傳感器在機(jī)器人上的應(yīng)用演示文稿

傳感器在機(jī)器人上的應(yīng)用演示文稿目前一頁\總數(shù)四十三頁\編于十一點傳感器在機(jī)器人上的應(yīng)用目前二頁\總數(shù)四十三頁\編于十一點3.1機(jī)器人常用傳感器簡介3.1.1機(jī)器人需要的感覺能力1、觸覺能力觸覺是智能機(jī)器人實現(xiàn)與外界環(huán)境直接作用的必需媒介，是僅次于視覺的一種重要感知形式。作為視覺的補(bǔ)充，觸覺能感知目標(biāo)物體的表面性能和物理特性：柔軟性、硬度、彈性、粗糙度和導(dǎo)熱性等。觸覺能保證機(jī)器人可靠地抓住各種物體，也能使機(jī)器人獲取環(huán)境信息，識別物體形狀和表面的紋路，確定物體空間位置和姿態(tài)參數(shù)等。檢測感知和外部直接接觸而產(chǎn)生的接觸覺、壓覺、滑覺等傳感器稱為機(jī)器人觸覺傳感器。

1）接觸覺傳感器

2）壓覺傳感器

3）滑覺傳感器

目前三頁\總數(shù)四十三頁\編于十一點2、力覺能力力覺傳感器是機(jī)器人最基本，最重要的一種，也是發(fā)展比較成熟的傳感器。沒有力傳感器，機(jī)器人就不能獲取它與外界環(huán)境之間的相互作用力，從而難以完成機(jī)器人在環(huán)境約束下的各種作業(yè)。3、接近覺能力接近覺傳感器是機(jī)器人用來控制自身與周圍物體之間的相對位置或距離的傳感器。用來探測在一定距離范圍內(nèi)是否有物體接近、物體的接近距離和對象的表面形狀及傾斜等狀態(tài)。它一般都裝在機(jī)器人手部，起兩方面作用。接近覺一般用非接觸式測量元件，如霍爾效應(yīng)傳感器、電磁式接近開關(guān)、光學(xué)接近傳感器和超聲波式。4、視覺能力視覺信息可分為圖形信息、立體信息、空間信息和運動信息視覺傳感器獲取的信息量要比其它傳感器獲取的信息量多得多視覺傳感器把光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電信號視覺傳感器攝取的圖像經(jīng)空間采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換后變成一個灰度矩陣，送入計算機(jī)存儲器中，形成數(shù)字圖像目前四頁\總數(shù)四十三頁\編于十一點5、聽覺能力

（1）特定人的語音識別系統(tǒng)（2）非特定人的語音識別系統(tǒng)6、嗅覺能力

主要采用了三種方法來實現(xiàn)機(jī)器人嗅覺功能：

在機(jī)器人上安裝單個或多個氣體傳感器，再配置相應(yīng)處理電路來實現(xiàn)嗅覺功能。研究者自行研制簡易的嗅覺裝置采用商業(yè)的電子鼻產(chǎn)品，如ALoutfi用機(jī)器人進(jìn)行的氣味識別研究。目前五頁\總數(shù)四十三頁\編于十一點3.1.2機(jī)器人傳感器分類1、內(nèi)部傳感器內(nèi)部傳感器是用于測量機(jī)器人自身狀態(tài)的功能元件。具體檢測的對象有關(guān)節(jié)的線位移、角位移等幾何量；速度、加速度、角速度等運動量；還要傾斜角和振動等物理量。2、外部傳感器用來檢測機(jī)器人所處環(huán)境及狀況的傳感器。一般與機(jī)器人的目標(biāo)識別和作業(yè)安全等因素有關(guān)。具體有觸覺傳感器、視覺傳感器、接近覺傳感器、距離傳感器、力覺傳感器，聽覺傳感器等。目前六頁\總數(shù)四十三頁\編于十一點傳感器分類目前七頁\總數(shù)四十三頁\編于十一點3.2機(jī)器人傳感器的要求與選擇

