機(jī)器人技術(shù)講稿—第5章ppt課件

1、機(jī)器人的覺得機(jī)器人的覺得Senses of RoboticsSenses 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 間隔信息的獲取間隔信息的獲取Senses of Robotics 5.1 5.1 傳感器的種類傳感器的種類 1. 1.傳感器的分類傳感器的分類 內(nèi)部傳感器：檢測機(jī)器人本身形狀手臂內(nèi)部傳感器：檢測機(jī)器人本身形狀手臂間角度等的傳感器。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，離物體的間隔有多遠(yuǎn)等及情況抓么物體

2、，離物體的間隔有多遠(yuǎn)等及情況抓取的物體滑落等的傳感器。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)境外部傳感器分為末端執(zhí)行器傳感器和環(huán)境傳感器。傳感器。 末端執(zhí)行器傳感器：主要裝在作為末端執(zhí)末端執(zhí)行器傳感器：主要裝在作為末端執(zhí)行器的手上，檢測處置精巧作業(yè)的覺得信息。行器的手上，檢測處置精巧作業(yè)的覺得信息。相當(dāng)于觸覺。相當(dāng)于觸覺。 環(huán)境傳感器：用于識別物體和檢測物體與環(huán)境傳感器：用于識別物體和檢測物體與機(jī)器人的間隔。相當(dāng)于視覺。機(jī)器人的間隔。相當(dāng)于視覺。 5.1 傳感器的種類 2.內(nèi)部形狀的覺得 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)位置的挪動間隔。

3、E：輸入電壓 L：最大挪動間隔觸頭 X：向左端挪動的間隔 E：電阻右側(cè)的輸出電壓Senses of Robotics EEeL)2( 5.1 傳感器的種類 2.內(nèi)部形狀的覺得 1位置和角度傳感器 另有光電傳感器。 Senses of Robotics 5.1 傳感器的種類 2.內(nèi)部形狀的覺得 (2)角度傳感器： 回轉(zhuǎn)式編碼器。Senses of Robotics Senses of Robotics 5.1 5.1 傳感器的種類傳感器的種類 3.3.外部情況的覺得外部情況的覺得 1 1物體識別傳感器物體識別傳感器 典型的是視覺傳感器。如攝像機(jī)。視覺典型的是視覺傳感器。如攝像機(jī)。視覺是利用是利用

4、 光機(jī)器人可用紅外線等的非接觸方式。光機(jī)器人可用紅外線等的非接觸方式。 觸覺也能識別物體。機(jī)器人可以用觸覺觸覺也能識別物體。機(jī)器人可以用觸覺傳感器傳感器 來實(shí)現(xiàn)這種機(jī)能。來實(shí)現(xiàn)這種機(jī)能。 Senses of Robotics 5.1 5.1 傳感器的種類傳感器的種類 3.3.外部情況的覺得外部情況的覺得 2 2物體探測傳感器物體探測傳感器 視覺傳感器是一種識別物體而且知道其視覺傳感器是一種識別物體而且知道其存在的存在的 傳感器。傳感器。 例如光電開關(guān)。例如光電開關(guān)。 視覺傳感器、光電開關(guān)和超聲波傳感器，視覺傳感器、光電開關(guān)和超聲波傳感器，即使即使 物體較遠(yuǎn)也能探測其存在。物體較遠(yuǎn)也能探測其存在

5、。Senses of Robotics 5.1 5.1 傳感器的種類傳感器的種類 3.3.外部情況的覺得外部情況的覺得 3 3極近物體探測傳感器極近物體探測傳感器 探測非常近的物體存探測非常近的物體存 在的傳感器稱為接近傳感在的傳感器稱為接近傳感 器。器。Senses of Robotics 5.1 5.1 傳感器的種類傳感器的種類 3.3.外部情況的覺得外部情況的覺得 4 4間隔傳感器間隔傳感器 攝像機(jī)做間隔傳感器。詳細(xì)留待攝像機(jī)做間隔傳感器。詳細(xì)留待5.45.4節(jié)節(jié)引見。引見。 超聲波做間隔傳感器?？捎糜隰~群探測、超聲波做間隔傳感器?？捎糜隰~群探測、金屬金屬 內(nèi)部探傷等方面。內(nèi)部探傷等方面

6、。Senses of Robotics 5.1 5.1 傳感器的種類傳感器的種類 3.3.外部情況的覺得外部情況的覺得 5 5力覺傳感器力覺傳感器 力覺傳感器是檢測力和力矩的施加地點(diǎn)力覺傳感器是檢測力和力矩的施加地點(diǎn)大小方大小方 向三個(gè)兩的傳感器。向三個(gè)兩的傳感器。 力的檢測主要是用電阻應(yīng)變片參看力的檢測主要是用電阻應(yīng)變片參看5.25.2節(jié)。節(jié)。 Senses of Robotics 5.1 5.1 傳感器的種類傳感器的種類 3.3.外部情況的覺得外部情況的覺得 6 6其他傳感器其他傳感器 利用聲波：語音識別傳感器。分析振動利用聲波：語音識別傳感器。分析振動聲音探聲音探 測機(jī)械缺點(diǎn)的點(diǎn)傳感器。

