机器人学机器人感觉学习教案.pptx

会计学1机器人学机器人学 机器人感觉机器人感觉(gnju)第一页，共31页。机器人传感器的种类(zhngli)第1页/共30页第二页，共31页。2.2.2.2.内部内部内部内部(nib)(nib)(nib)(nib)状态的感觉状态的感觉状态的感觉状态的感觉（1 1）位置和角度传感器）位置和角度传感器 典型的传感器是电位计。检测的是以电阻中心为典型的传感器是电位计。检测的是以电阻中心为基准位置的移动基准位置的移动(ydng)(ydng)距离。距离。E E：输入电压：输入电压 L L：最大移动：最大移动(ydng)(ydng)距离触头距离触头 X X：向左端移动：向左端移动(ydng)(ydng)的距离的距离 E E：电阻右侧的输出电压：电阻右侧的输出电压 右图做成园状可检测角度右图做成园状可检测角度第2页/共30页第三页，共31页。（2）光电位置(wi zhi)传感器：2.2.内部状态内部状态(zhungti)(zhungti)的感觉的感觉第3页/共30页第四页，共31页。2.2.2.2.内部内部内部内部(nib)(nib)(nib)(nib)状态的感觉状态的感觉状态的感觉状态的感觉(3)(3)角度传感器：角度传感器：回转式编码器（分为绝对回转式编码器（分为绝对(judu)(judu)式和增量式）。式和增量式）。第4页/共30页第五页，共31页。3.3.3.3.外部状况外部状况外部状况外部状况(zhungkung)(zhungkung)(zhungkung)(zhungkung)的感觉的感觉的感觉的感觉（1 1）物体识别传感器）物体识别传感器 典型的是视觉传感器。如摄像机。视觉是利用光典型的是视觉传感器。如摄像机。视觉是利用光（机器人可用红外线等）的非接触（机器人可用红外线等）的非接触(jich)(jich)方式。方式。触觉也能识别物体。机器人可以用触觉传感器来触觉也能识别物体。机器人可以用触觉传感器来实现这种机能。实现这种机能。第5页/共30页第六页，共31页。（2 2）物体探测）物体探测(tnc)(tnc)传感器传感器 视觉传感器是一种识别物体而且知道其存在的传视觉传感器是一种识别物体而且知道其存在的传感器。感器。例如光电开关。例如光电开关。视觉传感器、光电开关和超声波传感器，即使物视觉传感器、光电开关和超声波传感器，即使物体较远也能探测体较远也能探测(tnc)(tnc)其存在。其存在。（3）距离(jl)传感器 超声波做距离(jl)传感器。可用于鱼群探测、金属内部探伤等方面。第6页/共30页第七页，共31页。（4）力觉传感器 力觉传感器是检测力和力矩的施加地点(ddin)大小方向的传感器。力的检测主要是用电阻应变片（5）其他传感器 利用声波：语音识别传感器。分析振动(zhndng)声音探测机械故障的点传感器。热传感器：点检传感器。通过分析敲打的声音测定果品成熟程度的传感器。根据近红外线的糖度吸收程度测定水果甜度的传感器第7页/共30页第八页，共31页。8.2 触觉触觉(chju)传感传感器器1.1.接触觉传感器接触觉传感器 接触觉传感器：探测是否接触到物体接触觉传感器：探测是否接触到物体(wt)(wt)，传，传感器接受由于接触产生的柔量。感器接受由于接触产生的柔量。微动开关：按下开关就能进入电信号的简单机构。微动开关：按下开关就能进入电信号的简单机构。猫胡须传感器：如图猫胡须传感器：如图a,ba,b 机器人脚下安装多个猫胡须传感器，依照接通的机器人脚下安装多个猫胡须传感器，依照接通的传感器的个数来检测机器人脚在台阶上的具体位传感器的个数来检测机器人脚在台阶上的具体位置置第8页/共30页第九页，共31页。单向单向(dn xin(dn xin)微动开关：微动开关：当在开关得按钮上施加力时，开关按下，可判断(pndun)是否接触物体第9页/共30页第十页，共31页。