第8章-機(jī)器人傳感器

1、Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/2022n 第第8 8章章 傳感器傳感器Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/2022n 8.1 8.1 引言引言視視 覺覺聽聽 覺覺嗅嗅 覺覺味味 覺覺觸觸 覺覺o 給機(jī)器人裝備什么樣的傳感器，對(duì)這些傳感器有什么要給機(jī)器人裝備什么樣的傳感器，對(duì)這些傳感器有什么要求，這是設(shè)計(jì)機(jī)器人感覺系統(tǒng)時(shí)遇到的首要問題。選擇機(jī)器求，這是設(shè)計(jì)機(jī)器人感覺系統(tǒng)時(shí)遇到的首要問題。選擇機(jī)器人傳感器應(yīng)當(dāng)完全取決于機(jī)器人的人傳感器應(yīng)當(dāng)完全取決于機(jī)器人的工作需要工作需要和和應(yīng)用特點(diǎn)應(yīng)用特點(diǎn)。多多傳傳感感器器在在移移動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)器器人人中中的的應(yīng)應(yīng)用用Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)

2、4/24/2022采用兩級(jí)分布式計(jì)算采用兩級(jí)分布式計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)機(jī)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng) 在機(jī)器人中，起到內(nèi)部反饋控制作在機(jī)器人中，起到內(nèi)部反饋控制作用或感知與外部環(huán)境的相互作用的用或感知與外部環(huán)境的相互作用的裝置被稱為傳感器。裝置被稱為傳感器。靈巧手靈巧手三個(gè)手指三個(gè)手指3個(gè)關(guān)節(jié)個(gè)關(guān)節(jié)微電機(jī)微電機(jī)角度傳感器角度傳感器三維力傳感器三維力傳感器概念：概念：Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/2022n 8.2 8.2 傳感器分類傳感器分類機(jī)器人機(jī)器人機(jī)器人信息傳感 內(nèi)傳感器是用于測(cè)量機(jī)器內(nèi)傳感器是用于測(cè)量機(jī)器人自身狀態(tài)的功能元件。人自身狀態(tài)的功能元件。 測(cè)量與機(jī)器人作業(yè)有關(guān)的測(cè)量與機(jī)器人作業(yè)有關(guān)

3、的外部因素。通常與機(jī)器人的外部因素。通常與機(jī)器人的目標(biāo)識(shí)別目標(biāo)識(shí)別、作業(yè)安全作業(yè)安全等因素等因素有關(guān)。有關(guān)。Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/2022傳感器如何選擇？傳感器如何選擇？Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/2022n 傳感器特性傳感器特性Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/20228.3 8.3 內(nèi)傳感器：內(nèi)傳感器： 內(nèi)傳感器是用于測(cè)量機(jī)器人自身狀態(tài)的功能元內(nèi)傳感器是用于測(cè)量機(jī)器人自身狀態(tài)的功能元件。件。 具體檢測(cè)的對(duì)象有：具體檢測(cè)的對(duì)象有： 關(guān)節(jié)的線位移、角位移等幾何量；關(guān)節(jié)的線位移、角位移等幾何量； 速度、角速度、加速度等運(yùn)動(dòng)量；速度、角速度、加速度等運(yùn)動(dòng)量

4、； 傾斜角、方位角、振動(dòng)等物理量。傾斜角、方位角、振動(dòng)等物理量。 內(nèi)傳感器常用于控制系統(tǒng)中，用作內(nèi)傳感器常用于控制系統(tǒng)中，用作反饋元件反饋元件，檢測(cè)機(jī)器人自身的狀態(tài)參數(shù)。檢測(cè)機(jī)器人自身的狀態(tài)參數(shù)。常用的有：常用的有： Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/20221 1規(guī)定位置檢測(cè)的內(nèi)傳感器：規(guī)定位置檢測(cè)的內(nèi)傳感器：應(yīng)用場(chǎng)合：應(yīng)用場(chǎng)合： 檢測(cè)規(guī)定的位置，常用檢測(cè)規(guī)定的位置，常用ON/OFF兩個(gè)狀態(tài)值。這兩個(gè)狀態(tài)值。這種方法用于檢測(cè)機(jī)器人的種方法用于檢測(cè)機(jī)器人的起始原點(diǎn)起始原點(diǎn)、終點(diǎn)位置終點(diǎn)位置或或某某個(gè)確定的位置個(gè)確定的位置。典型元器件：典型元器件：給定位置檢測(cè)常用的檢測(cè)元件有給定位置檢測(cè)

5、常用的檢測(cè)元件有微型開關(guān)、光電開關(guān)微型開關(guān)、光電開關(guān)等。等。1）微型開關(guān)微型開關(guān) 規(guī)定的位移量或力作用在微型開關(guān)的可動(dòng)部分上，開規(guī)定的位移量或力作用在微型開關(guān)的可動(dòng)部分上，開關(guān)的電氣觸點(diǎn)斷開（常閉）或接通（常開）并向控制回關(guān)的電氣觸點(diǎn)斷開（常閉）或接通（常開）并向控制回路發(fā)出動(dòng)作信號(hào)。路發(fā)出動(dòng)作信號(hào)。Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/2022一般在限位開關(guān)的執(zhí)行器上安裝滾輪。一般在限位開關(guān)的執(zhí)行器上安裝滾輪。 限位開關(guān)限位開關(guān)就是用以限定機(jī)械設(shè)備的運(yùn)動(dòng)極限位就是用以限定機(jī)械設(shè)備的運(yùn)動(dòng)極限位置的電氣開關(guān)。置的電氣開關(guān)。 這種開關(guān)有這種開關(guān)有接觸式的和非接觸式接觸式的和非接觸式兩種。兩種。

