传感器与检测技术课件第十章_工业机器人的传感器3.ppt

* 机电工程学院 * 磁力式滑觉传感器中，滑动物体引起滚轮滚动，用磁铁和静止的磁头，或用光传感器进行检测，这种传感器只能检测到一个方向的滑动。 球式传感器用球代替滚轮，可以检测各个方向的滑动，振动式滑觉传感器表面伸出的触针能和物体接触，物体滚动时，触针与物体接触而产生振动，这个振动由压电传感器或磁场线圈结构的微小位移计检测。滚轮式滑觉传感器如图所示。 测振式滑觉传感器 常见的滑觉传感器 柱型滚轮式滑觉传感器 (a) 机器人夹持器； (b) 传感器 常见的滑觉传感器 球形滑觉传感器 常见的滑觉传感器 * 机电工程学院 * （2）力觉传感器 力觉是指对机器人的指、肢和关节等运动中所受力的感知. 主要包括：腕力觉、关节力觉和支座力觉等，根据被测对象的负载，可以把力传感器分为测力传感器(单轴力传感器)、力矩表(单轴力矩传感器)、手指传感器(检测机器人手指作用力的超小型单轴力传感器)和六轴力觉传感器。 * 机电工程学院 * 力觉传感器根据力的检测方式不同，可以分为： 1) 检测应变或应力的应变片式，应变片力觉传感器被机器人广泛采用； 2) 利用压电效应的压电元件式； 3) 用位移计测量负载产生的位移的差动变压器、电容位移计式。 在选用力传感器时，首先要特别注意额定值，其次在机器人通常的力控制中，力的精度意义不大，重要的是分辨率。 在机器人上实际安装使用力觉传感器时，一定要事先检查操作区域，清除障碍物。这对实验者的人身安全、对保证机器人及外围设备不受损害有重要意义。 Draper的腕力传感器 常见的力觉传感器 SRI腕力传感器应变片连接方式 SRI腕力传感器 常见的力觉传感器 林纯一的腕力传感器 常见的力觉传感器 图 5-22 非径向中心对称三梁腕力传感器 * 机电工程学院 * （3）距离传感器 距离传感器可用于机器人导航和回避障碍物，也可用于机器人空间内的物体进行定位及确定其一般形状特征。 目前最常用的测距法有两种： 1) 超声波测距法 超声波是频率20kHz以上的机械振动波，利用发射脉冲和接收脉冲的时间间隔推算出距离。超声波测距法的缺点是波束较宽，其分辨力受到严重的限制，因此，主要用于导航和回避障碍物。 * 机电工程学院 * 2) 激光测距法：激光测距法也可以利用回波法，或者利用激光测距仪，其工作原理如下： 氦氖激光器固定在基线上，在基线的一端由反射镜将激光点射向被测物体，反射镜固定在电动机轴上，电动机连续旋转，使激光点稳定地对被测目标扫描。由CCD(电荷耦合器件)摄像机接受反射光，采用图像处理的方法检测出激光点图像，并根据位置坐标及摄像机光学特点计算出激光反射角。利用三角测距原理即可算出反射点的位置。 * 机电工程学院 * (4) 其他外部传感器 除以上介绍的机器人外部传感器外，还可根据机器人特殊用途安装听觉传感器、味觉传感器及电磁波传感器，而这些机器人主要用于科学研究、海洋资源探测或食品分析、救火等特殊用途。这些传感器多数属于开发阶段，有待于更进一步完善，以丰富机器人专用功能 * 机电工程学院 * (5) 传感器融合 系统中使用的传感器种类和数量越来越多，每种传感器都有一定的使用条件和感知范围，并且又能给出环境或对象的部分或整个侧面的信息，为了有效地利用这些传感器信息，需要采用某种形式对传感器信息进行综合、融合处理，不同类型信息的多种形式的处理系统就是传感器融合。传感器的融合技术涉及神经网络、知识工程、模糊理论等信息、检测、控制领域的新理论和新方法。 * 机电工程学院 * 传感器汇集类型有多种，现举两种例子。 1) 竞争性的：在传感器检测同一环境或同一物体的同一性质时，传感器提供的数据可能是一致的，也可能是矛盾的。若有矛盾，就需要系统裁决。裁决的方法有多种，如加权平均法、决策法等。在一个导航系统中，车辆位置的确定可以通过计算法定位系统(利用速度、方向等记录数据进行计算)或陆标(如交叉路口、人行道等参照物)观测确定。若陆标观测成功，则用陆标观测的结果，并对计算法的值进行修正，否则利用计算法所得的结果。 * 机电工程学院 * 2) 互补性的：传感器提供不同形式的数据。例如，识别三维物体的任务就说明这种类型的融合。利用彩色摄像机和激光测距仪确定一段阶梯道路，彩色摄像机提供图像(如颜色、特征)，而激光测距仪提供距离信息，两者融合即可获得三维信息。 目前，要使多传感器信息融合体系化尚有困难，而且缺乏理论依据。多传感器信息融合的理想目标应是人类的感觉、识别、控制体系，但由于对后者尚无一个明确的工程学的阐述，所以机器人传感器融合体系要具备什么样的功能尚是一个模糊的概念。相信随着机器人智能水平的提高，多传感器信息融合理论和技术将会逐步完善和系统化。 吸尘器自动装配实验系统