7、測機(jī)械缺點(diǎn)的點(diǎn)傳感器。 熱傳感器：點(diǎn)檢傳感器。熱傳感器：點(diǎn)檢傳感器。 經(jīng)過分析敲打的聲音測定果品成熟程度經(jīng)過分析敲打的聲音測定果品成熟程度的傳感的傳感 器。器。 根據(jù)近紅外線的糖度吸收程度測定水果根據(jù)近紅外線的糖度吸收程度測定水果甜度的甜度的 傳感器傳感器Senses of Robotics 5.2 5.2 觸覺信息的獲取觸覺信息的獲取 1.1.接觸覺傳感器接觸覺傳感器 接觸覺傳感器：探測能否接觸到物體，傳接觸覺傳感器：探測能否接觸到物體，傳感器接受由于接觸產(chǎn)生的柔量。感器接受由于接觸產(chǎn)生的柔量。 微動開關(guān)：按下開關(guān)就能進(jìn)入電信號的簡微動開關(guān)：按下開關(guān)就能進(jìn)入電信號的簡單機(jī)構(gòu)。單機(jī)構(gòu)。 貓胡須

8、傳感器：如圖貓胡須傳感器：如圖a,ba,bSenses of Robotics 5.2 5.2 觸覺信息的獲取觸覺信息的獲取 2.2.壓覺傳感器壓覺傳感器 壓覺傳感器：檢測物體同手爪間產(chǎn)生的壓壓覺傳感器：檢測物體同手爪間產(chǎn)生的壓力和力以及其分布情況。力和力以及其分布情況。 利用壓電元件或彈簧。利用壓電元件或彈簧。 如圖是運(yùn)用彈簧的平如圖是運(yùn)用彈簧的平 面?zhèn)鞲衅鳌Ｃ鎮(zhèn)鞲衅?。Senses of Robotics 5.2 5.2 觸覺信息的獲取觸覺信息的獲取 3.3.滑覺傳感器滑覺傳感器 滑覺傳感器：檢測垂直加壓力方向的力和滑覺傳感器：檢測垂直加壓力方向的力和位移。位移。 Senses of Rob

9、otics 5.2 5.2 觸覺信息的獲取觸覺信息的獲取 4.4.力覺傳感器力覺傳感器 力覺傳感器主要利用電阻力覺傳感器主要利用電阻 應(yīng)變片。應(yīng)變片。 原理：金屬絲拉伸時(shí)電阻原理：金屬絲拉伸時(shí)電阻 變大。變大。 Senses of Robotics 5.2 5.2 觸覺信息的獲取觸覺信息的獲取 圖中電壓與電流關(guān)系：圖中電壓與電流關(guān)系： 那么：那么： 所以：所以： 221121;)(2)2(RIVIRRVRIIRRVRRVVVV421VVRR4Senses of Robotics 5.2 5.2 視覺信息的獲取視覺信息的獲取 1.PSD1.PSDposition sensitive device

10、position sensitive device傳感傳感器器 PSDPSD傳感器：當(dāng)光束照射到傳感器：當(dāng)光束照射到1 1維的線和維的線和2 2維的維的平面時(shí)，檢測光照射的位置。平面時(shí)，檢測光照射的位置。L L ：電極：電極1 1與電極與電極2 2的間隔。的間隔。I1I1：流過電極：流過電極1 1的電流。的電流。I2I2：流過電極：流過電極2 2的電流。的電流。X X：光照射點(diǎn)與電極：光照射點(diǎn)與電極1 1的間隔。的間隔。 211IILxSenses of Robotics 5.3 5.3 視覺信息的獲取視覺信息的獲取 2.2.視覺傳感器視覺傳感器 機(jī)器人經(jīng)過攝像機(jī)以圖像的方式獲得環(huán)境機(jī)器人經(jīng)過

11、攝像機(jī)以圖像的方式獲得環(huán)境的信息。的信息。 1 1CCD(charge coupled device)CCD(charge coupled device)傳感器。傳感器。 CCDCCD陣列，二維掃描，對表示灰度的電陣列，二維掃描，對表示灰度的電壓采樣，壓采樣， 二值數(shù)字化處置。每一定時(shí)間間隔掃描一二值數(shù)字化處置。每一定時(shí)間間隔掃描一遍。遍。 Senses of Robotics 5.3 5.3 視覺信息的獲取視覺信息的獲取 2.2.視覺傳感器視覺傳感器 2 2圖像的投影。圖像的投影。O O ：原點(diǎn)，透鏡中心。：原點(diǎn)，透鏡中心。Z Z軸：光軸，攝像機(jī)的前方。軸：光軸，攝像機(jī)的前方。xyxy軸：組