6、 接觸式的比較直觀，機(jī)械設(shè)備的運(yùn)動(dòng)部件上，接觸式的比較直觀，機(jī)械設(shè)備的運(yùn)動(dòng)部件上，安裝行程開關(guān)，與其相對(duì)運(yùn)動(dòng)的固定點(diǎn)上安裝極限安裝行程開關(guān)，與其相對(duì)運(yùn)動(dòng)的固定點(diǎn)上安裝極限位置的擋塊，或者是相反安裝位置。當(dāng)行程開關(guān)的位置的擋塊，或者是相反安裝位置。當(dāng)行程開關(guān)的機(jī)械觸頭碰上擋塊時(shí)，切斷了（或改變了）控制電機(jī)械觸頭碰上擋塊時(shí)，切斷了（或改變了）控制電路，機(jī)械就停止運(yùn)行或改變運(yùn)行。由于機(jī)械的慣性路，機(jī)械就停止運(yùn)行或改變運(yùn)行。由于機(jī)械的慣性運(yùn)動(dòng)，這種行程開關(guān)有一定的運(yùn)動(dòng)，這種行程開關(guān)有一定的“超行程超行程”以保護(hù)開以保護(hù)開關(guān)不受損壞。關(guān)不受損壞。 非接觸式的形式很多，常見的有干簧管、光電非接觸式的形式很

7、多，常見的有干簧管、光電式、感應(yīng)式等，這幾種形式在電梯中都能夠見到。式、感應(yīng)式等，這幾種形式在電梯中都能夠見到。當(dāng)然還有更多的先進(jìn)形式。當(dāng)然還有更多的先進(jìn)形式。執(zhí)行器形狀不同的限位開關(guān)Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/20222 2）光電開關(guān)）光電開關(guān) 光電開關(guān)是通過(guò)把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化來(lái)實(shí)光電開關(guān)是通過(guò)把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的現(xiàn)控制的。光電開關(guān)在一般情況下，有三部分構(gòu)成，它們分。光電開關(guān)在一般情況下，有三部分構(gòu)成，它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測(cè)電路。為：發(fā)送器、接收器和檢測(cè)電路。 光電開關(guān)的原理光電開關(guān)的原理是根據(jù)投光器發(fā)出的光束是根據(jù)投光器發(fā)出的光束

8、,被物體阻斷或被物體阻斷或部分反射部分反射,受光器最終據(jù)此作出判斷反應(yīng)，啟動(dòng)開關(guān)作用。受光器最終據(jù)此作出判斷反應(yīng)，啟動(dòng)開關(guān)作用。 光電開關(guān)的原理光電開關(guān)的原理特點(diǎn)：非接觸性檢特點(diǎn)：非接觸性檢測(cè)，精度達(dá)測(cè)，精度達(dá)0.5mm.Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/20222位置、角度測(cè)量 測(cè)量機(jī)器人測(cè)量機(jī)器人關(guān)節(jié)線位移關(guān)節(jié)線位移和和角位移角位移的傳感器是的傳感器是機(jī)器人位置反饋控制中必不可少的元件。常機(jī)器人位置反饋控制中必不可少的元件。常用的有用的有電位器、旋轉(zhuǎn)變壓器、編碼器電位器、旋轉(zhuǎn)變壓器、編碼器等。其等。其中編碼器既可以檢測(cè)直線位移，又可以檢測(cè)中編碼器既可以檢測(cè)直線位移，又可以檢測(cè)角位移

9、。角位移。Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/2022 1）光電編碼器）光電編碼器： 光電編碼器由光電編碼器由發(fā)光元件、聚光鏡、漏光盤、光欄板、光敏發(fā)光元件、聚光鏡、漏光盤、光欄板、光敏管管等構(gòu)成。燈泡發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)聚焦后變成平行光束，當(dāng)?shù)葮?gòu)成。燈泡發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)聚焦后變成平行光束，當(dāng)漏光盤上的條紋與光欄板上的條紋重合時(shí)，光敏管便接受漏光盤上的條紋與光欄板上的條紋重合時(shí)，光敏管便接受一次光的信號(hào)并記數(shù)，由此可以測(cè)試旋轉(zhuǎn)速度。一次光的信號(hào)并記數(shù)，由此可以測(cè)試旋轉(zhuǎn)速度。光電編碼器工作原理圖光電編碼器工作原理圖1-光源光源 2-聚光鏡聚光鏡 3-漏光盤漏光盤 4-光敏管光敏管 5-光攔板光攔板

10、Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/2022l2）電位器）電位器 由環(huán)狀或棒狀電阻絲和滑動(dòng)片（電刷）組成由環(huán)狀或棒狀電阻絲和滑動(dòng)片（電刷）組成。將線位移或角位移轉(zhuǎn)化。將線位移或角位移轉(zhuǎn)化成電阻的變化，以電壓或電流形式輸出。檢測(cè)的是以電阻中心為基準(zhǔn)位成電阻的變化，以電壓或電流形式輸出。檢測(cè)的是以電阻中心為基準(zhǔn)位置的移動(dòng)距離。置的移動(dòng)距離。 E：輸入電壓輸入電壓 L：觸頭最大移動(dòng)距離觸頭最大移動(dòng)距離 X：向：向左端移動(dòng)的距離左端移動(dòng)的距離 e：電阻右側(cè)的輸出電壓電阻右側(cè)的輸出電壓EEeL)2(Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/2022l 3）編碼器）編碼器檢測(cè)細(xì)微運(yùn)動(dòng)，輸出數(shù)字信號(hào)檢

11、測(cè)細(xì)微運(yùn)動(dòng)，輸出數(shù)字信號(hào)根據(jù)信號(hào)輸出形式分為根據(jù)信號(hào)輸出形式分為增量式和絕對(duì)式增量式和絕對(duì)式A 增量式增量式簡(jiǎn)單旋轉(zhuǎn)式增量編碼器簡(jiǎn)單旋轉(zhuǎn)式增量編碼器簡(jiǎn)單直線增量編碼器簡(jiǎn)單直線增量編碼器Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/2022 旋轉(zhuǎn)式增量編碼器旋轉(zhuǎn)式增量編碼器通過(guò)內(nèi)部?jī)蓚€(gè)光通過(guò)內(nèi)部?jī)蓚€(gè)光敏接收管轉(zhuǎn)化其角度碼盤的敏接收管轉(zhuǎn)化其角度碼盤的時(shí)序時(shí)序和和相相位位關(guān)系關(guān)系，得到其角度碼盤角度位移量，得到其角度碼盤角度位移量增加（正方向）或減少（負(fù)方向）。增加（正方向）或減少（負(fù)方向）。順時(shí)針運(yùn)動(dòng)逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)A B1 10 10 01 0A B1 11 00 00 1S2S1S0 S1S0順時(shí)針順時(shí)

