自动检测与转换技术 裴蓓 第8章 智能传感器

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1、第8章智能传感器机器人传感器8.1智能传感器8.2【学习目标】掌握机器人传感器的种类掌握机器人传感器的工作原理掌握智能传感器的工作原理掌握智能传感器的实现途径掌握智能传感器的功能【技能目标】具备分析机器人传感器电路的能力具备制作机器人传感器电路的能力具备制作智能传感器应用电路的能力具备调试电路的能力8.1机器人传感器图8.1所示为排爆机器人工作实物图。图8.1排爆机器人工作实物图8.1.1机器人与传感器机器人是由计算机控制的能模拟人的感受、动作且具有自动行走功能而又足以完成有效工作的装置。8.1.2机器人传感器的分类及特点1．机器人传感器的分类表8.1所示

2、为机器人传感器的分类及应用。类别检测内容应用目的传感器件明暗觉是否有光，亮度多少判断有无对象，并得到定量结果光明管、光电断续器色觉对象的色彩及浓度利用颜色识别对象的场合彩色摄影机、滤波器、彩色CCD位置觉物体的位置、角度、距离物体空间位置，判断物体移动光敏阵列、CCD等形状觉物体的外形提取物体轮廓及固有特征，识别物体光敏阵列、CCD等接触觉与对象是否接触，接触的位置决定对象位置，识别对象形态，控制速度，安全保障，异常停止，寻径光电传感器、微动开关、薄膜接点、压敏高分子材料压觉对物体的压力、握力、压力分布控制握力，识别握持物，测量物体弹性压电元件、导电橡胶、

3、压敏高分子材料力觉机器人有关部件（如手指）所受外力及转矩控制手腕移动，伺服控制，正确完成作业应变片、导电橡胶接近觉与对象物是否接近，接近距离，对象面的倾斜控制位置，寻径，安全保障，异常停止光传感器、气压传感器、超声波传感器、电涡流传感器、霍尔传感器滑觉垂直于握持面方向物体的位移，旋转重力引起的变形修正握力，防止打滑，判断物体重量及表面状态球形接点式、光电式旋转传感器、角编码器、振动探测器表8.1机器人传感器的分类及应用（1）内部参数检测传感器图8.2所示为一种球坐标工业机器人原理框图和结构图。1—回转立柱2—摆动手臂3—手腕4—伸缩手臂图8.2球坐标工业机

4、器人（2）外部参数检测传感器外部参数检测传感器用于获取机器人对周围环境或者目标物状态特征的信息，是机器人与周围进行交互工作的信息通道。2．机器人传感器的特点①传感器包括获取信息和处理信息两部分，这两部分有机的结合在一起。②传感器检测的信息直接用于控制，以决定机器人的行动。③与工业控制或一般检测用的传感器不同的是，机器人传感器既能检测信息，又有紧随环境状态进行大幅度变化的功能，因此信息收集能力强。④传感器对敏感材料的柔性和功能有特定要求。由此可见，机器人传感器不仅包括传感器本身，而且必须包含传感器信号处理部分。8.1.3触觉传感器1．人的皮肤的感觉一般认为人

5、的皮肤感觉主要有4种，即触觉、冷觉、温觉和痛觉。2．机器人的触觉（1）压觉传感器图8.3所示为硅电容压觉传感器阵列结构剖面示意图，硅电容压觉传感器阵列由若干个电容器均匀地排列成一个简单的电容器阵列。1—柔性垫片层2—表皮层3—硅片4—衬底5—Si026—电容极板图8.3硅电容压觉传感器阵列结构剖面示意图（2）力觉传感器图8.4所示为挠性十字梁式腕力传感器结构示意图。1—前手腕关节2—十字框架3—应变片4—后手腕关节连接孔图8.4挠性十字梁式腕力传感器结构示意图（3）滑觉传感器图8.5所示为光电式滑觉传感器的手爪及构造。1—被抓物2—手爪3—齿轮-齿条4—手

6、腕5—驱动杆6—滚筒7—平直弹簧片8—定轴9—码盘10—发光二极管11—光敏二极管图8.5光电式滑觉传感器的手爪及构造注意光电式滑觉传感器只能感知一个方向的滑觉（称一维滑觉），若要感知二维滑觉，则可采用球形滑觉传感器，如图8.6所示。1—滑动球2—被抓物3—软衬4—接触器图8.6球形滑觉传感器（4）PVDF接触觉传感器机器人的触觉功能主要有检测功能和识别功能两方面。①检测功能：对操作物进行物理性质检测，如表面光滑度、硬度等。其目的是感知危险状态，实施自身保护；灵活地控制手爪及关节以操作对象物；使操作具有适应性和顺从性。②识别功能：识别对象物的形状（如识别接

7、触到的表面形状）。8.1.4接近觉传感器接近觉传感器用于感知一定距离内的场景状况，所感应的距离范围一般为几毫米至几十毫米，也有的可达几米。1．电磁式接近觉传感器成块的金属置于变化着的磁场中时，或者是在固定磁场中运动时，金属体内就要产生感应电流，而金属板表面感应的涡流产生的电磁场又反作用于线圈上，改变了电感的大小，从而感知传感器与被接近物体的距离大小。2．红外线式接近觉传感器红外线式接近传感器可以探测到机器人是否靠近人或其他热源，可用于安全保护和改变机器人的行走路径。3．光电式接近觉传感器光电式接近觉传感器应用发射—反射式原理。4．超声波式接近觉传感器超声波

8、式接近觉传感器既可以用一个超声波换能器兼做发射器和接收器，也可以用