《机器人感知与智能》PPT课件

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1、第六章机器人感知与智能第一节基本概念与相关理论第二节机器人的感觉与传感器第三节机器人信息识别、表达与融合第四节机器人智能第五节应用系统举例山东大学机械工程学院机电工程研究所2010/09/02第一节基本概念与相关理论6.1.1机器人信息测量与分析方法感知与智能的作用：感知自身的工作状态和周边环境及其变化，改善和提高机器人系统的性能。机器人的感知通过各种传感器实现，分为：内部感知（内部传感器）和外部感知（外部传感器）。内部传感器：检测和感知机器人本身的状态，如：位置、速度、加速度、驱动力矩等。对内部传感器的要求：精度高、响应速度快、测量范围宽、体积小、重量轻、能耗低、

2、工作可靠。山东大学机械工程学院机电工程研究所2010/09/02第一节基本概念与相关理论外部传感器：识别环境、工件情况或工件与机器人的关系。如：力觉、视觉、距离、听觉等传感器。通常安装在末端执行器上。对外部传感器的要求：除精度高、响应速度快、测量范围宽外，尽量非接触测量，体积小、重量轻更加重要。另外，还要求安装使用方便、安全可靠、对环境无不良影响。山东大学机械工程学院机电工程研究所2010/09/02第一节基本概念与相关理论内部传感器：位置/角度行程开关、电位器、码盘、旋转变压器、光栅尺/盘等。速度/加速度测速发电机、码盘、速度/加速度传感器。力/力矩力传感器、力矩

3、传感器。方位角陀螺仪、方位仪。电流/电压霍尔电流传感器、电压计。山东大学机械工程学院机电工程研究所2010/09/02第一节基本概念与相关理论外部传感器：视觉：感知外部图像，如：CCD、CMOS等。触觉/滑觉：感知接触/滑动，接近/距离：感知距离，如：接近开关、位置传感器、激光测距仪。热觉：感知温度，如：热电偶、红外CCD。力觉：如：各类力、力矩传感器。嗅觉：感知气味，各种气味传感器。听觉：如：微型MIC，味觉：感知味道。方位：如：陀螺仪等。山东大学机械工程学院机电工程研究所2010/09/02第一节基本概念与相关理论信号感知过程：信号提取信号分析与处理识别融合与应

4、用信号提取：各类传感器。信号分析与处理：信号分析：研究信号的构成与特征，如：滤波、谱分析。信号处理：各种信号变换，如傅里叶变换。信号识别：识别算法、智能技术。信号融合：多传感器的集成，多信息的融合。信息的利用：实现功能、目标。山东大学机械工程学院机电工程研究所2010/09/02第一节基本概念与相关理论6.1.2多传感器系统与信息融合机器人系统包含各种传感器，如何使它们协作工作、发挥出更大的作用？多传感器系统涉及多种类型传感器或多个同类型传感器，还有多功能集成传感器。多传感器系统与信息融合主要作用：1、提高系统可靠性：替代。2、降低系统的不确定性：沉余3、提高完整描

5、述环境的能力：协同4、提高系统的实时性：并行处理山东大学机械工程学院机电工程研究所2010/09/02第一节基本概念与相关理论6.1.3机器人与人工智能人工智能是指将人类所具有的智能的一部分用计算机来实现以及与此相关的技术领域。机器人是从事与人类相识动作的自动机械，代替人类行使某些智能动作，因此，它也是人工智能的研究对象，从这个意义上说，机器人也称为智能机器人。人工智能的研究内容包括：知识获取、知识表达、知识推理、学习与决策、专家系统等理论，为机器人智能奠定了基础。机器人的智能可分为基于传感器的感知智能和基于知识、学习、推理的抽象智能。山东大学机械工程学院机电工程研

6、究所2010/09/02第一节基本概念与相关理论到20世纪80年代，国际上基于知觉控制的机器人已经开始走向实用化阶段，基于知识的智能机器人的研究仍处于比较低级的层次。目前，智能机器人的研究重点在通过多传感器信息融合等技术，提高机器人的性能和可靠性，扩大机器人的应用领域。山东大学机械工程学院机电工程研究所2010/09/02第二节机器人知觉与传感器6.2.1位置、转角传感器当前，常用的位置、转角传感器有：1、光栅尺：2、光电角编码器。山东大学机械工程学院机电工程研究所2010/09/02一、光栅尺根据摩尔条纹原理，通过光电转换，以数字方式表示线性位移量的高精度位移传感

7、器。具有检测范围大，检测精度高，响应速度快的特点。1、光栅与莫尔条纹通过印刷技术在不透明的介质上形成密集的透明条纹（刻痕），条纹间的距离称为栅距（节距），每毫米刻痕的多少称为光栅常数。莫尔条纹：当指示光栅上的线纹和标尺光栅上的线纹之间形成一个小角度θ，并且两个光栅尺刻面相对平行放置时，在光源的照射下，位于几乎垂直的栅纹上，形成明暗相间的条纹。这种条纹称为“莫尔条纹”；两光栅相互运动时间看到的是莫尔条纹运动。第二节机器人知觉与传感器山东大学机械工程学院机电工程研究所2010/09/02第二节机器人知觉与传感器严格地说，莫尔条纹排列的方向是与两片光栅线纹夹角的平分线