12、針逆時(shí)針逆時(shí)針S0S0S2S2Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/2022無(wú)法輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)無(wú)法輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的絕對(duì)位置信息的絕對(duì)位置信息 增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖原理輸出三組方波脈沖A A、B B和和Z Z相；相；A A、B B兩組脈沖相位差兩組脈沖相位差9090，從而可方，從而可方便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向，而便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向，而Z Z相為每轉(zhuǎn)相為每轉(zhuǎn)一個(gè)脈沖，用于基準(zhǔn)點(diǎn)定位。一個(gè)脈沖，用于基準(zhǔn)點(diǎn)定位。優(yōu)優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)原理構(gòu)造簡(jiǎn)單原理構(gòu)造簡(jiǎn)單壽命長(zhǎng)，可靠性高壽命長(zhǎng)，可靠性高抗干擾能力強(qiáng)抗干擾能力強(qiáng)缺缺點(diǎn)點(diǎn)Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/20

13、22B B 絕對(duì)式絕對(duì)式#格雷碼二進(jìn)制碼#格雷碼二進(jìn)制碼00000000060101011010001000170100011120011001081100100030010001191101100140110010010111110105011101011111101011 每個(gè)位置都對(duì)應(yīng)著透每個(gè)位置都對(duì)應(yīng)著透光與不透光弧段的惟一確光與不透光弧段的惟一確定組合，這種確定組合有定組合，這種確定組合有惟一的特征。通過(guò)這特征，惟一的特征。通過(guò)這特征，在任意時(shí)刻都可以確定碼在任意時(shí)刻都可以確定碼盤的精確位置。盤的精確位置。絕對(duì)式旋轉(zhuǎn)編碼器根據(jù)讀出碼盤上的編碼檢測(cè)絕對(duì)位置。絕對(duì)式旋轉(zhuǎn)編碼器根據(jù)讀出碼盤

14、上的編碼檢測(cè)絕對(duì)位置。Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/20223 3）旋轉(zhuǎn)變壓器）旋轉(zhuǎn)變壓器原理：原理：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)引起磁通量旋轉(zhuǎn)，在次級(jí)線圈產(chǎn)生變化轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)引起磁通量旋轉(zhuǎn)，在次級(jí)線圈產(chǎn)生變化的電壓。從而可以用來(lái)測(cè)量角位移。的電壓。從而可以用來(lái)測(cè)量角位移。 旋轉(zhuǎn)變壓器又稱分解器旋轉(zhuǎn)變壓器又稱分解器，是一種控制用的微電機(jī)，它將機(jī)械轉(zhuǎn)角變是一種控制用的微電機(jī)，它將機(jī)械轉(zhuǎn)角變換成與該轉(zhuǎn)角呈某一函數(shù)關(guān)系的電信號(hào)的一種間接測(cè)量裝置換成與該轉(zhuǎn)角呈某一函數(shù)關(guān)系的電信號(hào)的一種間接測(cè)量裝置。 在結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)上與二相線繞式異步電動(dòng)機(jī)相似，由定子和轉(zhuǎn)子組成。定子繞組為變壓上與二相線繞式異步電動(dòng)機(jī)相似，由定子和轉(zhuǎn)

15、子組成。定子繞組為變壓器的原邊，轉(zhuǎn)子繞組為變壓器的副邊。激磁電壓接到轉(zhuǎn)子繞組上，感應(yīng)器的原邊，轉(zhuǎn)子繞組為變壓器的副邊。激磁電壓接到轉(zhuǎn)子繞組上，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)由定子繞組輸出。電動(dòng)勢(shì)由定子繞組輸出。 旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作靈敏，對(duì)環(huán)境無(wú)特殊要求，維護(hù)方便，輸出信號(hào)旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作靈敏，對(duì)環(huán)境無(wú)特殊要求，維護(hù)方便，輸出信號(hào)幅度大，抗干擾性強(qiáng)，工作可靠。幅度大，抗干擾性強(qiáng)，工作可靠。 Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/20223 、速度傳感器速度傳感器編碼器編碼器原理原理：在閉環(huán)伺服系統(tǒng)中，編碼器的反饋脈沖個(gè)數(shù)和系統(tǒng)所在閉環(huán)伺服系統(tǒng)中，編碼器的反饋脈沖個(gè)數(shù)和系統(tǒng)所走位置的多少成正比。走位

16、置的多少成正比。對(duì)任意給定的角位移，編碼器將產(chǎn)生對(duì)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(hào)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)指定時(shí)間內(nèi)脈沖信號(hào)的數(shù)量，確定數(shù)量的脈沖信號(hào)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)指定時(shí)間內(nèi)脈沖信號(hào)的數(shù)量，能計(jì)算出相應(yīng)的角速度。能計(jì)算出相應(yīng)的角速度。 速度、角速度的測(cè)量是驅(qū)動(dòng)器反饋控制中必不可少的環(huán)速度、角速度的測(cè)量是驅(qū)動(dòng)器反饋控制中必不可少的環(huán)節(jié)。可利用前面所述的位移傳感器或編碼器測(cè)量，也可用測(cè)節(jié)?？衫们懊嫠龅奈灰苽鞲衅骰蚓幋a器測(cè)量，也可用測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)量。速發(fā)電機(jī)測(cè)量。Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/2022 從工作原理上講從工作原理上講,它屬于它屬于“發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)”的范疇。測(cè)速發(fā)電機(jī)的范疇。測(cè)

17、速發(fā)電機(jī)在控制系統(tǒng)中主要作為在控制系統(tǒng)中主要作為阻尼元件、微分元件、積分元件和測(cè)阻尼元件、微分元件、積分元件和測(cè)速元件速元件來(lái)使用。測(cè)速發(fā)電機(jī)是一種測(cè)量轉(zhuǎn)速的微型發(fā)電機(jī)，來(lái)使用。測(cè)速發(fā)電機(jī)是一種測(cè)量轉(zhuǎn)速的微型發(fā)電機(jī)，它它把輸入的機(jī)械轉(zhuǎn)速變換為電壓信號(hào)輸出把輸入的機(jī)械轉(zhuǎn)速變換為電壓信號(hào)輸出，并要求輸出的電，并要求輸出的電壓信號(hào)與轉(zhuǎn)速成正比，即壓信號(hào)與轉(zhuǎn)速成正比，即 測(cè)速發(fā)電機(jī)分直流測(cè)速發(fā)電機(jī)和交流測(cè)速發(fā)電機(jī)兩大類。測(cè)速發(fā)電機(jī)分直流測(cè)速發(fā)電機(jī)和交流測(cè)速發(fā)電機(jī)兩大類。 測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/2022 1）直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī) 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)實(shí)際就是一種

