第十二講機(jī)器人感知與智能演示文稿

第十二講機(jī)器人感知與智能演示文稿山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院機(jī)電工程研究所2010/09/02目前一頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院機(jī)電工程研究所2010/09/02（優(yōu)選）第十二講機(jī)器人感知與智能目前二頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)第一節(jié)基本概念與相關(guān)理論

外部傳感器：識(shí)別環(huán)境、工件情況或工件與機(jī)器人的關(guān)系。如：力覺(jué)、視覺(jué)、距離、聽(tīng)覺(jué)等傳感器。通常安裝在末端執(zhí)行器上。對(duì)外部傳感器的要求：除精度高、響應(yīng)速度快、測(cè)量范圍寬外，盡量非接觸測(cè)量，體積小、重量輕更加重要。另外，還要求安裝使用方便、安全可靠、對(duì)環(huán)境無(wú)不良影響。目前三頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)第一節(jié)基本概念與相關(guān)理論

內(nèi)部傳感器：位置/角度行程開(kāi)關(guān)、電位器、碼盤、旋轉(zhuǎn)變壓器、光柵尺/盤等。速度/加速度測(cè)速發(fā)電機(jī)、碼盤、速度/加速度傳感器。力/力矩力傳感器、力矩傳感器。方位角陀螺儀、方位儀。電流/電壓霍爾電流傳感器、電壓計(jì)。目前四頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)第一節(jié)基本概念與相關(guān)理論

外部傳感器：視覺(jué)：感知外部圖像，如：CCD、CMOS等。觸覺(jué)/滑覺(jué)：感知接觸/滑動(dòng)，接近/距離：感知距離，如：接近開(kāi)關(guān)、位置傳感器、激光測(cè)距儀。熱覺(jué)：感知溫度，如：熱電偶、紅外CCD。力覺(jué)：如：各類力、力矩傳感器。嗅覺(jué)：感知?dú)馕?，各種氣味傳感器。聽(tīng)覺(jué)：如：微型MIC，味覺(jué)：感知味道。方位：如：陀螺儀等。目前五頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)第一節(jié)基本概念與相關(guān)理論

信號(hào)感知過(guò)程：

信號(hào)提取信號(hào)分析與處理識(shí)別融合與應(yīng)用信號(hào)提?。焊黝悅鞲衅?。信號(hào)分析與處理：信號(hào)分析：研究信號(hào)的構(gòu)成與特征，如：濾波、譜分析。信號(hào)處理：各種信號(hào)變換，如傅里葉變換。信號(hào)識(shí)別：識(shí)別算法、智能技術(shù)。信號(hào)融合：多傳感器的集成，多信息的融合。信息的利用：實(shí)現(xiàn)功能、目標(biāo)。目前六頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)第一節(jié)基本概念與相關(guān)理論

6.1.2多傳感器系統(tǒng)與信息融合機(jī)器人系統(tǒng)包含各種傳感器，如何使它們協(xié)作工作、發(fā)揮出更大的作用？多傳感器系統(tǒng)涉及多種類型傳感器或多個(gè)同類型傳感器，還有多功能集成傳感器。多傳感器系統(tǒng)與信息融合主要作用：

1、提高系統(tǒng)可靠性：替代。

2、降低系統(tǒng)的不確定性：沉余

3、提高完整描述環(huán)境的能力：協(xié)同

4、提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性：并行處理目前七頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)第一節(jié)基本概念與相關(guān)理論

機(jī)器人與人工智能人工智能是指將人類所具有的智能的一部分用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)以及與此相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域。機(jī)器人是從事與人類相識(shí)動(dòng)作的自動(dòng)機(jī)械，代替人類行使某些智能動(dòng)作，因此，它也是人工智能的研究對(duì)象，從這個(gè)意義上說(shuō)，機(jī)器人也稱為智能機(jī)器人。人工智能的研究?jī)?nèi)容包括：知識(shí)獲取、知識(shí)表達(dá)、知識(shí)推理、學(xué)習(xí)與決策、專家系統(tǒng)等理論，為機(jī)器人智能奠定了基礎(chǔ)。機(jī)器人的智能可分為基于傳感器的感知智能和基于知識(shí)、學(xué)習(xí)、推理的抽象智能。目前八頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)第一節(jié)基本概念與相關(guān)理論

