機(jī)器人傳感器部分詳解

關(guān)于機(jī)器人傳感器部分詳解第1頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月視覺(jué)20世紀(jì)50年代后期出現(xiàn)，發(fā)展十分迅速，是機(jī)器人中最重要的傳感器之一。機(jī)器視覺(jué)從20世紀(jì)60年代開(kāi)始首先處理積木世界，后來(lái)發(fā)展到處理室外的現(xiàn)實(shí)世界。20世紀(jì)70年代以后，實(shí)用性的視覺(jué)系統(tǒng)出現(xiàn)了。視覺(jué)一般包括三個(gè)過(guò)程：圖像獲取、圖像處理和圖像理解。相對(duì)而言，圖像理解技術(shù)還很落后。力覺(jué)

機(jī)器人力傳感器就安裝部位來(lái)講，可以分為關(guān)節(jié)力傳感器、腕力傳感器和指力傳感器。國(guó)際上對(duì)腕力傳感器的研究是從20世紀(jì)70年代開(kāi)始的，主要研究單位有美國(guó)的DRAPER實(shí)驗(yàn)室、SRI研究所、IBM公司和日本的日立公司、東京大學(xué)等單位。

幾種主要的機(jī)器人傳感器簡(jiǎn)介第2頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月觸覺(jué)作為視覺(jué)的補(bǔ)充，觸覺(jué)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。對(duì)它的研究從20世紀(jì)80年代初開(kāi)始，到20世紀(jì)90年代初已取得了大量的成果。接近覺(jué)研究它的目的是是使機(jī)器人在移動(dòng)或操作過(guò)程中獲知目標(biāo)（障礙）物的接近程度，移動(dòng)機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)避障，操作機(jī)器人可避免手爪對(duì)目標(biāo)物由于接近速度過(guò)快造成的沖擊。第3頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.1傳感器的分類(lèi)根據(jù)檢測(cè)對(duì)象的不同可分為內(nèi)部傳感器和外部傳感器。（1）位置傳感器用來(lái)檢測(cè)機(jī)器人本身狀態(tài)（如手臂間角度）的傳感器。多為檢測(cè)位置和角度的傳感器。a.內(nèi)部傳感器第4頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月b.外部傳感器（2）角度傳感器具體有物體識(shí)別傳感器、物體探傷傳感器、接近覺(jué)傳感器、距離傳感器、力覺(jué)傳感器，聽(tīng)覺(jué)傳感器等。用來(lái)檢測(cè)機(jī)器人所處環(huán)境（如是什么物體，離物體的距離有多遠(yuǎn)等）及狀況（如抓取的物體是否滑落）的傳感器。第5頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.2機(jī)器人的觸覺(jué)一般認(rèn)為觸覺(jué)包括接觸覺(jué)、壓覺(jué)、滑覺(jué)、力覺(jué)四種，狹義的觸覺(jué)按字面上來(lái)看是指前三種感知接觸的感覺(jué)。1.接觸覺(jué)傳感器

第6頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月開(kāi)關(guān)式觸覺(jué)傳感器特點(diǎn)：外形尺寸十分大空間分辨率低利用陣列這一概念已開(kāi)發(fā)了許多重要的傳感器。第7頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月壓阻式陣列觸覺(jué)傳感器

碳?xì)郑–SA）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。

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)作為觸覺(jué)傳感器的敏感材料。碳?xì)郑–SA）第8頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月另外還有光學(xué)式觸覺(jué)傳感器、電容式陣列觸覺(jué)傳感器等。它利用一種具有壓電和熱釋電性的高分子材料研制而成。第9頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.壓覺(jué)傳感器第10頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.力覺(jué)傳感器力覺(jué)傳感器使用的主要元件是電阻應(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，稱(chēng)為指力傳感器。通常我們將機(jī)器人的力傳感器分為三類(lèi)：（1）裝在關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器上的力傳感器，稱(chēng)為關(guān)節(jié)力傳感器。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)之間的力傳感器，稱(chēng)為腕力傳感器。第11頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月SRI（StanfordResearchInstitute）研制的六維腕力傳感器，如圖所示。它由一只直徑為75mm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，扭矩作用很小。梁的另一頭貼有應(yīng)變片。圖中從Px+到Qy-代表了8根應(yīng)變梁的變形信號(hào)的輸出。SRI傳感器第12頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月日本大和制衡株式會(huì)社林純一研制的腕力傳感器。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)處有一個(gè)柔性環(huán)節(jié)，在四根交叉梁上共貼有32個(gè)應(yīng)變片（圖中以小方塊），組成8路全橋輸出。第13頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月傳感器的內(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)圈相切的三根梁進(jìn)行傳遞。每根梁上下、左右個(gè)貼一對(duì)應(yīng)變片，三根梁上共有6對(duì)應(yīng)變片，分別組成六組半橋，對(duì)這6組電橋信號(hào)進(jìn)行解耦可得到六維力（力矩）的精確解。第14頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.滑覺(jué)傳感器機(jī)械手一般采用兩種抓取方式：硬抓取和軟抓取。硬抓?。o(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。軟抓?。ㄓ谢X(jué)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。采用壓覺(jué)傳感器實(shí)現(xiàn)滑覺(jué)感知滾輪式滑覺(jué)傳感器第15頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月它由一個(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)的頻率反映了滑移速度，個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)滑移的距離。第16頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)振動(dòng)原理制成的滑覺(jué)傳感器。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)。第17頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.3機(jī)器人的接近覺(jué)接近覺(jué)主要感知傳感器與對(duì)象物之間的接近程度。b）無(wú)鐵磁體時(shí)磁力線的形狀c）鐵磁體接近時(shí)磁力線的形狀第18頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第19頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月另外還有接觸覺(jué)、滑覺(jué)和接近覺(jué)三種感覺(jué)組合為一體的傳感器。其它還有光學(xué)接近覺(jué)、超聲波接近覺(jué)傳感器等。霍爾效應(yīng)指的是金屬或半導(dǎo)體片置于磁場(chǎng)中，當(dāng)有電流流過(guò)時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)?；魻杺鞲衅鲉为?dú)使用時(shí)，只能檢測(cè)有磁性物體。當(dāng)與用磁體聯(lián)合使用時(shí)，可以用來(lái)檢測(cè)所有的鐵磁物體。傳感器附近沒(méi)有鐵磁物體時(shí)，霍爾傳感器感受一個(gè)強(qiáng)磁場(chǎng)；若有鐵磁物體時(shí)，由于磁力線被鐵磁物體旁路，傳感器感受到的磁場(chǎng)將減弱。第20頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.4機(jī)器人的視覺(jué)有研究結(jié)果表明，視覺(jué)獲得的感知信息占人對(duì)外界感知信息的80%。人類(lèi)視覺(jué)細(xì)胞數(shù)量的數(shù)量級(jí)大約為108，是聽(tīng)覺(jué)細(xì)胞的300多倍，是皮膚感覺(jué)細(xì)胞的100多倍。第21頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.超聲波傳感器超聲波探測(cè)原理比較簡(jiǎn)單，一般是采用時(shí)差法。