18、微型直流發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)實(shí)際就是一種微型直流發(fā)電機(jī)，按定子磁極的勵(lì)磁方式，按定子磁極的勵(lì)磁方式分為電磁式和永磁式。分為電磁式和永磁式。直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓與轉(zhuǎn)速要嚴(yán)格保持正比的輸出電壓與轉(zhuǎn)速要嚴(yán)格保持正比關(guān)系關(guān)系,這在實(shí)際中是難以做到的，直流測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出的是一個(gè)這在實(shí)際中是難以做到的，直流測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出的是一個(gè)脈動(dòng)電壓脈動(dòng)電壓，其交變分量對(duì)速度反饋控制系統(tǒng)、高精度的解算裝置有較明顯的影響。其交變分量對(duì)速度反饋控制系統(tǒng)、高精度的解算裝置有較明顯的影響。2）交流測(cè)速發(fā)電機(jī)交流測(cè)速發(fā)電機(jī) 交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)與交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)相似，其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有籠型與交流伺

19、服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)相似，其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有籠型的，也有杯型的，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中多用的，也有杯型的，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中多用空心杯轉(zhuǎn)子異步測(cè)速發(fā)電機(jī)空心杯轉(zhuǎn)子異步測(cè)速發(fā)電機(jī)。 交流同步測(cè)速發(fā)電機(jī)交流同步測(cè)速發(fā)電機(jī)因感應(yīng)電勢(shì)頻率隨轉(zhuǎn)速而變，致使電機(jī)本身的阻抗因感應(yīng)電勢(shì)頻率隨轉(zhuǎn)速而變，致使電機(jī)本身的阻抗及負(fù)載阻抗均隨轉(zhuǎn)速而變化，因此，輸出電壓不再與轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系。故及負(fù)載阻抗均隨轉(zhuǎn)速而變化，因此，輸出電壓不再與轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系。故同步測(cè)速發(fā)電機(jī)應(yīng)用較少。同步測(cè)速發(fā)電機(jī)應(yīng)用較少。 測(cè)速發(fā)電機(jī)的作用是將機(jī)械速度轉(zhuǎn)換為電氣信號(hào)，常用作測(cè)速發(fā)電機(jī)的作用是將機(jī)械速度轉(zhuǎn)換為電氣信號(hào)，常用作測(cè)速元件、測(cè)速元件、校正元件、解算元件

20、校正元件、解算元件，與伺服電機(jī)配合，廣泛使用于許多速度控制或位置，與伺服電機(jī)配合，廣泛使用于許多速度控制或位置控制系統(tǒng)中，如在穩(wěn)速控制系統(tǒng)中，測(cè)速發(fā)電機(jī)將速度轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)作控制系統(tǒng)中，如在穩(wěn)速控制系統(tǒng)中，測(cè)速發(fā)電機(jī)將速度轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)作為速度反饋信號(hào)，可達(dá)到較高的穩(wěn)定性和較高的精度，在計(jì)算解答裝置中，為速度反饋信號(hào)，可達(dá)到較高的穩(wěn)定性和較高的精度，在計(jì)算解答裝置中，常作為微分、積分元件。常作為微分、積分元件。Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/20228.4 8.4 典型外傳感器典型外傳感器 用來(lái)檢測(cè)機(jī)器人所處環(huán)境（如是什么物體，離物體的距離有用來(lái)檢測(cè)機(jī)器人所處環(huán)境（如是什么物體，離物

21、體的距離有多遠(yuǎn)等）及狀況（如抓取的物體是否滑落）的傳感器。多遠(yuǎn)等）及狀況（如抓取的物體是否滑落）的傳感器。主要有：主要有：物體識(shí)別傳感器、物體探傷傳感器、接近覺傳感器、距離傳感器、物體識(shí)別傳感器、物體探傷傳感器、接近覺傳感器、距離傳感器、力覺傳感器，聽覺傳感器等。力覺傳感器，聽覺傳感器等。Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/20228.4.1 8.4.1 外部狀況的感覺外部狀況的感覺 1、物體識(shí)別傳感器 典型的是視覺傳感器，如攝像機(jī)。視覺是利用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。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

22、以用觸覺傳感器觸覺也能識(shí)別物體。機(jī)器人可以用觸覺傳感器 來(lái)實(shí)現(xiàn)這種機(jī)能。來(lái)實(shí)現(xiàn)這種機(jī)能。 2、物體探測(cè)傳感器 物體探測(cè)傳感器是一種識(shí)別物體而且知道其存在物體探測(cè)傳感器是一種識(shí)別物體而且知道其存在 的傳感器。例如的傳感器。例如視覺傳感器、光電開關(guān)和超聲波傳感視覺傳感器、光電開關(guān)和超聲波傳感器等器等，即使物體較遠(yuǎn)也能探測(cè)其存在。，即使物體較遠(yuǎn)也能探測(cè)其存在。Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/20223、極近物體探測(cè)傳感器 探測(cè)非常近的物體存在的傳感器稱為探測(cè)非常近的物體存在的傳感器稱為接近傳感器接近傳感器。 接近傳感器又稱無(wú)觸點(diǎn)接近傳感器，是理想的電子開關(guān)量傳感器。當(dāng)金屬類被檢測(cè)體接近傳感

23、器的感應(yīng)區(qū)域，開關(guān)就能在無(wú)接觸、無(wú)壓力、無(wú)火花的情況下迅速發(fā)出電氣指令，準(zhǔn)確反應(yīng)出運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的位置和行程。即使用于一般的行程控制，其定位精度、操作頻率、使用壽命、安裝調(diào)整的方便性和對(duì)惡劣環(huán)境的適用能力，是一般機(jī)械式行程開關(guān)所不能相比的。常用的有： 兩線制接近傳感器：兩線制接近傳感器安裝簡(jiǎn)單，接線方便；應(yīng)用比較廣泛，但卻有殘余電壓和漏電流大的缺點(diǎn)。直流三線式接近傳感器的輸出型有NPN和PNP兩種，70年代日本產(chǎn)品絕大多數(shù)是NPN輸出，西歐各國(guó)NPN、PNP兩種輸出型都有。 PNP輸出接近傳感器一般應(yīng)用在PLC或計(jì)算機(jī)上作為控制指令的較多，NPN輸出接近傳感器用于控制直流繼電器較多，在實(shí)際應(yīng)用中要根