到20世紀(jì)80年代，國(guó)際上基于知覺(jué)控制的機(jī)器人已經(jīng)開(kāi)始走向?qū)嵱没A段，基于知識(shí)的智能機(jī)器人的研究仍處于比較低級(jí)的層次。目前，智能機(jī)器人的研究重點(diǎn)在通過(guò)多傳感器信息融合等技術(shù)，提高機(jī)器人的性能和可靠性，擴(kuò)大機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域。目前九頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器

6.2.1位置、轉(zhuǎn)角傳感器

當(dāng)前，常用的位置、轉(zhuǎn)角傳感器有：

1、光柵尺：2、光電角編碼器。目前十頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)一、光柵尺根據(jù)摩爾條紋原理，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換，以數(shù)字方式表示線性位移量的高精度位移傳感器。具有檢測(cè)范圍大，檢測(cè)精度高，響應(yīng)速度快的特點(diǎn)。1、光柵與莫爾條紋

通過(guò)印刷技術(shù)在不透明的介質(zhì)上形成密集的透明條紋（刻痕），條紋間的距離稱為柵距（節(jié)距），每毫米刻痕的多少稱為光柵常數(shù)。莫爾條紋：當(dāng)指示光柵上的線紋和標(biāo)尺光柵上的線紋之間形成一個(gè)小角度θ，并且兩個(gè)光柵尺刻面相對(duì)平行放置時(shí)，在光源的照射下，位于幾乎垂直的柵紋上，形成明暗相間的條紋。這種條紋稱為“莫爾條紋”；兩光柵相互運(yùn)動(dòng)時(shí)間看到的是莫爾條紋運(yùn)動(dòng)。第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器

目前十一頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器

嚴(yán)格地說(shuō)，莫爾條紋排列的方向是與兩片光柵線紋夾角的平分線相垂直。莫爾條紋中兩條亮紋或兩條暗紋之間的距離稱為莫爾條紋的寬度，以W表示，設(shè)光柵的柵距為d，兩光柵的夾角為θ，則：目前十二頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)兩光柵交點(diǎn)由柵線序數(shù)N、M組成。K=M－N第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器

目前十三頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)長(zhǎng)光柵光閘莫爾條紋播放動(dòng)畫目前十四頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)莫爾條紋的特點(diǎn)：

1）、莫爾條紋的變化規(guī)律兩片光柵相對(duì)移過(guò)一個(gè)柵距，莫爾條紋移過(guò)一個(gè)條紋距離。由于光的衍射與干涉作用，莫爾條紋的變化規(guī)律近似正(余)弦函數(shù)，變化周期數(shù)與光柵相對(duì)位移的柵距數(shù)同步。

2）、放大作用在兩光柵柵線夾角較小的情況下，莫爾條紋寬度W和光柵柵距d、柵線角θ之間有下列關(guān)系：

W=d/θ

由于柵線角θ很小，W>>d。第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器

目前十五頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)

3）、誤差平均。莫爾條紋是由若干光柵條紋共用形成，這樣?xùn)啪嘀g的相鄰誤差就被平均化了，消除了由于柵距不均勻、斷裂等造成的誤差。2、分類按照制造方法和光學(xué)原理的不同，分為透射光柵尺和反射光柵尺。透射光柵尺的光源與接收裝置分別放置在光柵尺的兩側(cè)，通過(guò)接收光柵尺透過(guò)來(lái)的衍射光變化來(lái)反應(yīng)位置變化。比較通用的是玻璃光柵。.

反射光柵指的是光源與接收裝置安裝在光柵尺的同一側(cè)，通過(guò)接收光柵尺反射回來(lái)的衍射光變化來(lái)反應(yīng)位置變化。比較通用的有鋼帶光柵。第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器

目前十六頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)透射式光柵第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器

目前十七頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)反射式光柵第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器

目前十八頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)3、檢測(cè)與數(shù)據(jù)處理隨著光柵的移動(dòng)，莫爾條紋也隨之上下移動(dòng)。這樣就把對(duì)光柵柵距的測(cè)量轉(zhuǎn)換為對(duì)莫爾條紋個(gè)數(shù)的測(cè)量。在一個(gè)莫爾條紋寬度內(nèi)，按照一定間隔放置4個(gè)光電器件就能實(shí)現(xiàn)電子細(xì)分與判向功能。兩路相位不同的光電信號(hào)，其相位差為π/2，為得到判向和計(jì)數(shù)脈沖，需對(duì)這兩路信號(hào)整形為方波。然后，通過(guò)對(duì)方波的相位進(jìn)行判別比較，就可以得到光柵尺的移動(dòng)方向。通過(guò)對(duì)方波脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，可以得到光柵尺的位移和速度。第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器