各手指端装有微动开关，各开关共地，由开关的闭合判断各手指接触(jich)物体的情况第10页/共30页第十一页，共31页。开关开关开关开关(kigun)(kigun)式触觉传感器式触觉传感器式触觉传感器式触觉传感器当橡胶层上承受的力大于阈值时，对应位置的电极(dinj)接通，多个电极(dinj)可形成阵列，检测物体大致接触位置。但由于开关的尺寸较大，影响了这种阵列的分辨率第11页/共30页第十二页，共31页。模拟触觉传感器 当物体与传感器接触，横向力引起的弹簧位移导致转轴成比例(bl)地旋转，或用码盘作数字测量第12页/共30页第十三页，共31页。触觉触觉触觉触觉(chju)(chju)阵列阵列阵列阵列为了获得比单个触觉更大区域地触觉信息，常采用为了获得比单个触觉更大区域地触觉信息，常采用(c(c iyng)iyng)触觉阵列触觉阵列电极与柔性导电材料（条形导电橡胶）保持电气接触，导电材料地电阻随压力(yl)而变化，当物体压在其上面时，将引起局部变形，测出连续的电压变化，就可测量局部变形。电阻的改变很容易转换成电信号，其幅值正比于施加在材料表面上某一点的力第13页/共30页第十四页，共31页。上图为阵列扫描电路，利用此原理可作成人工上图为阵列扫描电路，利用此原理可作成人工(rngng)(rngng)皮肤，如右皮肤，如右图所示。上层为导电橡胶，并在基极上装有集成电路，压力的图所示。上层为导电橡胶，并在基极上装有集成电路，压力的变化使各接点间的电阻发生变化，信号通过集成电路处理之后变化使各接点间的电阻发生变化，信号通过集成电路处理之后送出。送出。第14页/共30页第十五页，共31页。光电式触觉光电式触觉光电式触觉光电式触觉(chju)(chju)传感器传感器传感器传感器折射率折射率n=c/vn=c/vsin=n1/n2 sin=n1/n2 (n1n2)(n1n2)从光密媒质向光疏媒质传从光密媒质向光疏媒质传播播,入射光大于临界角入射光大于临界角时时,发生发生(fshng)(fshng)全内全内反射反射a)照相机 b)光电二极管阵列(zhn li)c)光纤第15页/共30页第十六页，共31页。2.2.滑觉传感器（滑觉传感器（滑觉传感器（滑觉传感器（1 1）利用压力传感器阵列(zhn li)感知物体的滑动第16页/共30页第十七页，共31页。滑觉传感器（滑觉传感器（滑觉传感器（滑觉传感器（2 2）金属球表面分成许多相间排列的导电和绝缘小格，触针很细，每次只能触及(ch j)一格，当工件滑动时，金属球也随之转动，在触针上输出脉冲信号，脉冲的频率反映了滑移速度，个数反映了滑移的距离第17页/共30页第十八页，共31页。滑觉传感器（滑觉传感器（滑觉传感器（滑觉传感器（3 3）当物体移动时带动(didng)接触球旋转,球的转动传递给带有狭缝的转盘,采用光电传感器检测转盘的旋转,输出脉冲信号.可在两个方向上检测滑移,分辨率1mm第18页/共30页第十九页，共31页。敏感敏感(mngn)剪切力传感器剪切力传感器n n微细杠杆受外力作用时橡皮元件变形微细杠杆受外力作用时橡皮元件变形n n剪切力传到微细杠杆，杠杆被推进剪切力传到微细杠杆，杠杆被推进(tujn)(tujn)n n橡皮元件跟光波导形成不同的接触橡皮元件跟光波导形成不同的接触n n以接触点的面积计算受力，以接触点面积的不平衡性推以接触点的面积计算受力，以接触点面积的不平衡性推知剪切力知剪切力第19页/共30页第二十页，共31页。8.3 8.3 接近接近(jijn)(jijn)觉传觉传感器感器通过检测气流喷射时遇到物体时通过检测气流喷射时遇到物体时的压力变化来检测和物体之的压力变化来检测和物体之间的距离，气源送出具有一间的距离，气源送出具有一定压力定压力P P的气流，离物体的的气流，离物体的距离距离x x越小，气流喷出的面越小，气流喷出的面积就越窄，气缸内的压力就积就越窄，气缸内的压力就越大。