24、據(jù)控制電路的特性進(jìn)行選擇其輸出形式。 Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/2022帶有帶有RS232數(shù)據(jù)接數(shù)據(jù)接口激光測(cè)距傳感器口激光測(cè)距傳感器超聲波距離傳感器超聲波距離傳感器紅外線距離傳感器紅外線距離傳感器4 4、距離傳感器、距離傳感器 攝像機(jī)距離傳感器。攝像機(jī)距離傳感器。 超聲波距離傳感器超聲波距離傳感器。 超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波對(duì)液體、超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波對(duì)液體、固體的穿透能力很大，尤其是在不透光的固體中，它可穿透幾十米的深度。固體的穿透能力很大，尤其是在不透光的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會(huì)

25、產(chǎn)生顯著反射形成反射回波超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會(huì)產(chǎn)生顯著反射形成反射回波，碰到活動(dòng)物體能碰到活動(dòng)物體能產(chǎn)生產(chǎn)生多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)。因此超聲波檢測(cè)廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國(guó)防、生物醫(yī)學(xué)等方。因此超聲波檢測(cè)廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國(guó)防、生物醫(yī)學(xué)等方面。以超聲波作為檢測(cè)手段，必須產(chǎn)生超聲波和接收超聲波。面。以超聲波作為檢測(cè)手段，必須產(chǎn)生超聲波和接收超聲波?？捎糜隰~群可用于魚群探測(cè)、金屬內(nèi)部探傷等方面。探測(cè)、金屬內(nèi)部探傷等方面。 激光距離傳感器激光距離傳感器： 利用激光傳輸時(shí)間來(lái)測(cè)量距離的基本原理是，通過(guò)測(cè)量激光往返目標(biāo)利用激光傳輸時(shí)間來(lái)測(cè)量距離的基本原理是，通過(guò)測(cè)量激光往返目標(biāo)所需時(shí)間來(lái)確定目標(biāo)距離。所需時(shí)間來(lái)確

26、定目標(biāo)距離。Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/20225. 5. 力覺傳感器力覺傳感器 力覺傳感器使用的主要元件是力覺傳感器使用的主要元件是電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片。 （3）裝在機(jī)器人手爪指關(guān)節(jié)（或手指上）的力傳感器，）裝在機(jī)器人手爪指關(guān)節(jié)（或手指上）的力傳感器，稱為稱為指力傳感器指力傳感器。 （1）裝在關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器上的力傳感器，稱為）裝在關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器上的力傳感器，稱為關(guān)節(jié)力傳感關(guān)節(jié)力傳感 器器。用于控制中的力反饋。用于控制中的力反饋。 （2）裝在末端執(zhí)行器和機(jī)器人最后一個(gè)關(guān)節(jié)之間的力）裝在末端執(zhí)行器和機(jī)器人最后一個(gè)關(guān)節(jié)之間的力傳感器，稱為傳感器，稱為腕力傳感器腕力傳感器。Robotics濟(jì)南

27、大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/2022 SRI （Stanford Research Institute）研制的）研制的六維腕力傳感器六維腕力傳感器，如圖所示。它由一段直徑為如圖所示。它由一段直徑為75mm的鋁管銑削而成，具有八個(gè)窄長(zhǎng)的的鋁管銑削而成，具有八個(gè)窄長(zhǎng)的彈性梁，每個(gè)梁的頸部只傳遞力，彈性梁，每個(gè)梁的頸部只傳遞力，扭矩作用很小。梁的另一頭貼有應(yīng)扭矩作用很小。梁的另一頭貼有應(yīng)變片。圖中從變片。圖中從Px+到到Qy-代表了代表了8根根應(yīng)變梁的變形信號(hào)的輸出。應(yīng)變梁的變形信號(hào)的輸出。SRI傳感器傳感器Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/2022 日本大和制衡株式會(huì)社日本大和制衡株式會(huì)社林純一

28、研制的林純一研制的腕力傳感器腕力傳感器。它是一種整體輪輻式結(jié)構(gòu)，它是一種整體輪輻式結(jié)構(gòu)，傳感器在十字梁與輪緣聯(lián)結(jié)傳感器在十字梁與輪緣聯(lián)結(jié)處有一個(gè)柔性環(huán)節(jié)，在四根處有一個(gè)柔性環(huán)節(jié)，在四根交叉梁上共貼有交叉梁上共貼有3232個(gè)應(yīng)變片個(gè)應(yīng)變片（圖中以小方塊），組成（圖中以小方塊），組成8 8路路全橋輸出全橋輸出 。Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/2022 非徑向中心對(duì)稱三梁腕力傳感器非徑向中心對(duì)稱三梁腕力傳感器 傳感器的內(nèi)圈和外圈分別固定于機(jī)器傳感器的內(nèi)圈和外圈分別固定于機(jī)器人的手臂和手爪，力沿與內(nèi)圈相切的三人的手臂和手爪，力沿與內(nèi)圈相切的三根梁進(jìn)行傳遞。每根梁上下、左右各貼根梁進(jìn)行傳遞。

29、每根梁上下、左右各貼一對(duì)應(yīng)變片，三根梁上共有一對(duì)應(yīng)變片，三根梁上共有6對(duì)應(yīng)變片，對(duì)應(yīng)變片，分別組成六組半橋，對(duì)這分別組成六組半橋，對(duì)這6組電橋信號(hào)進(jìn)組電橋信號(hào)進(jìn)行解耦可得到六維力（力矩）的精確解。行解耦可得到六維力（力矩）的精確解。Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/20226 6、其他類型傳感器、其他類型傳感器 語(yǔ)音識(shí)別傳感器語(yǔ)音識(shí)別傳感器。分析振動(dòng)聲音探測(cè)機(jī)械故障的。分析振動(dòng)聲音探測(cè)機(jī)械故障的點(diǎn)點(diǎn)傳感器傳感器。 熱傳感器：熱傳感器：溫度傳感器溫度傳感器。 通過(guò)分析敲打的聲音通過(guò)分析敲打的聲音測(cè)定果品成熟程度的傳感器測(cè)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根據(jù)近紅外線的糖