3.2.2選擇機(jī)器人傳感器應(yīng)考慮的因素3.2.1機(jī)器人與傳感器的關(guān)系傳感器處于連接外界環(huán)境與機(jī)器人的接口位置，是機(jī)器人獲取信息的窗口。用傳感器采集信息是機(jī)器人智能化的第一步；其次，如何采取適當(dāng)?shù)姆椒?，將多個傳感器獲取的環(huán)境信息加以綜合處理，控制機(jī)器人進(jìn)行智能作業(yè)，則是提高機(jī)器人智能程度的重要體現(xiàn)。1．成本2．重量3．尺4．輸出類型5．接口

6．分辨率7．靈敏度8．線性度9．量程10．響應(yīng)時間11．可靠性12．精度和重復(fù)精度目前八頁\總數(shù)四十三頁\編于十一點3.3常用機(jī)器人內(nèi)部傳感器3.3.1機(jī)器人的位置檢測傳感器1）檢測規(guī)定的位置，常用ON/OFF兩個狀態(tài)值。這種方法用于檢測機(jī)器人的起始原點、終點位置或某個確定的位置。給定位置檢測常用的檢測元件有微型開關(guān)、光電開關(guān)等。規(guī)定的位移量或力作用在微型開關(guān)的可動部分上，開關(guān)的電氣觸點斷開（常閉）或接通（常開）并向控制回路發(fā)出動作信號。2）測量可變位置和角度，即測量機(jī)器人關(guān)節(jié)線位移和角位移的傳感器是機(jī)器人位置反饋控制中必不可少的元件。常用的有電位器、旋轉(zhuǎn)變壓器、編碼器等。其中編碼器既可以檢測直線位移，又可以檢測角位移。目前九頁\總數(shù)四十三頁\編于十一點1.光電開關(guān)光電開關(guān)是由LED光源和光電二極管或光電三極管等光敏元件，相隔一定距離而構(gòu)成的透光式開關(guān)。光電開關(guān)的特點是非接觸檢測，精度可達(dá)到0.5mm左右。（1）漫反射式光電開關(guān)（2）鏡反射式光電開關(guān)（3）對射式光電開關(guān)（4）槽式光電開關(guān)（5）光纖式光電開關(guān)幾種光纖式光電開關(guān)目前十頁\總數(shù)四十三頁\編于十一點2.編碼器編碼器可分為光電式、磁場式、感應(yīng)式和電容式。根據(jù)其刻度方法及信號輸出形式，可分為增量式、絕對式以及混合式三種。其中光電式編碼器最常用。光電編碼器分為絕對式和增量式兩種類型。增量式光電編碼器：結(jié)構(gòu)簡單、體積小、價格低、精度高、響應(yīng)速度快、性能穩(wěn)定等優(yōu)點,應(yīng)用更為廣泛，特別是在高分辨率和大量程角速率/位移測量系統(tǒng)中，增量式光電編碼器更具優(yōu)越性光電式增量編碼器結(jié)構(gòu)圖光電編碼器的輸出波形圖目前十一頁\總數(shù)四十三頁\編于十一點3.旋轉(zhuǎn)變壓器目前十二頁\總數(shù)四十三頁\編于十一點3.3.2機(jī)器人速度、角速度傳感器1．編碼器

如果用編碼器測量位移，那么就沒有必要再單獨使用速度傳感器。對任意給定的角位移，編碼器將產(chǎn)生確定數(shù)量的脈沖信號，通過統(tǒng)計指定時間(dt)內(nèi)脈沖信號的數(shù)量，就能計算出相應(yīng)的角速度。Dt越短，得到的速度值就越準(zhǔn)確，越接近實際的瞬時速度。但是，如果編碼器的轉(zhuǎn)動很緩慢，則測得的速度可能會變的不準(zhǔn)確。通過對控制器的編程，將指定時間內(nèi)脈沖信號的個數(shù)轉(zhuǎn)化為速度信息就可以計算出速度。2.測速發(fā)電機(jī)