目前十九頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)4、技術(shù)參數(shù)●測(cè)量范圍：50mm～3000mm

●測(cè)量精度：±6um/m～±10um/m

●測(cè)量基準(zhǔn)（柵距）：光柵周期20μm的光學(xué)玻璃尺。

●光學(xué)測(cè)量方式：透射式、反射式●反應(yīng)速度：

60m/min(0.005mm)

25m/min(0.001mm)

●輸出信號(hào)：TTL/EIA-422-A

●供應(yīng)電壓：DC5V±5%

第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器目前二十頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)二、光電編碼器

編碼器分為接觸式編碼器和光電式編碼器，光電編碼器是一種通過(guò)光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。1、工作原理

光電編碼器由光柵盤（碼盤）和光電檢測(cè)裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開(kāi)通若干個(gè)長(zhǎng)方形孔。當(dāng)它與電動(dòng)機(jī)軸一起旋轉(zhuǎn)時(shí)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測(cè)裝置輸出若干脈沖信號(hào)，通過(guò)計(jì)算輸出脈沖的個(gè)數(shù)等信息，就能反映當(dāng)前電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的角度或轉(zhuǎn)速。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，還可提供相位相差90o的兩路脈沖信號(hào)。第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器目前二十一頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器

光電編碼器的工作原理輸出波形目前二十二頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)2、光電編碼器類型：按測(cè)量方式分類：旋轉(zhuǎn)編碼器和直尺編碼器按編碼方式分類：絕對(duì)式編碼器增量式編碼器混合式編碼器3、光電式碼盤的優(yōu)缺點(diǎn)光電式編碼器無(wú)觸點(diǎn)磨損，允許高轉(zhuǎn)速；每條縫隙寬度可做得很小，所以精度和分辨率很高，單個(gè)碼盤可做到18位。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴、光源壽命短。第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器目前二十三頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)4、絕對(duì)式編碼器1）、光柵盤（碼盤）圖中為一個(gè)四位碼盤。涂黑部分為遮光區(qū)，輸出“0”；空白部分為透光區(qū)，輸出“1”。圖示碼盤共有四圈碼道，當(dāng)碼盤與被測(cè)物轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每個(gè)碼道對(duì)應(yīng)的光電接受器將讀出對(duì)應(yīng)的數(shù)碼。若有n條碼道，則角度分辨率為：光柵盤（碼盤）第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器目前二十四頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)絕對(duì)式格雷碼碼盤：將碼盤分成一系列具有相等角距角的角，對(duì)每個(gè)角用格雷碼進(jìn)行編碼；當(dāng)光信號(hào)掃描與傳動(dòng)軸相聯(lián)的刻有格雷碼的碼盤時(shí)，獲得的碼盤上的碼值確定被測(cè)物的絕對(duì)位置值，然后將檢測(cè)到的格雷碼數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)以脈沖的形式輸出測(cè)量的位移量。第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器目前二十五頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器

2）、絕對(duì)式光電編碼器工作原理：圖1-8絕對(duì)式光電編碼器原理目前二十六頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)3）、直接讀出角度坐標(biāo)的絕對(duì)值。不受掉電、關(guān)機(jī)的影響。沒(méi)有累積誤差，可靠性高，抗干擾能強(qiáng)。使用簡(jiǎn)單，方向判斷較容易。范圍大于360度時(shí)可采用多組碼盤。每個(gè)碼道都必須放置光電收發(fā)裝置。編碼器的精度取決于位數(shù)。最高運(yùn)轉(zhuǎn)速度比增量式光電編碼器高。價(jià)格高第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器目前二十七頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)4）、技術(shù)參數(shù):

量程（單組或多組碼盤）輸出代碼：格雷碼,BCD碼,二進(jìn)制碼。輸出信號(hào)：并口/串口，高/低電平有效。分辨率：如：12位，4096線/圈。準(zhǔn)確度：如：0.3度。最大允許轉(zhuǎn)速：2400轉(zhuǎn)/分鐘。