30、度吸收程度測(cè)定水果甜度的測(cè)定水果甜度的 傳感器傳感器Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/20228.4.2 8.4.2 機(jī)器人需要的感覺能力機(jī)器人需要的感覺能力 觸覺能力觸覺能力： 主要指確定工作對(duì)象主要指確定工作對(duì)象是否存在是否存在，以及它的，以及它的尺寸大小尺寸大小和和形狀形狀等。等。接近覺接近覺能力能力： 主要用于探測(cè)機(jī)器人自身與周圍物體之間主要用于探測(cè)機(jī)器人自身與周圍物體之間相對(duì)位置相對(duì)位置或或距離距離。接近。接近覺界于觸覺與視覺之間。覺界于觸覺與視覺之間。視覺視覺能力能力： 孔、邊、拐角的孔、邊、拐角的檢測(cè)檢測(cè)及工作對(duì)象及工作對(duì)象形狀形狀的檢測(cè)等。的檢測(cè)等。壓覺壓覺能力能力：

31、主要用于檢測(cè)機(jī)器人與作業(yè)對(duì)象之間接觸面的主要用于檢測(cè)機(jī)器人與作業(yè)對(duì)象之間接觸面的法向壓力值法向壓力值的大小。的大小?；X滑覺能力能力： 主要用于檢測(cè)物體因自主要用于檢測(cè)物體因自重相對(duì)于機(jī)器人手爪的重相對(duì)于機(jī)器人手爪的滑移量滑移量的大小。的大小。Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/20221 1接觸覺傳感器：接觸覺傳感器： 接觸覺傳感器檢測(cè)機(jī)器人是否接觸覺傳感器檢測(cè)機(jī)器人是否接觸目標(biāo)或環(huán)境接觸目標(biāo)或環(huán)境，用于尋找物體或感知碰撞。，用于尋找物體或感知碰撞。工作原理：工作原理： 在電極和柔性導(dǎo)體之間留有間隙，當(dāng)施加外力時(shí)，受壓部分的柔性導(dǎo)體在電極和柔性導(dǎo)體之間留有間隙，當(dāng)施加外力時(shí)，受壓部分的

32、柔性導(dǎo)體和柔性絕緣體發(fā)生變形，利用柔性導(dǎo)體和電極之間的接通狀態(tài)形成接觸覺。和柔性絕緣體發(fā)生變形，利用柔性導(dǎo)體和電極之間的接通狀態(tài)形成接觸覺。8.5 機(jī)器人的觸覺機(jī)器人的觸覺 一般認(rèn)為觸覺包括一般認(rèn)為觸覺包括接觸覺、壓覺、滑覺接觸覺、壓覺、滑覺、力覺四種，狹義的、力覺四種，狹義的觸覺按字面上來(lái)看是指前三種感知接觸的感覺。觸覺按字面上來(lái)看是指前三種感知接觸的感覺。Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/2022外形尺寸十分大外形尺寸十分大空間分辨率低空間分辨率低利用利用陣列陣列這一概這一概念已開發(fā)了許多念已開發(fā)了許多重要的傳感器。重要的傳感器。開關(guān)式觸覺傳感器開關(guān)式觸覺傳感器( 柔性絕緣體柔性絕

33、緣體) ( 柔性導(dǎo)體柔性導(dǎo)體) Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/2022碳?xì)郑ㄌ細(xì)郑–SA）靈敏度高，具有較強(qiáng)的耐過(guò)載能力。缺點(diǎn)是有靈敏度高，具有較強(qiáng)的耐過(guò)載能力。缺點(diǎn)是有遲滯，線性差。遲滯，線性差。 導(dǎo)電橡膠導(dǎo)電橡膠的電阻也會(huì)隨壓力的變化而變化，因此也常用來(lái)作的電阻也會(huì)隨壓力的變化而變化，因此也常用來(lái)作為觸覺傳感器的為觸覺傳感器的敏感材料敏感材料。壓阻式陣列觸覺傳感器壓阻式陣列觸覺傳感器碳?xì)郑ㄌ細(xì)郑–SA）Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/20222 2壓覺傳感器壓覺傳感器： 壓覺傳感器檢測(cè)傳感器面上受到的作用力，壓覺傳感器檢測(cè)傳感器面上受到的作用力，它由它由彈性體彈性體及

34、檢測(cè)彈性位移的及檢測(cè)彈性位移的敏感元件敏感元件構(gòu)成。構(gòu)成。用彈簧支承的平板作為機(jī)械手的物體夾持面。用彈簧支承的平板作為機(jī)械手的物體夾持面。在平板上加負(fù)載時(shí)，平板發(fā)生位移，該位移在平板上加負(fù)載時(shí)，平板發(fā)生位移，該位移量由電位器檢測(cè)。量由電位器檢測(cè)。 如果已知彈簧的剛?cè)绻阎獜椈傻膭傂韵禂?shù)，則可根據(jù)位性系數(shù)，則可根據(jù)位移計(jì)的輸出求出力的移計(jì)的輸出求出力的大小。大小。 Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/2022壓覺傳感器圖例：壓覺傳感器圖例：Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/20223. 3. 滑覺傳感器滑覺傳感器 機(jī)械手一般采用兩種抓取方式：硬抓取和軟抓取。機(jī)械手一般采用兩種抓取方

35、式：硬抓取和軟抓取。硬抓取硬抓?。o(wú)感知時(shí)采用）（無(wú)感知時(shí)采用） ：末端執(zhí)行器利用最大的夾緊力抓取工件。：末端執(zhí)行器利用最大的夾緊力抓取工件。軟軟抓取抓?。ㄓ谢X傳感器時(shí)采用）：末端執(zhí)行器使夾緊力保持在能穩(wěn)（有滑覺傳感器時(shí)采用）：末端執(zhí)行器使夾緊力保持在能穩(wěn)固抓取工件的最小值，以免損傷工件。固抓取工件的最小值，以免損傷工件。采用壓覺傳感器實(shí)現(xiàn)滑覺感知采用壓覺傳感器實(shí)現(xiàn)滑覺感知檢測(cè)垂直加壓方向的檢測(cè)垂直加壓方向的力和位移力和位移Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/2022 滑覺傳感器有滑覺傳感器有滾輪式滾輪式和和球式球式。物體在傳感。物體在傳感器表面上滑動(dòng)時(shí)，和滾輪或球相接觸，把器表面上滑