ｄ=ｃΔt／2其中ｃ（Ｔ的函數(shù)）為超聲波波速，Ｔ為環(huán)境攝氏溫度。從廣義上講，我們也把它算成機(jī)器人視覺(jué)中的一種。超聲波傳感器主要用途：（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；（2）實(shí)時(shí)地檢測(cè)障礙物，為行動(dòng)決策提供依據(jù)；（3）檢測(cè)目標(biāo)姿態(tài)以及進(jìn)行簡(jiǎn)單形體的識(shí)別；（4）用于導(dǎo)航目標(biāo)跟蹤。第22頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月MDARS-E型室外保安機(jī)器人多個(gè)超聲波傳感器組成線陣或面陣形成多傳感器第23頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.CCD（電荷耦合器件：chargecoupleddevices）第24頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月CCD（電荷耦合器件）的基本結(jié)構(gòu)是一個(gè)間隙很小的光敏電極陣列，即無(wú)數(shù)個(gè)CCD單元組成，也稱(chēng)為像素點(diǎn)（如448×380）。它可以是一維的線陣，也可以是二維的面陣。

優(yōu)點(diǎn)：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)。（1）基本原理第25頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月共256級(jí)灰度，從圖（a）到（f）分辨率依次為512×512，256×256，128×128，64×64，32×32，16×16。（2）圖像處理a)分辨率變化對(duì)圖像的影響第26頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月從圖（a）到（f）分辨率依次為512×512，灰度級(jí)依次為256，64，16，8，4，2。b)灰度變化對(duì)圖像的影響第27頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月從圖（a）到（f）依次為：256×256，128級(jí)灰度；181×181，64級(jí)灰度；128×128，32級(jí)灰度；90×90，16級(jí)灰度；64×64，8級(jí)灰度；45×45，4級(jí)灰度。c)分辨率和灰度同時(shí)變化對(duì)圖像的影響第28頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.５機(jī)器人的聽(tīng)覺(jué)特定人的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)的粗略框圖特定人語(yǔ)音識(shí)別方法是將事先指定的人的聲音中的每一個(gè)字音的特征矩陣存儲(chǔ)起來(lái)，形成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模板（或叫模板），然后再進(jìn)行匹配。它首先要記憶一個(gè)或幾個(gè)語(yǔ)音特征，而且被指定人講話的內(nèi)容也必須是事先規(guī)定好的有限的幾句話。特定人語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)可以識(shí)別講話的人是否是事先指定的人，講的是哪一句話。第29頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月非特定人的語(yǔ)音識(shí)別方法則需要對(duì)一組有代表性的人的語(yǔ)音進(jìn)行訓(xùn)練，找出同一詞音的共性，這種訓(xùn)練往往是開(kāi)放式的，能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行不斷的修正。在系統(tǒng)工作時(shí)，將接收到的聲音信號(hào)用同樣的辦法求出它們的特征矩陣，再與標(biāo)準(zhǔn)模式相比較?？此c哪個(gè)模板相同或相近，從而識(shí)別該信號(hào)的含義。非特定人的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)大致可以分為語(yǔ)言識(shí)別系統(tǒng)，單詞識(shí)別系統(tǒng)，及數(shù)字音（0~9）識(shí)別系統(tǒng)。非特定人的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)第30頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.６多傳感器信息融合

多傳感器信息融合技術(shù)是通過(guò)對(duì)這些傳感器及其觀測(cè)信息的合理支配和使用，把多個(gè)傳感器在時(shí)間和空間上的冗余或互補(bǔ)信息依據(jù)某種準(zhǔn)則進(jìn)行組合，以獲取被觀測(cè)對(duì)象的一致性解釋或描述。多傳感器融合系統(tǒng)主要特點(diǎn)是：（1）提供了冗余、互補(bǔ)信息。（2）信息分層的結(jié)構(gòu)特性。（3）實(shí)時(shí)性。（4）低代價(jià)性。多傳感與單傳感的比較：多傳感器數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)可更大程度獲取被探測(cè)目標(biāo)和環(huán)境的信息量。單傳感器信號(hào)處理或低層次的數(shù)據(jù)處理方式只是對(duì)人腦信息