如果越大。如果(rgu)(rgu)事先求事先求得距离得距离x x和气缸内气体压力和气缸内气体压力P1P1的关系，即可根据压力计的关系，即可根据压力计读数读数P1P1测定距离测定距离x x气压(qy)接近觉传感器第20页/共30页第二十一页，共31页。电磁感应电磁感应电磁感应电磁感应(dinc-g(dinc-g nyng)nyng)接近觉传感器接近觉传感器接近觉传感器接近觉传感器 当传感器接近铁磁性材料当传感器接近铁磁性材料时时,引起永久磁铁磁力线引起永久磁铁磁力线的变化的变化,从而在线圈中产从而在线圈中产生电流生电流(dinli),(dinli),当物体当物体与传感器相对静止时与传感器相对静止时,由由于磁力线不发生变化于磁力线不发生变化,因因而线圈中没有电流而线圈中没有电流(dinli),(dinli),只有产生相对只有产生相对运动时运动时,才产生输出才产生输出.随着距离的增大随着距离的增大,输出信输出信号明显减弱号明显减弱,只能用于很只能用于很短距离的测量短距离的测量,一般只有一般只有零点几毫米零点几毫米第21页/共30页第二十二页，共31页。电涡流电涡流(wli)接近觉传感器接近觉传感器在线圈中通入交变的电流在线圈中通入交变的电流I1,I1,在线圈在线圈的周围产生交变的磁场的周围产生交变的磁场H1,H1,当传当传感器与外界物体接近时感器与外界物体接近时,导体中导体中产生感应电流产生感应电流I2,I2,形成一个磁场形成一个磁场H2,H2,其方向与其方向与H1H1相反相反,削弱了削弱了H1H1磁场磁场,从而导致传感器线圈的阻从而导致传感器线圈的阻抗抗(z(z kng)kng)发生变化发生变化.传感器与传感器与外界导体的距离变化能够引起外界导体的距离变化能够引起导体中所感应电流导体中所感应电流I2I2的变化的变化.通通过适当的检测电路过适当的检测电路,可从线圈中可从线圈中耗散功率的变化得出传感器与耗散功率的变化得出传感器与物体之间的距离物体之间的距离.检测范围检测范围:零到几十毫米零到几十毫米 分辨率分辨率:满量程的满量程的0.1%0.1%第22页/共30页第二十三页，共31页。超声波接近超声波接近超声波接近超声波接近(jijn)(jijn)觉传感器觉传感器觉传感器觉传感器A:控制(kngzh)发射门信号B:输出信号及回波信号C:整形后的输出和回波D:时间窗口,t1为最小检测时间,t1+t2为最大检测时间E:D=1时,回波使E=1,A的 下降沿使E=0F:E的上升沿使F=1,当E=0&A的上升沿,F=0此时只要有物体出现在D 时间所确定的距离范围内,F=1二值输出(shch)F第23页/共30页第二十四页，共31页。超声波距离超声波距离(jl)传感器传感器 工作原理:测量从发射(fsh)换能器发出的超声波(20000HZ),经目标反射后沿原路返回接收换能器所需的时间.由该时间和介质中的声速即可求得目标与传感器的距离.广泛应用于机器人的导航和避障 第24页/共30页第二十五页，共31页。光电式接近光电式接近(jijn)(jijn)觉传感器觉传感器（1 1）三角法）三角法 光源发射的光束照射到被测物光源发射的光束照射到被测物体表面上被反射，部分反射光体表面上被反射，部分反射光成像在位置成像在位置(wi zhi)(wi zhi)敏感元件敏感元件表面上，由三角原理，目标距表面上，由三角原理，目标距离离z z等于等于 z=bh/x z=bh/x距离灵敏度距离灵敏度 S=dx/dz=bh/z2 S=dx/dz=bh/z2灵敏度与距离的平方成反比，限制灵敏度与距离的平方成反比，限制了传感器的使用范围了传感器的使用范围第25页/共30页第二十六页，共31页。