工作電壓：10—30Vdc。消耗電流：<100mA。

工作溫度：-20---60°C連接方式：鍵、軸套、法蘭等外形尺寸：第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器目前二十八頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)5、增量式光電編碼器由光源、碼盤、檢測(cè)光柵、光電檢測(cè)器件和轉(zhuǎn)換電路組成，如圖所示。第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器光敏元件光欄板及辨向用的A、B狹縫零位標(biāo)志轉(zhuǎn)軸盤碼及狹縫也稱光柵盤LEDABCABC目前二十九頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器1）、工作原理當(dāng)光柵盤隨被測(cè)工作軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)縫隙，光電管就會(huì)感受到一次光線的明暗變化，并轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的強(qiáng)弱變化，這個(gè)電信號(hào)近似于正弦波，經(jīng)過(guò)整形和放大等處理，變換成脈沖信號(hào)。通過(guò)計(jì)數(shù)器計(jì)量脈沖的數(shù)目，即可測(cè)定旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的角位移；通過(guò)計(jì)量脈沖的頻率，即可測(cè)定旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速。目前三十頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器隨被測(cè)工作軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)縫隙，光電管就會(huì)感受到一次光線的明暗變化，并轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的強(qiáng)弱變化，近似于正弦波的信號(hào)，經(jīng)過(guò)整形和放大等處理，變換成脈沖信號(hào)。通過(guò)計(jì)數(shù)器計(jì)量脈沖的數(shù)目，即可測(cè)定旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的角位移；通過(guò)計(jì)量脈沖的頻率，即可測(cè)定旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速。目前三十一頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)2）、方向辨別為了判斷光柵盤轉(zhuǎn)動(dòng)的方向，可采用圖的邏輯控制電路,將光電管A、B信號(hào)放大整形后變成a、b兩組方波。a組分成兩路，一路直接微分產(chǎn)生脈沖d，另一組經(jīng)反相后再微分得到脈沖e。第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器目前三十二頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)

d、e兩路脈沖進(jìn)入與門電路后分別輸出正轉(zhuǎn)脈沖f和反轉(zhuǎn)脈沖g。b組方波作為與門的控制信號(hào)，使光電盤正轉(zhuǎn)時(shí)f有脈沖輸出，反轉(zhuǎn)時(shí)g有脈沖輸出，這樣就可判別光電編碼器的旋轉(zhuǎn)方向。第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器目前三十三頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)一些增量式編碼器提供六路輸出信號(hào)A和A反、B和B反、Z和Z反；如單相聯(lián)接，用于單方向計(jì)數(shù)，單方向測(cè)速。A、B兩相聯(lián)接，用于正反向計(jì)數(shù)、判斷正反向和測(cè)速。A、B、Z三相聯(lián)接，用于帶參考位修正的位置測(cè)量。A、A-，B、B-，Z、Z-差動(dòng)連接，由于帶有對(duì)稱負(fù)信號(hào)的連接，電流對(duì)于電纜貢獻(xiàn)的電磁場(chǎng)為0，衰減最小，抗干擾最佳，可傳輸較遠(yuǎn)的距離。對(duì)于TTL的帶有對(duì)稱負(fù)信號(hào)輸出的編碼器，信號(hào)傳輸距離可達(dá)150米。第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器目前三十四頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的特點(diǎn)：

1、編碼器每轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)預(yù)先設(shè)定的角度將輸出一個(gè)脈沖信號(hào)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)脈沖信號(hào)的數(shù)量來(lái)計(jì)算旋轉(zhuǎn)過(guò)的角度，因此編碼器輸出的位置數(shù)據(jù)是相對(duì)的。

2、旋轉(zhuǎn)角度的起始位可以任意設(shè)定。

3、由于采用相對(duì)編碼，因此掉電后旋轉(zhuǎn)角度數(shù)據(jù)會(huì)丟失需要重新復(fù)位，重新想設(shè)置零點(diǎn)。

4、一般都是輸出相位相差90度的方波信號(hào)A和B，以及一個(gè)指示零點(diǎn)的Z信號(hào)。第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器目前三十五頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)技術(shù)參數(shù)：