測速發(fā)電機(jī)是一種把輸入的轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)換成輸出的電壓信號的機(jī)電式信號元件，它可以作為測速、校正和解算元件，廣泛應(yīng)用于機(jī)器人的關(guān)節(jié)速度測量中。機(jī)器人對測速發(fā)電機(jī)的性能要求：

1）輸出電壓與轉(zhuǎn)速之間有嚴(yán)格的正比關(guān)系。

2）輸出電壓的脈動要盡可能小。

3）溫度變化對輸出電壓的影響要小。

4）在一定轉(zhuǎn)速時所產(chǎn)生的電動勢及電壓應(yīng)盡可能大。

5）正反轉(zhuǎn)時輸出電壓應(yīng)對稱。目前十三頁\總數(shù)四十三頁\編于十一點測速發(fā)電機(jī)主要可分為直流測速發(fā)電機(jī)和交流測速發(fā)電機(jī)

（1）直流測速發(fā)電機(jī)有永磁式和電磁式兩種。其結(jié)構(gòu)與直流發(fā)電機(jī)相近。永磁式采用高性能永久磁鋼勵磁，受溫度變化的影響較小,輸出變化小，斜率高,線性誤差小。這種電機(jī)在80年代因新型永磁材料的出現(xiàn)而發(fā)展較快。電磁式采用他勵式，不僅復(fù)雜且因勵磁受電源、環(huán)境等因素的影響，輸出電壓變化較大，用得不多。如圖為直流測速發(fā)電機(jī)基本結(jié)構(gòu)圖。a)電磁式b)永磁式目前十四頁\總數(shù)四十三頁\編于十一點（2）交流測速發(fā)電機(jī)交流測速發(fā)電機(jī)分為同步測速發(fā)電機(jī)和異步測速發(fā)電機(jī)。根據(jù)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)型式，異步測速發(fā)電機(jī)又可分為籠型轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機(jī)和杯型轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機(jī)，前者結(jié)構(gòu)簡單，輸出特性斜率大，但特性差，誤差大，轉(zhuǎn)子慣量大，一般僅用于精度要求不高的系統(tǒng)中；后者轉(zhuǎn)子采用非磁性空心杯，轉(zhuǎn)子慣量小，精度高，是目前應(yīng)用最廣泛的一種交流測速發(fā)電機(jī)。1—杯型結(jié)構(gòu)2—外定子3—內(nèi)定子4—機(jī)殼5—端蓋杯型轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機(jī)基本結(jié)構(gòu)目前十五頁\總數(shù)四十三頁\編于十一點位置信號中噪音較小位置信號應(yīng)盡可能的連續(xù)3、位置信號微分目前十六頁\總數(shù)四十三頁\編于十一點3.4常用機(jī)器人外部傳感器3.4.1機(jī)器人接觸覺傳感器機(jī)器人接觸覺傳感器用來判斷機(jī)器人是否接觸物體的測量傳感器。傳感器輸出信號常為0或1，最經(jīng)濟(jì)適用的形式是各種微動開關(guān)。常用的微動開關(guān)由滑柱、彈簧、基板和引線構(gòu)成，具有性能可靠、成本低、使用方便等特點。簡單的接觸式傳感器以陣列形式排列組合成觸覺傳感器，它以特定次序向控制器發(fā)送接觸和形狀信息。如圖所示目前十七頁\總數(shù)四十三頁\編于十一點當(dāng)有力作用在聚合物上時，力就會被傳給周圍的一些傳感器，這些傳感器會產(chǎn)生與所受力成正比的信號。對于分辨率要求較低的場合，使用這些傳感器會產(chǎn)生令人滿意的效果。類皮膚觸覺傳感器接觸覺傳感器可提供的物體信息