36、動(dòng)時(shí)，和滾輪或球相接觸，把滑動(dòng)變成轉(zhuǎn)動(dòng)?；瑒?dòng)物體引起滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，滑動(dòng)變成轉(zhuǎn)動(dòng)?；瑒?dòng)物體引起滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，用磁鐵和靜止的磁頭進(jìn)行檢測(cè)。用磁鐵和靜止的磁頭進(jìn)行檢測(cè)。Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/2022它它由一個(gè)金屬球和觸針組成由一個(gè)金屬球和觸針組成，金屬球表面分成許多個(gè)相間排，金屬球表面分成許多個(gè)相間排列的導(dǎo)電和絕緣小格。觸針頭很細(xì)，每次只能觸及一格。當(dāng)工件列的導(dǎo)電和絕緣小格。觸針頭很細(xì)，每次只能觸及一格。當(dāng)工件滑動(dòng)時(shí)，金屬球也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，在觸針上輸出脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)滑動(dòng)時(shí)，金屬球也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，在觸針上輸出脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)的頻率反映了滑移速度，個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)滑移的距離。的頻率反映了滑移速度，

37、個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)滑移的距離。Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/2022根據(jù)振動(dòng)原理制成的滑覺傳感器根據(jù)振動(dòng)原理制成的滑覺傳感器。鋼球指針與被抓物體接觸。鋼球指針與被抓物體接觸。若工件滑動(dòng)，則指針振動(dòng)，線圈輸出信號(hào)。若工件滑動(dòng)，則指針振動(dòng)，線圈輸出信號(hào)。Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/20228.6 力和壓力傳感器力和壓力傳感器 壓電晶體：壓電材料受壓后會(huì)產(chǎn)生一定電壓。壓電晶體：壓電材料受壓后會(huì)產(chǎn)生一定電壓。1.力敏電阻：阻值隨垂直施加在表面的力的增加而力敏電阻：阻值隨垂直施加在表面的力的增加而降低。降低。力敏電阻力敏電阻3.3.應(yīng)變片應(yīng)變片Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/2

38、0223.3.應(yīng)變片應(yīng)變片惠斯通電橋惠斯通電橋 壓阻式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器采用集成電路工藝技采用集成電路工藝技術(shù)，在硅片上制造出四個(gè)等值的薄膜電阻并術(shù)，在硅片上制造出四個(gè)等值的薄膜電阻并組成電橋電路，當(dāng)不受力作用時(shí)，電橋處于組成電橋電路，當(dāng)不受力作用時(shí)，電橋處于平衡狀態(tài)，無(wú)電壓輸出平衡狀態(tài)，無(wú)電壓輸出;當(dāng)受到壓力作用時(shí)，當(dāng)受到壓力作用時(shí)，電橋失去平衡而輸出電壓（電橋失去平衡而輸出電壓（AB之間產(chǎn)生微小之間產(chǎn)生微小電位差），且輸出的電壓與壓力成比例。電位差），且輸出的電壓與壓力成比例。 壓力使得圓形金屬筒以及電阻壓力使得圓形金屬筒以及電阻應(yīng)變片變形，從而使電阻應(yīng)變應(yīng)變片變形，從而使電阻應(yīng)變

39、片的電阻值產(chǎn)生變化。片的電阻值產(chǎn)生變化。Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/20228.7 8.7 力矩傳感器力矩傳感器原理：原理： 如果在軸上施加力矩，如果在軸上施加力矩，力矩將在軸上產(chǎn)生兩個(gè)方力矩將在軸上產(chǎn)生兩個(gè)方向相反的力和兩個(gè)方向相反的形變向相反的力和兩個(gè)方向相反的形變，兩個(gè)力傳感器可，兩個(gè)力傳感器可以測(cè)出這兩個(gè)力，根據(jù)所測(cè)力的大小可計(jì)算出力矩。以測(cè)出這兩個(gè)力，根據(jù)所測(cè)力的大小可計(jì)算出力矩。用六個(gè)傳感器用六個(gè)傳感器測(cè)量三個(gè)彼此測(cè)量三個(gè)彼此獨(dú)立的軸上的獨(dú)立的軸上的力和力矩力和力矩Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/20228.8 測(cè)距儀測(cè)距儀 與接近覺傳感器不同，測(cè)距儀用于測(cè)

40、量較長(zhǎng)的距離，它與接近覺傳感器不同，測(cè)距儀用于測(cè)量較長(zhǎng)的距離，它可以探測(cè)障礙物和物體表面的形狀，并且用于向系統(tǒng)提供早可以探測(cè)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。常用的測(cè)量方法是期信息。常用的測(cè)量方法是三角法三角法和和測(cè)量傳輸時(shí)間法測(cè)量傳輸時(shí)間法。三角法：三角法：測(cè)量原理如圖所示測(cè)量原理如圖所示 測(cè)量原理測(cè)量原理：僅在發(fā)射器以特定角度發(fā)射光線時(shí)，接收器才能：僅在發(fā)射器以特定角度發(fā)射光線時(shí)，接收器才能檢測(cè)到物體上的光斑，利用發(fā)射角的角度可以計(jì)算出距離。檢測(cè)到物體上的光斑，利用發(fā)射角的角度可以計(jì)算出距離。Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/2022測(cè)量傳輸時(shí)間法測(cè)量傳輸時(shí)間法：