1、分辨率：360度刻線數(shù)，單位：p/r,簡(jiǎn)稱多少線，50—1000線，。

2、輸出類型：正弦、方波(TTL,HTL高閾值邏輯）、推拉式、集電極開(kāi)路。3、輸出電壓：高電平、低電平。

4、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：kgm2。

5、最大允許轉(zhuǎn)速：rpm。

6、工作電壓：5V--24V。

7、連接方式：孔或軸，孔徑或軸頸。

8、外形尺寸：

9、工作溫度：

10、重量：第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器目前三十六頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):

1、原理構(gòu)造簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)；2、機(jī)械平均壽命長(zhǎng)，分辨能力強(qiáng)，

3、抗干擾能力較強(qiáng)，

4、可靠性較高。缺點(diǎn):

1、無(wú)法直接讀出轉(zhuǎn)動(dòng)軸的絕對(duì)位置信息。2、斷電后丟失位置信號(hào)。第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器目前三十七頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)混合式旋轉(zhuǎn)編碼器：同時(shí)輸出絕對(duì)旋轉(zhuǎn)角度編碼與相對(duì)旋轉(zhuǎn)角度編碼混合式旋轉(zhuǎn)編碼器的特點(diǎn)：具備絕對(duì)編碼器的旋轉(zhuǎn)角度編碼的唯一性與增量編碼器的應(yīng)用靈活性。第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器目前三十八頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)6.2.2霍爾電流傳感器

霍爾效應(yīng)指磁場(chǎng)作用于載流金屬導(dǎo)體、半導(dǎo)體中的載流子時(shí)，產(chǎn)生橫向電位差的物理現(xiàn)象。利用霍爾效應(yīng)可以設(shè)計(jì)制成多種傳感器。霍爾元件是一種基于霍爾效應(yīng)的磁傳感器。用它們可以檢測(cè)磁場(chǎng)及其變化，可在各種與磁場(chǎng)有關(guān)的場(chǎng)合中使用。霍爾元件具有許多優(yōu)點(diǎn)，它們的結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長(zhǎng)，安裝方便，功耗小，頻率高（可達(dá)1MHZ），耐震動(dòng)，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器目前三十九頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)由于通電導(dǎo)線周圍存在磁場(chǎng)，其大小與導(dǎo)線中的電流成正比，故可以利用霍爾元件測(cè)量出磁場(chǎng)，就可確定導(dǎo)線電流的大小。利用這一原理可以設(shè)計(jì)制成霍爾電流傳感器。其優(yōu)點(diǎn)是：

1.測(cè)量范圍廣：它可以測(cè)量任意波形的電流和電壓。

2.響應(yīng)速度快，動(dòng)態(tài)性能好：最快者響應(yīng)時(shí)間只為1us。

3.測(cè)量精度高：其測(cè)量精度優(yōu)于1%。

4.線性度好：優(yōu)于0.2%。

5.工作頻帶寬：0~100KHz頻率范圍。第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器目前四十頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)

6.可靠性高，平均無(wú)故障工作時(shí)間長(zhǎng)>510小時(shí)。

7.過(guò)載能力強(qiáng)、測(cè)量范圍大：0---幾十安培~上萬(wàn)安培.

8.體積小、重量輕、易于安裝。由于霍爾電流電壓傳感器以上的優(yōu)點(diǎn)，故而可廣泛應(yīng)用與變頻調(diào)速裝置、逆變裝置、UPS電源、逆變焊機(jī)、電解電鍍、數(shù)控機(jī)床、微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)和需要隔離檢測(cè)電流電壓的各個(gè)領(lǐng)域中。

第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器目前四十一頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)霍爾電流傳感器根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，可分為：霍爾直測(cè)式電流傳感器和霍爾磁補(bǔ)式電流傳感器。

1）．霍爾直測(cè)式電流傳感器由于磁感應(yīng)的非線性等原因，精度不高，較少使用。第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器磁芯目前四十二頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)2）．霍爾磁補(bǔ)式電流傳感器

原邊電流產(chǎn)生磁場(chǎng)Hp為軟磁芯聚集，該磁場(chǎng)又被副邊線圈產(chǎn)生的反向磁場(chǎng)Hs所補(bǔ)償，霍爾器件作為監(jiān)測(cè)補(bǔ)償度的元件使傳感器處于零磁通，按安匝比由副邊電流算出原邊電流。直到Hp＝Hs時(shí)Is不再增加，這時(shí)霍爾片就達(dá)到零磁通檢測(cè)。磁平衡時(shí)，NpIp＝IsNs計(jì)算Ip第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器目前四十三頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)霍爾磁補(bǔ)式電流傳感器技術(shù)指標(biāo)，例：測(cè)量范圍:（0～150A）額定電流：（100A）頻率范圍：（0～100kHz）線性度：（0.1％）反應(yīng)時(shí)間：<0.1μs絕緣電壓：（3KV）穿孔尺寸：(Φ10mm)匝數(shù)比：（1：1000)