目前十八頁\總數(shù)四十三頁\編于十一點3.4.2接近覺傳感器1．電磁式接近傳感器

如圖所示為電磁式接近傳感器。加有高頻信號is的勵磁線圈L產(chǎn)生的高頻電磁場作用于金屬板，在其中產(chǎn)生渦流，該渦流反作用于線圈。通過檢測線圈的輸出可反映出傳感器與被接近金屬間的距離。2．光學(xué)接近傳感器光學(xué)接近覺傳感器由用做發(fā)射器的光源和接收器兩部分組成，光源可在內(nèi)部，也可在外部，接收器能夠感知光線的有無。發(fā)射器及接受器的配置準(zhǔn)則是：發(fā)射器發(fā)出的光只有在物體接近時才能被接收器接收。除非能反射光的物體處在傳感器作用范圍內(nèi)，否則接收器就接受不到光線，也就不能產(chǎn)生信號。目前十九頁\總數(shù)四十三頁\編于十一點3．超聲波接近覺傳感器超聲波傳感器有兩種工作模式，即對置模式和回波模式。下圖為超聲波接近覺傳感器原理圖。4．感應(yīng)式接近覺傳感器感應(yīng)式接近覺傳感器用于檢測金屬表面。這種傳感器其實就是一個帶有鐵氧體磁心、振蕩器—檢測器和固態(tài)開關(guān)的線圈。目前二十頁\總數(shù)四十三頁\編于十一點5．電容式接近覺傳感器利用電容量的變化產(chǎn)生接近覺。電容接近覺傳感器如圖所示。其本身作為一個極板，被接近物作為另一個極板。將該電容接入電橋電路或RC振蕩電路，利用電容極板距離的變化產(chǎn)生電容的變化，可檢測出與被接近物的距離。電容式接近覺傳感器具有對物體的顏色、構(gòu)造和表面都不敏感且實時性好的優(yōu)點。目前二十一頁\總數(shù)四十三頁\編于十一點6.渦流接近覺傳感器渦流：當(dāng)導(dǎo)體放置在變化的磁場中時，內(nèi)部就會產(chǎn)生電動勢，導(dǎo)體中就會有電流流過，這種電流稱為渦流。渦流傳感器具有兩個線圈，第一個線圈產(chǎn)生作為參考用的變化磁通，在有導(dǎo)電材料接近時，其中將會感應(yīng)出渦流，感應(yīng)出的渦流又會產(chǎn)生與第一個線圈反向的磁通使總的磁通減少。總磁通的變化與導(dǎo)電材料的接近程度成正比，它可由第二組線圈檢測出來。渦流傳感器不僅能檢測是否有導(dǎo)電材料，而且能夠?qū)Σ牧系目障?、裂縫、厚度等進(jìn)行非破壞性檢測。7.霍爾式傳感器當(dāng)一塊通有電流的金屬或半導(dǎo)體薄片垂直地放在磁場中時，薄片的兩端就會產(chǎn)生電位差，這種現(xiàn)象就稱為霍爾效應(yīng)。

