传感器在机器人上的应用.ppt

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1、第3章传感器在机器人上的应用3.1机器人常用传感器简介3.2机器人的要求与选择3.3常用机器人内部传感器3.4常用机器人外部传感器3.5多传感器信息融合3.1机器人常用传感器简介3.1.1机器人需要的感觉能力1、触觉能力触觉是智能机器人实现与外界环境直接作用的必需媒介，是仅次于视觉的一种重要感知形式。作为视觉的补充，触觉能感知目标物体的表面性能和物理特性：柔软性、硬度、弹性、粗糙度和导热性等。触觉能保证机器人可靠地抓住各种物体，也能使机器人获取环境信息，识别物体形状和表面的纹路，确定物体空间位置和姿态参数等。检测感知和外部直接接触而产生的接触觉、压觉、滑觉

2、等传感器称为机器人触觉传感器。1）接触觉传感器2）压觉传感器3）滑觉传感器2、力觉能力力觉传感器是机器人最基本，最重要的一种，也是发展比较成熟的传感器。没有力传感器，机器人就不能获取它与外界环境之间的相互作用力，从而难以完成机器人在环境约束下的各种作业。3、接近觉能力接近觉传感器是机器人用来控制自身与周围物体之间的相对位置或距离的传感器。用来探测在一定距离范围内是否有物体接近、物体的接近距离和对象的表面形状及倾斜等状态。它一般都装在机器人手部，起两方面作用。接近觉一般用非接触式测量元件，如霍尔效应传感器、电磁式接近开关、光学接近传感器和超声波式。4、视觉能

3、力视觉信息可分为图形信息、立体信息、空间信息和运动信息视觉传感器获取的信息量要比其它传感器获取的信息量多得多视觉传感器把光学图像转换为电信号视觉传感器摄取的图像经空间采样和模数转换后变成一个灰度矩阵，送入计算机存储器中，形成数字图像5、听觉能力（1）特定人的语音识别系统（2）非特定人的语音识别系统6、嗅觉能力主要采用了三种方法来实现机器人嗅觉功能：在机器人上安装单个或多个气体传感器，再配置相应处理电路来实现嗅觉功能。研究者自行研制简易的嗅觉装置采用商业的电子鼻产品，如ALoutfi用机器人进行的气味识别研究。3.1.2机器人传感器分类1、内部传感器内部传感

4、器是用于测量机器人自身状态的功能元件。具体检测的对象有关节的线位移、角位移等几何量；速度、加速度、角速度等运动量；还要倾斜角和振动等物理量。2、外部传感器用来检测机器人所处环境及状况的传感器。一般与机器人的目标识别和作业安全等因素有关。具体有触觉传感器、视觉传感器、接近觉传感器、距离传感器、力觉传感器，听觉传感器等。传感器分类3.2机器人传感器的要求与选择3.2.1机器人与传感器的关系传感器处于连接外界环境与机器人的接口位置，是机器人获取信息的窗口。用传感器采集信息是机器人智能化的第一步；其次，如何采取适当的方法，将多个传感器获取的环境信息加以综合处理，控

5、制机器人进行智能作业，则是提高机器人智能程度的重要体现。3.2.2选择机器人传感器应考虑的因素1．成本2．重量3．尺4．输出类型5．接口6．分辨率7．灵敏度8．线性度9．量程10．响应时间11．可靠性12．精度和重复精度3.3常用机器人内部传感器3.3.1机器人的位置检测传感器1）检测规定的位置，常用ON/OFF两个状态值。这种方法用于检测机器人的起始原点、终点位置或某个确定的位置。给定位置检测常用的检测元件有微型开关、光电开关等。规定的位移量或力作用在微型开关的可动部分上，开关的电气触点断开（常闭）或接通（常开）并向控制回路发出动作信号。2）测量可变位置

6、和角度，即测量机器人关节线位移和角位移的传感器是机器人位置反馈控制中必不可少的元件。常用的有电位器、旋转变压器、编码器等。其中编码器既可以检测直线位移，又可以检测角位移。1.光电开关光电开关是由LED光源和光电二极管或光电三极管等光敏元件，相隔一定距离而构成的透光式开关。光电开关的特点是非接触检测，精度可达到0.5mm左右。（1）漫反射式光电开关（2）镜反射式光电开关（3）对射式光电开关（4）槽式光电开关（5）光纤式光电开关几种光纤式光电开关2.编码器编码器可分为光电式、磁场式、感应式和电容式。根据其刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式三

7、种。其中光电式编码器最常用。光电编码器分为绝对式和增量式两种类型。增量式光电编码器：结构简单、体积小、价格低、精度高、响应速度快、性能稳定等优点,应用更为广泛，特别是在高分辨率和大量程角速率/位移测量系统中，增量式光电编码器更具优越性光电式增量编码器结构图光电编码器的输出波形图3.旋转变压器旋转变压器有铁芯、两个定子线圈和两个转子线圈组成，是测量旋转角度的传感器。旋转变压器同样也是变压器，它的初级线圈与旋转轴相连，并经滑环通有交变电流（如图所示）。旋转变压器具有两个次级线圈，相互成90度放置。随着转子的旋转，有转子所产生的磁通量跟随一起旋转，当初级线圈与两

8、个次级线圈中的一个平行时，该线圈中的感应电压最大，而在另一个垂直于