可靠性：2×106h

第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器目前四十四頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器6.2.3力覺(jué)系統(tǒng)與傳感器力覺(jué)系統(tǒng)發(fā)展較為成熟，在機(jī)器人工業(yè)應(yīng)用中起到重要作用。在工業(yè)機(jī)器人及其操作中，力覺(jué)傳感器的作用有：

1、檢測(cè)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)力矩。

2、感知是否夾起了工件或是否夾持在正確部位。

3、控制裝配、打磨、研磨拋光的質(zhì)量。

4、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。

5、防止碰撞、卡死和損壞機(jī)件。目前四十五頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器機(jī)器人的力覺(jué)傳感器分為：

1、測(cè)量驅(qū)動(dòng)器輸出力或力矩的力傳感器：

2、裝在末端執(zhí)行器和最后一個(gè)關(guān)節(jié)之間，測(cè)量作用于末端執(zhí)行器上的各向力和力矩的腕力傳感器。

3、裝在機(jī)器人指關(guān)節(jié)上的指力傳感器。測(cè)量原理與方式：根據(jù)測(cè)量原理的不同，分為：應(yīng)變片式、壓電式、差動(dòng)變壓器式、電容位移式力傳感器。按分量獲得的方式可分為直接測(cè)量和間接測(cè)量。所謂直接測(cè)量，各分量的值由直接測(cè)量得出。所謂間接測(cè)量，就是由測(cè)量數(shù)據(jù)，根據(jù)各分量的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算出各分量的值。目前四十六頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)關(guān)節(jié)力傳感器：第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器目前四十七頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)豎梁結(jié)構(gòu)的Waston腕力傳感器：如圖，按120度周向分布著三個(gè)細(xì)梁，其上部圓環(huán)通過(guò)螺栓與手臂連接，下不圓環(huán)與手爪相聯(lián)，細(xì)梁上貼有應(yīng)變片；該傳感器結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，靈敏度也高；但六維力和力矩需要解耦運(yùn)算，抗過(guò)載能力也較差。第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器目前四十八頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)輪輻式十字腕力傳感器：采用橫梁結(jié)構(gòu)，四個(gè)主梁上裝有應(yīng)變片，可組成橋路；為簡(jiǎn)化彈性體的受力模型，常在十字梁與輪緣連接處增加一個(gè)柔性環(huán)節(jié)。第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器目前四十九頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)六維腕力傳感器：豎梁結(jié)構(gòu)，具有八個(gè)窄長(zhǎng)的彈性梁，每一個(gè)梁的頸部開(kāi)有一個(gè)小槽以使頸部只傳遞力，力矩作用很小，梁的另一頭兩側(cè)貼有應(yīng)變片。第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器目前五十頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)第一節(jié)基本概念與相關(guān)理論

6.2.4接近覺(jué)與傳感器機(jī)器人在移動(dòng)或操作過(guò)程中，獲知對(duì)目標(biāo)物體的接近程度；實(shí)現(xiàn)避障，或通過(guò)減速接觸物體來(lái)避免沖擊。接近傳感器一般根據(jù)波束碰到目標(biāo)物體產(chǎn)生物理變化或反射波的原理工作，根據(jù)波束的不同可分為：電磁、激光、超聲波、紅外線等幾種。接近傳感器一般測(cè)量精度不高，作用距離較短，要求目標(biāo)物體需要具有反應(yīng)波束的能力。目前五十一頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)1、電磁式接近傳感器：

接近對(duì)象必須產(chǎn)生磁反應(yīng)或產(chǎn)生電渦流，通常為磁性材料或金屬。

當(dāng)接近對(duì)象時(shí)，引

起磁場(chǎng)改變或產(chǎn)生渦流。

通過(guò)檢測(cè)周圍電磁的變

化情況，判斷接近程度。第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器目前五十二頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)2、電容式接近傳感器：