當(dāng)磁性物件移近霍爾開關(guān)時，開關(guān)檢測面上的霍爾元件因產(chǎn)生霍爾效應(yīng)而使開關(guān)內(nèi)部電路狀態(tài)發(fā)生變化，由此識別附近有磁性物體存在，進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。這種接近開關(guān)的檢測對象必須是磁性物體目前二十二頁\總數(shù)四十三頁\編于十一點3.4.3測距儀測距儀用于測量較長的距離，它可以探測障礙物和物體表面的形狀，并且用于向系統(tǒng)提供早期信息。測距儀一般是基于光（可見光、紅外光或激光）和超聲波的。常用的測量方法是三角法和測量傳輸時間法。1.三角法用單束光線照射物體，會在物體上形成一個光斑，形成的光斑用攝像機(jī)或光敏三極管等接收器接受。距離或深度可根據(jù)接收器，光源及物體上的光斑所形成的三角形計算。如圖所示從圖a可以清楚地看出：物體、光源和接收器之間的布局只在某一瞬間能使接收器接收到光斑，此時距離d可依下式計算。2.測量傳輸時間法信號傳輸?shù)木嚯x包括從發(fā)射器到物體和被物體反射到接收器兩部分。傳感器與物體之間的距離是信號行進(jìn)距離的一半，知道了傳播速度，通過測量信號的往返時間即可算出距離。目前二十三頁\總數(shù)四十三頁\編于十一點3.4.4超聲波測距儀1、優(yōu)點超聲波系統(tǒng)結(jié)構(gòu)堅固、簡單、廉價并且能耗低，可以很容易地用于攝像機(jī)調(diào)焦、運動探測報警、機(jī)器人導(dǎo)航和測距。2、缺點分辨率和最大工作距離受到限制，分辨率的限制是來自聲波的波長、傳輸介質(zhì)中的溫度和傳播速度的不一致。最大距離的限制來自于介質(zhì)對超聲波能量的吸收。3、工作原理絕大部分的超聲波測距設(shè)備采用測量時間的方法進(jìn)行測距。工作原理是，發(fā)射器發(fā)射高頻超聲波脈沖，它在介質(zhì)中型近一段距離，遇到障礙物后返回，由接收器接收，發(fā)射器和物體之間的距離等于超聲波行進(jìn)距離的一半，行進(jìn)距離則等于傳輸時間與聲速的乘積。4、測量精度測量精度不僅與信號的波長有關(guān)，還與時間測量精度和聲速精度有關(guān)。超聲波在介質(zhì)中的傳播速度與聲波的頻率、介質(zhì)密度及介質(zhì)溫度有關(guān)。目前二十四頁\總數(shù)四十三頁\編于十一點3.4.5紅外測距儀1、定義紅外線是介于可見光和微波之間的一種電磁波，因此，它不僅具有可見光直線傳播、反射、折射等特性，還具有微波的某些特性，如較強(qiáng)的穿透能力和能貫穿某些不透明物質(zhì)等。紅外傳感器包括紅外發(fā)射器件和紅外接收器件。自然界的所有物體只要溫度高于絕對零度都會輻射紅外線，因而，紅外傳感器須具有更強(qiáng)的發(fā)射和接收能力。2、原理紅外測距傳感器利用紅外信號遇到障礙物距離的不同反射的強(qiáng)度也不同的原理，進(jìn)行障礙物遠(yuǎn)近的檢測。紅外測距傳感器具有一對紅外信號發(fā)射與接收二極管，發(fā)射管發(fā)射特定頻率的紅外信號，接收管接收這種頻率的紅外信號，當(dāng)紅外的檢測方向遇到障礙物時，紅外信號反射回來被接收管接收，經(jīng)過處理之后，通過數(shù)字傳感器接口返回到機(jī)器人主機(jī)，機(jī)器人即可利用紅外的返回信號來識別周圍環(huán)境的變化。目前二十五頁\總數(shù)四十三頁\編于十一點3.4.6機(jī)器人姿態(tài)傳感器1、定義姿態(tài)傳感器時用來檢測機(jī)器人與地面相對關(guān)系的傳感器，一般用在移動機(jī)器人上。2、陀螺儀典型的姿態(tài)傳感器是陀螺儀，陀螺儀是一種傳感器，它利用高速旋轉(zhuǎn)物體（轉(zhuǎn)子）經(jīng)常保持其一定姿態(tài)的性質(zhì)。轉(zhuǎn)子通過一個支撐它的，被稱為萬向接頭的自由支持機(jī)構(gòu)，安裝在機(jī)器人上。如圖所示為一個速率陀螺儀原理圖。機(jī)器人圍繞著輸入軸以角速度轉(zhuǎn)動時，與輸入軸正交的輸出軸僅轉(zhuǎn)過角度。在速率陀螺儀中，加裝了彈簧。缷掉這個彈簧后的陀螺儀，稱為速率積分陀螺儀，此時輸出軸以角速度旋轉(zhuǎn)，且此角速度與圍繞輸入軸的旋轉(zhuǎn)角速度成正比。速率陀螺儀原理圖目前二十六頁\總數(shù)四十三頁\編于十一點3.4.6機(jī)器人姿態(tài)傳感器姿態(tài)傳感器設(shè)置在機(jī)器人的軀干部分，它用來檢測移動中的姿態(tài)和方位變化，保持機(jī)器人的正確姿態(tài)，并且實現(xiàn)指令要求的方位。

