿態(tài)傳感器轉(zhuǎn)子通過一個(gè)支撐它的，轉(zhuǎn)子通過一個(gè)支撐它的，被稱為萬向接頭的自由被稱為萬向接頭的自由支持機(jī)構(gòu)，安裝在機(jī)器支持機(jī)構(gòu)，安裝在機(jī)器人上。如圖所示為一個(gè)人上。如圖所示為一個(gè)速率陀螺速率陀螺南京大學(xué)金陵學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室 當(dāng)機(jī)器人連同外環(huán)以角速度繞測(cè)量軸旋進(jìn)時(shí)，當(dāng)機(jī)器人連同外環(huán)以角速度繞測(cè)量軸旋進(jìn)時(shí)，陀螺力矩將迫使內(nèi)環(huán)連同轉(zhuǎn)子一起相對(duì)機(jī)器人旋

27、陀螺力矩將迫使內(nèi)環(huán)連同轉(zhuǎn)子一起相對(duì)機(jī)器人旋進(jìn)。陀螺儀中有彈簧限制這個(gè)相對(duì)旋進(jìn)，而內(nèi)環(huán)進(jìn)。陀螺儀中有彈簧限制這個(gè)相對(duì)旋進(jìn)，而內(nèi)環(huán)的旋進(jìn)角正比于彈簧的變形量。由平衡時(shí)的內(nèi)環(huán)的旋進(jìn)角正比于彈簧的變形量。由平衡時(shí)的內(nèi)環(huán)旋進(jìn)角即可求得陀螺力矩和機(jī)器人的角速率。積旋進(jìn)角即可求得陀螺力矩和機(jī)器人的角速率。積分陀螺儀與速率陀螺儀的不同處只在于用線性阻分陀螺儀與速率陀螺儀的不同處只在于用線性阻尼器代替彈簧約束。當(dāng)運(yùn)載器作任意變速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，尼器代替彈簧約束。當(dāng)運(yùn)載器作任意變速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，積分陀螺儀的輸出量是繞測(cè)量軸的轉(zhuǎn)角。積分陀螺儀的輸出量是繞測(cè)量軸的轉(zhuǎn)角。 姿態(tài)傳感器設(shè)置在機(jī)器人的軀干部分，它用來檢測(cè)移姿態(tài)傳感器設(shè)置

28、在機(jī)器人的軀干部分，它用來檢測(cè)移動(dòng)中的姿態(tài)和方位變化，保持機(jī)器人的正確姿態(tài)，并且實(shí)動(dòng)中的姿態(tài)和方位變化，保持機(jī)器人的正確姿態(tài)，并且實(shí)現(xiàn)指令要求的方位。現(xiàn)指令要求的方位。 二、機(jī)器人內(nèi)部傳感器二、機(jī)器人內(nèi)部傳感器姿態(tài)傳感器南京大學(xué)金陵學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室 電子羅盤，也叫電子羅盤，也叫數(shù)字羅盤數(shù)字羅盤，是利用測(cè)量地磁，是利用測(cè)量地磁場(chǎng)來確定北極方向的一種方法。分為平面電子羅場(chǎng)來確定北極方向的一種方法。分為平面電子羅盤和三維電子羅盤盤和三維電子羅盤 三維電子羅盤在其內(nèi)部加入了三維電子羅盤在其內(nèi)部加入了傾角傳感器傾角傳感器,在在羅盤發(fā)生傾斜時(shí)可以對(duì)羅盤進(jìn)行傾斜補(bǔ)償羅盤發(fā)生傾斜時(shí)可以對(duì)羅盤進(jìn)行傾斜補(bǔ)償,航向數(shù)航向數(shù)據(jù)依然準(zhǔn)確據(jù)依然準(zhǔn)確 可以作為可以作為GPS導(dǎo)航信息的有效補(bǔ)充，即使是導(dǎo)航信息的有效補(bǔ)充，即使是在在GPS信號(hào)失鎖后也能正常工作。信號(hào)失鎖后也能正常工作。 二、機(jī)器人內(nèi)部傳感器二、機(jī)器人內(nèi)