光电式接近光电式接近(jijn)(jijn)觉传感器觉传感器（2 2）相位法）相位法 光源射出的光束经分光镜分成两光源射出的光束经分光镜分成两部分，一束（参考光束）经过部分，一束（参考光束）经过距离距离L L到达相位测量装置，另一到达相位测量装置，另一束经过物体反射后，到达相位束经过物体反射后，到达相位测量装置，在测量点处两束光测量装置，在测量点处两束光产生产生(chnshng)(chnshng)相位差，由相相位差，由相位差检测距离位差检测距离d d d=L+2d=L+d=L+2d=L+/(2/(2)d=d=c/(4c/(4f)f)f:f:光波的频率光波的频率 c:c:光速光速 ：参考光束与反射光束的相位：参考光束与反射光束的相位差差光源(gungyun)多采用红外光，当2d,才有唯一解第26页/共30页第二十七页，共31页。(3)光强法 发光元件(yunjin)发出的光经物体反射后，由接收元件(yunjin)接收。接收元件(yunjin)所产生的输出信号大小反映了从目标物体反射回接收元件(yunjin)的光强。该信号不仅仅取决于距离，同时也受到被测物体表面光学特性和表面倾斜等因素光电式接近光电式接近(jijn)(jijn)觉传感器觉传感器第27页/共30页第二十八页，共31页。8.4 8.4 8.4 8.4 腕力腕力腕力腕力(wn l)(wn l)(wn l)(wn l)传感器传感器传感器传感器（1 1）六自由度腕力传感器）六自由度腕力传感器 主体为园筒状，外侧有主体为园筒状，外侧有8 8根梁支根梁支撑，撑，4 4根水平梁，根水平梁，4 4根垂直梁。根垂直梁。水平梁的应变水平梁的应变(yngbin)(yngbin)片贴片贴于上下两侧，应变于上下两侧，应变(yngbin)(yngbin)量量分别为分别为QX+QX+，Qy+Qy+，QX-QX-，Qy-.Qy-.垂直梁的应变垂直梁的应变(yngbin)(yngbin)片贴片贴于左右两侧，应变于左右两侧，应变(yngbin)(yngbin)量量分别为分别为PX+PX+，Py+Py+，PX-PX-，Py-.Py-.FX=K1(Py+Py-)MX=K4(Qy+-FX=K1(Py+Py-)MX=K4(Qy+-Qy-)Qy-)Fy=K2(Px+Px-)MY=K5(-QX+-Fy=K2(Px+Px-)MY=K5(-QX+-QX-)QX-)Fz=K3(Qy+Qy-+QX+QX-)Fz=K3(Qy+Qy-+QX+QX-)Mz=K6(Py+-Py-PX+PX-)Mz=K6(Py+-Py-PX+PX-)Ki为比例系数，与应变(yngbin)片的灵敏度有关第28页/共30页第二十九页，共31页。十字十字十字十字(sh z)(sh z)腕力传感器腕力传感器腕力传感器腕力传感器 应变应变(yngbin)(yngbin)片贴于十字片贴于十字梁上梁上,每根梁的上下左每根梁的上下左右侧面各贴一片应变右侧面各贴一片应变(yngbin)(yngbin)片片,分别检测分别检测fx1,fx2,fy1,fy2,fy3,fy4,fzfx1,fx2,fy1,fy2,fy3,fy4,fz2,fz4;2,fz4;FX=-fx1-fx3;FX=-fx1-fx3;Fy=-fy1-fy2-fy3-fy4;Fy=-fy1-fy2-fy3-fy4;Fz=-fz2-fz4;Fz=-fz2-fz4;Mx=a(fz2+fz4)+b(fy1-fy4);Mx=a(fz2+fz4)+b(fy1-fy4);My=-b(fx1-fx3-fz2+fz4)My=-b(fx1-fx3-fz2+fz4)Mz=-a(fx1+fx3+fy2-fy4)Mz=-a(fx1+fx3+fy2-fy4)第29页/共30页第三十页，共31页。感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)。第30页/共30页第三十一页，共31页。