除此以外，還有氣體速率陀螺儀、光陀螺儀，前者利用了姿態(tài)變化時，氣流也發(fā)生變化這一現(xiàn)象；后者則利用了當(dāng)環(huán)路狀光徑相對于慣性空間旋轉(zhuǎn)時，沿這種光徑傳播的光，會因向右旋轉(zhuǎn)而呈現(xiàn)速度變化的現(xiàn)象。目前二十七頁\總數(shù)四十三頁\編于十一點3.4.7機(jī)器人力覺傳感器1、定義力覺是指對機(jī)器人的指、肢和關(guān)節(jié)等運動中所受力的感知，用于感知夾持物體的狀態(tài)；校正由于手臂變形引起的運動誤差；保護(hù)機(jī)器人及零件不會損壞。它們對裝配機(jī)器人具有重要意義。主要包括關(guān)節(jié)力傳感器、腕力傳感器、機(jī)座傳感器等。1）關(guān)節(jié)傳感器用于電流檢測、液壓系統(tǒng)的背壓檢測和應(yīng)力式關(guān)節(jié)力傳感器等。2）腕力傳感器

可以采用應(yīng)變式、電容式、壓電式等。目前二十八頁\總數(shù)四十三頁\編于十一點1.力—力矩傳感器

豎梁式6自由度力傳感器原理圖

力－力矩覺傳感器主要用于測量機(jī)器人自身或與外界相互作用而產(chǎn)生的力或力矩的傳感器。它通常裝在機(jī)器人各關(guān)節(jié)處。

剛體在空間的運動可以用6個坐標(biāo)來描述，例如用表示剛體質(zhì)心位置的三個直角坐標(biāo)和分別繞三個直角坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)的角度坐標(biāo)來描述。可用多種結(jié)構(gòu)的彈性敏感元件來敏感機(jī)器人關(guān)節(jié)所受的6個自由度的力或力矩，再由粘貼其上的應(yīng)變片（見半導(dǎo)體應(yīng)變計、電阻應(yīng)變計）將力或力矩的各個分量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號。常用彈性敏感元件的形式有十字交叉式、三根豎立彈性梁式和八根彈性梁的橫豎混合結(jié)構(gòu)等。如圖所示為豎梁式6自由度力傳感器的原理。在每根梁的內(nèi)側(cè)粘貼張力測量應(yīng)變片，外側(cè)粘貼剪切力測量應(yīng)變片，從而構(gòu)成6個自由度的力和力矩分量輸出。目前二十九頁\總數(shù)四十三頁\編于十一點2.應(yīng)變片應(yīng)變片也能用于測量力。應(yīng)變片的輸出是與其形變成正比的阻值，而形變本身又與施加的力成正比。于是，通過測量應(yīng)變片的電阻，就可以確定施加力的大小。應(yīng)變片常用于測量末端執(zhí)行器和機(jī)器人腕部的作用力。應(yīng)變片也可用于測量機(jī)器人關(guān)節(jié)和連桿上的載荷，但不常用。a）應(yīng)變片b）惠斯通電橋應(yīng)變片傳感器目前三十頁\總數(shù)四十三頁\編于十一點3.多維力傳感器1）定義多維力傳感器指的是一種能夠同時測量兩個方向以上力及力矩分量的力傳感器，在笛卡爾坐標(biāo)系中力和力矩可以各自分解為三個分量，因此，多維力最完整的形式是六維力/力矩傳感器,即能夠同時測量三個力分量和三個力矩分量的傳感器，目前廣泛使用的多維力傳感器就是這種傳感器。在某些場合，不需要測量完整的六個力和力矩分量而只需要測量其中某幾個分量，因此，就有了二、三、四、五維的多維力傳感器，其中每一種傳感器都可能包含有多種組合形式。2）應(yīng)用多維力傳感器廣泛應(yīng)用于機(jī)器人手指、手爪研究；機(jī)器人外科手術(shù)研究；指力研究；牙齒研究；力反饋；剎車檢測；精密裝配、切削；復(fù)原研究；整形外科研究；產(chǎn)品測試；觸覺反饋；示教學(xué)習(xí)。行業(yè)覆蓋了機(jī)器人、汽車制造、自動化流水線裝配、生物力學(xué)、航空航天、輕紡工業(yè)等領(lǐng)域六維力傳感器結(jié)構(gòu)圖目前三十一頁\總數(shù)四十三頁\編于十一點4.機(jī)器人腕力傳感器1）定義機(jī)器人腕力傳感器測量的是三個方向的力（力矩），所以一般均采用六維力—力矩傳感器。由于腕力傳感器既是測量的載體又是傳遞力的環(huán)節(jié)，所以腕力傳感器的結(jié)構(gòu)一般為彈性結(jié)構(gòu)梁，通過測量彈性體的變形得到3個方向的力（力矩）。2）林純一六維腕力傳感器林純一六維腕力傳感器