我們知道，電容的電容量與電極板之間的距離成反比；把接近對(duì)象和傳感器分別看成電容的正負(fù)極，就可以根據(jù)電容量的變化情況，判斷接近程度。第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器目前五十三頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)6.2.4觸覺(jué)與滑覺(jué)傳感器機(jī)器人觸覺(jué)是人的觸覺(jué)的模仿。它是有關(guān)機(jī)器人和物體接觸時(shí)感覺(jué)的科學(xué)。如：手指與被測(cè)物是否接觸，感知物體的表面性質(zhì)和物理特征。若沒(méi)有觸覺(jué)，就不能完好平穩(wěn)地抓住紙做的杯子，也不能握住工具。觸覺(jué)主要有兩方面應(yīng)用：

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。

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)。第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器目前五十四頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)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1目前五十五頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)各種觸覺(jué)

傳感器第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器目前五十六頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)人工皮膚觸覺(jué)傳感器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，得到在規(guī)模或超大規(guī)模陣列式觸覺(jué)傳感器。PVF2陣列式觸覺(jué)傳感器目前五十七頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)第一節(jié)基本概念與相關(guān)理論

機(jī)器人觸覺(jué)20世紀(jì)八十年代開(kāi)始出現(xiàn)，早期主要由微動(dòng)開(kāi)關(guān)、金屬觸須等實(shí)現(xiàn)；現(xiàn)在有各種原理的觸覺(jué)傳感器：壓電式、壓阻式、電容式、電磁式等，并延生了各種感覺(jué)組合在一起的仿人皮膚。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)物體接觸物體的形狀。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。目前五十八頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器滑覺(jué)是物體在手爪中運(yùn)動(dòng)時(shí)，手爪的感覺(jué)，它與觸覺(jué)和力覺(jué)都有著密切的關(guān)系。當(dāng)發(fā)現(xiàn)物體在手中滑動(dòng)時(shí)，我們會(huì)進(jìn)一步地抓緊物體，滑覺(jué)系統(tǒng)可以提高機(jī)械手抓握物體的可靠性。機(jī)器人滑覺(jué)信號(hào)的獲?。?/p>

1、通過(guò)對(duì)觸覺(jué)信號(hào)的處理：根據(jù)觸覺(jué)信號(hào)的動(dòng)態(tài)變化。

2、專用滑覺(jué)傳感器：存在小型化的困難。目前五十九頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器6.2.5視覺(jué)系統(tǒng)與傳感器視覺(jué)分二維平面視覺(jué)和三維立體視覺(jué)。視覺(jué)分為三個(gè)過(guò)程：視覺(jué)獲取、圖像處理、圖像理解。一、機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)系統(tǒng)１.機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)的硬件組成（１）景物和距離傳感器常用的有攝象機(jī)、CCD圖像傳感器、超聲波傳感器和結(jié)構(gòu)光設(shè)備等。（２）視頻信號(hào)數(shù)字化設(shè)備其任務(wù)是把視覺(jué)傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成方便計(jì)算和分析的數(shù)字信號(hào)，即A/D轉(zhuǎn)換。（３）視頻信號(hào)快速處理器，視頻信號(hào)時(shí)實(shí)、快速、并行運(yùn)算的硬件設(shè)備：如DSP系統(tǒng)。目前六十頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)第一節(jié)基本概念與相關(guān)理論視覺(jué)輸入裝置的構(gòu)成目前六十一頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)（４）計(jì)算機(jī)及其外設(shè)根據(jù)系統(tǒng)的需要選擇不同的計(jì)算機(jī)及外設(shè)來(lái)滿足機(jī)器人視覺(jué)信息處理及機(jī)器人控制的需要。（５）機(jī)器人或機(jī)械手及其控制器。2.機(jī)器人視覺(jué)的軟件系統(tǒng)組成（１）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件選用不同類型的計(jì)算機(jī)，就有不同的操作系統(tǒng)和它所支撐的各種語(yǔ)言、數(shù)據(jù)庫(kù)等。（２）機(jī)器人視覺(jué)信息處理算法圖像預(yù)處理、分割、描述、識(shí)別和解釋等算法。（３）機(jī)器人控制軟件。第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器目前六十二頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器3、視覺(jué)傳感器機(jī)器人視覺(jué)使用的主要部件是電視攝象機(jī)，它由攝象管或固態(tài)成像傳感器及相應(yīng)的電子線路組成。常用的固態(tài)成像傳感器有：電荷耦合器件(CCD)、CMOS和電荷注入器件(CID)。與具有攝象管的攝象機(jī)相比，固態(tài)成像器件有若干優(yōu)點(diǎn)，它體積小、壽命長(zhǎng)、功耗低、圖像質(zhì)量高、靈敏度高、抗震動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。