12、成圖像面。軸：組成圖像面。P P點(diǎn)：物體上一點(diǎn)。點(diǎn)：物體上一點(diǎn)。p p點(diǎn)：點(diǎn)：P P在圖像面上的投影。在圖像面上的投影。 ZfYyZfXx,Senses of Robotics 5.3 5.3 視覺信息的獲取視覺信息的獲取 3.3.外形傳感器外形傳感器 1 1利用利用CCDCCD攝像機(jī)拍攝穿透光。熱噪聲的攝像機(jī)拍攝穿透光。熱噪聲的干擾。干擾。 透明物體不能準(zhǔn)確識別。透明物體不能準(zhǔn)確識別。 2 2假設(shè)外形有特征，可用輪廓識別物體。假設(shè)外形有特征，可用輪廓識別物體。 例：由手印鑒別每個(gè)人。例：由手印鑒別每個(gè)人。 由外形識別機(jī)械零件。由外形識別機(jī)械零件。 Senses of Robotics 5.3

13、 5.3 視覺信息的獲取視覺信息的獲取 4. 4.光切斷傳感器光切斷傳感器 將經(jīng)過狹縫照射的面狀光投射到物體上，將經(jīng)過狹縫照射的面狀光投射到物體上，再檢測反射光。再檢測反射光。 : :狹縫光源的俯角。狹縫光源的俯角。2d :2d :投射在物體上的兩直線光投射在物體上的兩直線光 源間的間隔。源間的間隔。LWH:LWH:分別是物體的長寬高。分別是物體的長寬高。tandH Senses of Robotics 5.3 5.3 視覺信息的獲取視覺信息的獲?。何矬w與傳送帶所成的角度。：物體與傳送帶所成的角度。 W W：物體上照射線的長度。：物體上照射線的長度。 l l：物體在傳送帶上所占的長度。：物體在

14、傳送帶上所占的長度。 coswW sincosWLlSenses of Robotics 5.3 5.3 視覺信息的獲取視覺信息的獲取 5.5.全方位視覺傳感器全方位視覺傳感器 1 1使攝像機(jī)回轉(zhuǎn)的方式。使攝像機(jī)回轉(zhuǎn)的方式。 2 2帶有特殊反射鏡的攝像機(jī)。如圖帶有特殊反射鏡的攝像機(jī)。如圖Senses of Robotics 5.3 5.3 視覺信息的獲取視覺信息的獲取 5. 5.全方位視覺傳感器全方位視覺傳感器 鏡面方程表達(dá)式：鏡面方程表達(dá)式：P P ：空間內(nèi)一點(diǎn)。：空間內(nèi)一點(diǎn)。p p ：P P在攝像機(jī)上所成的像。在攝像機(jī)上所成的像。OMOM：反射鏡的一個(gè)焦點(diǎn)。：反射鏡的一個(gè)焦點(diǎn)。OCOC：反

15、射鏡的另一個(gè)焦點(diǎn)。：反射鏡的另一個(gè)焦點(diǎn)。O O ：坐標(biāo)原點(diǎn)。：坐標(biāo)原點(diǎn)。f f ：攝像機(jī)透鏡的焦距。：攝像機(jī)透鏡的焦距。 : : 直線直線OM POM P的仰角。的仰角。 ：反射鏡面反射光的仰角。：反射鏡面反射光的仰角。 1)(22222bZaYXSenses of Robotics 5.3 5.3 視覺信息的獲取視覺信息的獲取 5. 5.全方位視覺傳感器全方位視覺傳感器：點(diǎn)：點(diǎn)p p也是點(diǎn)也是點(diǎn)P P的方位角的方位角 cos)(2sin)(tantantantan2222122122cbbccbyxfcYXZxyXY5.4 5.4 間隔信息的獲取間隔信息的獲取 1.1.雙目視覺雙目視覺 由于

16、視差得到間隔覺得。由于視差得到間隔覺得。O1 O1 ：攝像機(jī)：攝像機(jī)1 1的透鏡中心。的透鏡中心。O2 O2 ：攝像機(jī)：攝像機(jī)1 1的透鏡中心。的透鏡中心。P P ：空間一點(diǎn)。：空間一點(diǎn)。p1 p1 ：P P在攝像機(jī)在攝像機(jī)1 1上的圖像。上的圖像。p2 p2 ：P P在攝像機(jī)在攝像機(jī)1 1上的圖像。上的圖像。Senses of Robotics Senses of Robotics 5.4 5.4 間隔信息的獲取間隔信息的獲取 2.2.投光法投光法 投光法：采用自動光照射對象物體，用攝投光法：采用自動光照射對象物體，用攝像機(jī)把照射點(diǎn)捕捉到圖像上，再用三角丈量算像機(jī)把照射點(diǎn)捕捉到圖像上，再用三角丈量算出間隔。出間隔。 例：測距計(jì)：一種把雙目視覺一側(cè)的攝像例：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)的安裝。普通以激光為光源。機(jī)置換成投光機(jī)的安裝。普通以激光為光源。Senses of Rob