目前三十二頁\總數(shù)四十三頁\編于十一點3）六維腕力傳感器

六維腕力傳感器目前三十三頁\總數(shù)四十三頁\編于十一點3.4.8機(jī)器人滑覺傳感器1、定義

機(jī)器人在抓取不知屬性的物體時，其自身應(yīng)能確定最佳握緊力的給定值。當(dāng)握緊力不夠時，要檢測被握緊物體的滑動，利用該檢測信號，在不損害物體的前提下，考慮最可靠的夾持方法，實現(xiàn)此功能的傳感器稱為滑覺傳感器滑覺傳感器。2、分類有滾動式和球式，還有一種通過振動檢測滑覺的傳感器。3、工作原理物體在傳感器表面上滑動時，和滾輪或環(huán)相接觸，把滑動變成轉(zhuǎn)動。磁力式滑覺傳感器中，滑動物體引起滾輪滾動，用磁鐵和靜止的磁頭，或用光傳感器進(jìn)行檢測，這種傳感器只能檢測到一個方向的滑動。球式傳感器用球代替滾輪，可以檢測各個方向的滑動，振動式滑覺傳感器表面伸出的觸針能和物體接觸，物體滾動時，觸針與物體接觸而產(chǎn)生振動，這個振動由壓點傳感器或磁場線圈結(jié)構(gòu)的微小位移計檢測。目前三十四頁\總數(shù)四十三頁\編于十一點1.光纖滑覺傳感器1）定義：將光纖傳感器用于機(jī)器人機(jī)械手上的有關(guān)研究主要是光纖壓覺或力覺傳感器和光纖觸覺傳感器。2）優(yōu)點：由于光纖傳感器具有體積小、不受電磁干擾、本質(zhì)上防燃防爆等優(yōu)點，因而在機(jī)械手作業(yè)過程中，可靠性較高。3）原理：在光纖滑覺傳感系統(tǒng)中，利用滑球的微小轉(zhuǎn)動來進(jìn)行切向滑覺的轉(zhuǎn)換，在滑球中心嵌入一平面反射鏡。光纖探頭由中心的發(fā)射光纖和對稱布設(shè)的四根光信號接收光纖組成。來自發(fā)射光纖的出射光經(jīng)平面鏡反射后，被發(fā)射光纖周圍的四根光纖所接收，形成同一光場的四象限光探測，所接收的四象限光信號經(jīng)前置放大后被送入信號處理系統(tǒng)。當(dāng)傳感器的滑球在有滑動趨勢的物體作用下繞球心產(chǎn)生微小轉(zhuǎn)動時，由此引起反射光場發(fā)生變化，導(dǎo)致四象限接收光纖所接收到的光信號受到調(diào)制，從而實現(xiàn)全方位光纖滑覺檢測。系統(tǒng)如框圖所示。目前三十五頁\總數(shù)四十三頁\編于十一點2.機(jī)器人專用滑覺傳感器如圖所是貝爾格萊德大學(xué)研制的球型機(jī)器人專用滑覺傳感器。它由一個金屬球和觸針組成，金屬球表面分別許多間隔排列的導(dǎo)電和絕緣小格。觸針頭很細(xì)，每次只能觸及一個格。當(dāng)工件滑動時，金屬球也隨之轉(zhuǎn)動，在觸針上輸出脈沖信號。脈沖信號的頻率反映了滑移速度，脈沖信號的個數(shù)對應(yīng)滑移的距離。接觸器觸頭面積小于球面上露出的導(dǎo)體面積，它不僅可做得很小，而且檢測靈敏度。球與別握物體相接觸，無論滑動方向如何，只要球一轉(zhuǎn)動，傳感器就會產(chǎn)生脈沖輸出。該球體在沖擊力作用下不轉(zhuǎn)動，因此抗干擾能力強(qiáng)。目前三十六頁\總數(shù)四十三頁\編于十一點3.4.9機(jī)器人視覺傳感器1.人的視覺