CCD電荷耦合器：特點(diǎn)：敏感度高、分辨率高、噪聲低，技術(shù)成熟，在機(jī)器人視覺(jué)中得到廣泛應(yīng)用。

CMOS互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體。特點(diǎn)：成本低、功耗低。目前六十三頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器二、視頻數(shù)字信號(hào)處理圖像信號(hào)一般是二維信號(hào)，一幅圖像通常由512*512個(gè)像素組成，每個(gè)像素有256級(jí)灰度，或者是3*8bit，紅黃藍(lán)16M種顏色，一幅圖像就有256KB或者768KB個(gè)數(shù)據(jù)。為了完成視覺(jué)處理的傳感、預(yù)處理、分割、描述、識(shí)別和解釋，主要完成的數(shù)學(xué)運(yùn)算可以歸納為：

(1)點(diǎn)處理(2)二維卷積的運(yùn)算

(3)二維正交變換(4)坐標(biāo)變換

(5)統(tǒng)計(jì)量計(jì)算目前六十四頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器

(1)點(diǎn)處理常用的有對(duì)比度增強(qiáng)、密度非線性校正、閾值處理、偽彩色處理等。例如對(duì)數(shù)變換可以實(shí)現(xiàn)暗區(qū)對(duì)比度擴(kuò)張。

(2)二維卷積的運(yùn)算常用于圖像平滑、尖銳化、輪廓增強(qiáng)、空間濾波、標(biāo)準(zhǔn)模塊匹配計(jì)算等。

(3)二維正交變換常用的二維正交變換有FFT、Walsh、Haar和K-L變換等，常用于圖像增強(qiáng)、復(fù)原、二維濾波、數(shù)據(jù)壓縮等。目前六十五頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器

(4)坐標(biāo)變換常用于圖像的放大縮小、旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)、配準(zhǔn)、幾何校正和由投影值重建圖像等。

(5)統(tǒng)計(jì)量計(jì)算如計(jì)算密度直方圖分布、平均值和協(xié)方差矩陣等。在進(jìn)行直方圖均衡化、面積計(jì)算、分類時(shí)，常常要進(jìn)行這些計(jì)量計(jì)算。目前六十六頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器3D視覺(jué)中的三角測(cè)量方法：目前六十七頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器

6.2.6聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)與聽(tīng)覺(jué)傳感器機(jī)器人聽(tīng)覺(jué)傳感器可分為語(yǔ)音感覺(jué)和聲音感覺(jué)兩種傳感器。常用的聽(tīng)覺(jué)傳感器是語(yǔ)音傳感器；聲音傳感器是利用聲波或超聲波進(jìn)行測(cè)量的一類傳感器。聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)操作人員通過(guò)語(yǔ)言直接控制機(jī)器人，涉及語(yǔ)音合成和語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)。話筒是典型的聲覺(jué)傳感器，有電動(dòng)式、壓電式、電容式等多種類型。1、電動(dòng)式聲覺(jué)傳感器

也稱動(dòng)圈式，它利用線圈在磁場(chǎng)中，切割磁感線，將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。一般來(lái)說(shuō)效果比較好，較貴。目前六十八頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器我們生活中常見(jiàn)的話筒大部分都是動(dòng)圈式話筒，其結(jié)構(gòu)如圖（下）：它在一個(gè)膜片的后面粘貼著一個(gè)由漆包線繞成的線圈，也叫音圈。在有膜片的后面還安裝了一個(gè)環(huán)形的永磁體，并將線圈套在永磁體的一個(gè)極上，線圈的兩端用引線引出。目前六十九頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)第二節(jié)機(jī)器人知覺(jué)與傳感器2、壓電式聲覺(jué)傳感器根據(jù)壓電效應(yīng)原理，將聲壓轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的設(shè)備。3、電阻變換型聲敏傳感器原理：音頻振動(dòng)——電阻值變化。接觸阻