41、 信號(hào)傳輸?shù)木嚯x信號(hào)傳輸?shù)木嚯x包括包括從發(fā)射器到物體和被物體從發(fā)射器到物體和被物體反射到接收器兩部分。傳反射到接收器兩部分。傳感器與物體之間的距離是感器與物體之間的距離是信號(hào)行進(jìn)距離的一半，知信號(hào)行進(jìn)距離的一半，知道了傳播速度，通過(guò)測(cè)量道了傳播速度，通過(guò)測(cè)量信號(hào)的往返時(shí)間即可計(jì)算信號(hào)的往返時(shí)間即可計(jì)算出距離。出距離。Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/2022超聲波測(cè)距儀超聲波測(cè)距儀工作原理：工作原理： 發(fā)射器發(fā)射發(fā)射器發(fā)射高頻超聲波脈沖高頻超聲波脈沖，它在介質(zhì)中行進(jìn)一段，它在介質(zhì)中行進(jìn)一段距離，遇到障礙物后返回，由接受器接受，發(fā)射器和距離，遇到障礙物后返回，由接受器接受，發(fā)射器和物體之

42、間的距離等于超聲波行進(jìn)距離的一半，行進(jìn)距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(shí)間與聲速的乘積。離則等于傳輸時(shí)間與聲速的乘積。特點(diǎn)：特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、簡(jiǎn)單、廉價(jià)并且能耗低，但是分辨率和結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、簡(jiǎn)單、廉價(jià)并且能耗低，但是分辨率和最大工作距離受到限制。最大工作距離受到限制。關(guān)鍵技術(shù)：關(guān)鍵技術(shù)： 時(shí)間測(cè)量的準(zhǔn)確性，時(shí)間測(cè)量精度，聲速精度，背時(shí)間測(cè)量的準(zhǔn)確性，時(shí)間測(cè)量精度，聲速精度，背景噪聲。景噪聲。Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/2022光測(cè)距儀光測(cè)距儀原理原理：基于光（包括激光），采用：基于光（包括激光），采用直接延遲時(shí)間測(cè)直接延遲時(shí)間測(cè)量法、間接幅值調(diào)制法和三角法

43、量法、間接幅值調(diào)制法和三角法等方法測(cè)量到物體等方法測(cè)量到物體的距離。的距離。Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/20228.9 嗅覺傳感器嗅覺傳感器原理：原理： 對(duì)特定的氣體敏感，當(dāng)探測(cè)到這些氣體時(shí)就發(fā)對(duì)特定的氣體敏感，當(dāng)探測(cè)到這些氣體時(shí)就發(fā)出信號(hào)。出信號(hào)。Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/20228.10 視覺系統(tǒng)視覺系統(tǒng)視覺系統(tǒng)是視覺系統(tǒng)是應(yīng)用在機(jī)器應(yīng)用在機(jī)器人中最復(fù)雜人中最復(fù)雜的傳感器的傳感器Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/2022有研究結(jié)果表明，視覺獲得的感知信息占人對(duì)外界感知信息有研究結(jié)果表明，視覺獲得的感知信息占人對(duì)外界感知信息的的 人類視覺細(xì)胞數(shù)量的量級(jí)大

44、約為人類視覺細(xì)胞數(shù)量的量級(jí)大約為108，是聽覺細(xì)胞的，是聽覺細(xì)胞的300多倍，多倍，是皮膚感覺細(xì)胞的是皮膚感覺細(xì)胞的100多倍。多倍。Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/20221. 超聲波傳感器超聲波傳感器 超聲波探測(cè)原理比較簡(jiǎn)單，一般是采用超聲波探測(cè)原理比較簡(jiǎn)單，一般是采用時(shí)差法時(shí)差法。 = =tt2 2其中（的函數(shù)）為超聲波波速，為環(huán)境攝氏溫度。其中（的函數(shù)）為超聲波波速，為環(huán)境攝氏溫度。 從廣義上講，也把它算成機(jī)器人視覺中的一種。從廣義上講，也把它算成機(jī)器人視覺中的一種。超聲波傳感器主要用途：超聲波傳感器主要用途：（1 1）實(shí)時(shí)地檢測(cè)自身所處空間的位置，用以進(jìn)行自定位；）實(shí)時(shí)地檢

45、測(cè)自身所處空間的位置，用以進(jìn)行自定位；（2 2）實(shí)時(shí)地檢測(cè)障礙物，為行動(dòng)決策提供依據(jù)；）實(shí)時(shí)地檢測(cè)障礙物，為行動(dòng)決策提供依據(jù)；（3 3）檢測(cè)目標(biāo)姿態(tài)以及進(jìn)行簡(jiǎn)單形體的識(shí)別；）檢測(cè)目標(biāo)姿態(tài)以及進(jìn)行簡(jiǎn)單形體的識(shí)別；（4 4）用于導(dǎo)航目標(biāo)跟蹤。）用于導(dǎo)航目標(biāo)跟蹤。Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/20222. CCD圖像傳感器圖像傳感器1） CCD（電荷耦合器件：（電荷耦合器件：charge coupled devices）Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/2022 CCD （電荷耦合器件）的基本結(jié)構(gòu)是一個(gè)間隙很小的光敏電（電荷耦合器件）的基本結(jié)構(gòu)是一個(gè)間隙很小的光敏電極陣列，即無(wú)數(shù)

46、個(gè)極陣列，即無(wú)數(shù)個(gè)CCD單元組成，也稱為像素點(diǎn)（如單元組成，也稱為像素點(diǎn)（如448380）。）。它可以是一維的線陣，也可以是二維的面陣。它可以是一維的線陣，也可以是二維的面陣。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：體積小、質(zhì)量輕、壽命長(zhǎng)、抗沖擊、耗電極少，一般體積小、質(zhì)量輕、壽命長(zhǎng)、抗沖擊、耗電極少，一般只需幾十毫瓦就可以啟動(dòng)。只需幾十毫瓦就可以啟動(dòng)。（1）基本結(jié)構(gòu)）基本結(jié)構(gòu)Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/2022共共256級(jí)灰度，從圖（級(jí)灰度，從圖（a）到（）到（f）分辨率依次為）分辨率依次為512512， 256256，128128，6464，3232，1616。（2）圖像處理）圖像處理Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/2022 從圖（從圖（a）到（）到（f）分辨率為）分辨率為512512，灰度級(jí)依次為，灰度級(jí)依次為256 ，64，16，8，4，2。b) 灰度變化對(duì)圖像的影響灰度變化對(duì)圖像的影響Robotics濟(jì)南大學(xué)濟(jì)南大學(xué)4/24/2022從圖（從圖（a）到（）到（f）依次為：）依次