1）人的眼睛是由含有感光細(xì)胞的視網(wǎng)膜和作為附屬結(jié)構(gòu)的折光系統(tǒng)等部分組成。

2）人眼的適宜刺激波長是370~740nm的電磁波。

3）在這個可見光譜的范圍內(nèi)，人腦通過接收來自視網(wǎng)膜的傳入信息，可以分辨出視網(wǎng)膜像的不同亮度和色澤。

4）因而可以看清視野內(nèi)發(fā)光物體或反光物體的輪廓、形狀、顏色、大小、遠(yuǎn)近和表面細(xì)節(jié)等情況。

5）人眼視網(wǎng)膜上有兩種感光細(xì)胞，視錐細(xì)胞主要感受白天的景象。

6）視桿細(xì)胞感受夜間景象。

7）人的視錐細(xì)胞大約有700多萬個，是聽覺細(xì)胞的3000多萬倍。目前三十七頁\總數(shù)四十三頁\編于十一點2.機(jī)器人視覺機(jī)器人的視覺系統(tǒng)通常是利用光電傳感器構(gòu)成的。機(jī)器人的視覺作用的過程如圖所示。機(jī)器人視覺系統(tǒng)要能達(dá)到實用，至少要滿足以下幾方面的要求。首先是實時性。其次是可靠性。再次是要求有柔性。最后是價格適中。機(jī)器人傳感器應(yīng)用的條件如下：在空間中判斷物體的位置和形狀一般需要兩類信息：距離信息和明暗信息獲得距離信息的方法可以有超聲波、激光反射法、立體攝像法等。明暗信息主要靠電視攝像機(jī)、CCD固態(tài)攝像機(jī)來獲得。目前三十八頁\總數(shù)四十三頁\編于十一點3.機(jī)器人視覺傳感器（1）人工網(wǎng)膜人工網(wǎng)膜是用光電管陣列代替網(wǎng)膜感受光信號。其最簡單的形式是3×3的光電管矩陣，多的可達(dá)256×256個像素的陣列甚至更高。以3×3陣列為例。數(shù)字字符1，得到的正、負(fù)像如圖所示，大寫字母字符I，所得正、負(fù)像如圖3.29所示，事先作為標(biāo)準(zhǔn)圖像存儲起來。數(shù)字字符1的正、負(fù)像大寫字符I的正、負(fù)像目前三十九頁\總數(shù)四十三頁\編于十一點

與1比較與I比較正像相關(guān)值33負(fù)像相關(guān)值62總相關(guān)值95

工作時得到數(shù)字字符1的輸入，其正、負(fù)像可與已存儲的1和I的正、負(fù)像進(jìn)行比較。結(jié)果見下表

在兩者比較中，是1的總相關(guān)值是9，等于陣列中光電管的總數(shù)。這表示所輸入的圖像信息與預(yù)先存儲的圖像數(shù)字字符1的信息是完全一致的。由此可判斷輸入的字符是數(shù)字字符1，不是大寫字母字符I，也不是其