第6章 机器人传感器.ppt

第6章 机器人传感器 概述 触觉传感器 接近觉传感器 视觉传感器 听觉、嗅觉、味觉及其他传感器 概 述 机器人与传感器 机器人传感器分类 机器人与传感器 机器人的定义 机器人的发展历史 机器人的定义 机器人可以被定义为计算机控制的能模拟人的感觉、手工操纵的和具有有自动行走能人的而又足以完成有效工作的装置。机器人传感器可以被定义为一种能把机器人目标物持性(成参量)变换为电量输出的过程。 机器人通过传感器实现类似于人类的知觉作用。 机器人的发展历史 第一代机器人是一种进行重复操作的机械、主要是通常所说的机械手，它虽配有电子存储装置，能记忆重复动作，然而因未采用传感器，所以没有适应外界环境变化的能力。 第二代机器人已初步具有感觉相反馈控制的能力，能进行识别、选取相判断．这是由于采用了传感器，使机器人具有了初步的智能。因而传感器的采用与否已成为衡量第—代机器人的重要特征。 第三代机器人为高一级的智能机器人，“电脑化”是这代机器人的重要标志。 机器人传感器的分类 机器人传感器可分为内部检测传感器及外界检测传感器两大类。 内部检测传感器是以机器人本身的坐标轴来确定其位置，是安装在机器人自身中用来感知它自己的状态，以调整并控制机器人的行动。它通常由位置、加速度、速度及压力传感器组成。 外界检测传感器用于机器人对周围环城、日标构的状态持征获取信息．使机器人---环境能发生交互作用，从而使机器人对环境有自校正和自适应能力。外界检测传感器通常包括触觉、接近觉、视觉、听觉、嗅觉、味学觉等传感器。 触觉传感器 人的触觉是人类感觉的一种。它通常包括热觉、冷觉、痛觉、触压觉和力觉等。 机器人触觉．实际是人的触觉的某些模仿。它是有关机器人和对象物之间直接接触的感觉。包含的内容较多客。通常指以下几种： 触觉。手指与被测物是否接触．接触图形的检测。 压觉。垂直于机器人和对象物接触面上的力感觉。 力觉。机器人动作时各自由度的力感觉。 滑觉。物体向着垂直于手指把桅面的方向滑动或变形。 若没有触觉，就不能完好平稳地抓住纸做的杯子，也不能握住工具： 机器人触觉的功能 主要有两方面： 1．检测功能 对操作物进行物理性质检测．如光滑性、硬度等。其目的是： 感知危险状态．实施自身保护， 灵活地控刷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(如识别接触到的表面形状)。 触觉 举例：触觉传感器(a) 结构：平板上安装着多点通、断传感器附着板的装置 原理：平常为通态，当与物体接触时，弹簧收缩，上、下板间电流断开。它的功能相当于一开关，即输出0和1两种信号。 可用于控制机械手的运动方向和范围、躲避障碍物等。 人工皮肤触觉传感器的研究重点 选择更为合适的敏感材料，现有的材料主要有导电橡胶、压电材料、光纤等； 将集成电路工艺应用到传感器的设计和制造中，使传感器和处理电路一体化，得到在规模或超大规模阵列式触觉传感器。 触觉传感器的工作重点 触觉传感器的工作重点集中在阵列式触觉传感器信号的处理上，目的是辨识物体接触物体的形状。 这种信号的处理涉及到信号处理、图像处理、计算机图形学、人工智能、模式识别等学科，是一门比较复杂、比较困难的技术，还很不成熟，有等于进一步研究和发展。 压觉 压觉的概念 压觉传感器原理 压觉的概念 压觉指的是对于手指给予被测物的力，或者加在手指上的外力的感觉。 它用于握力控制与手的支撑力的检测。 目前的压觉传感器主要是分布是压觉传感器，即通过把分散敏感元件排列成矩阵式格子来设计的。 导电橡胶、感应高分子、应变计、光电器件和霍尔元件常被用敏感元件阵列单元。 压觉传感器原理 这种传感器是对小型线性调整器的改进。 在调整器的轴上安装了线性弹簧。一个传感器有l0mm的有效行程。在此范围内，将力的变化转换为遵从虎建定律的长度位移，以便进行俭测。在一侧手指上，每个6mm×8mm的面积分布一个传感器来计算，共排列了28个(四行七排)情感器。左右两侧总共有56个体感器输出。用四路A/D转换器，变速多路调制器对这些输出进行转换后进入计算机。 a为手指抓住物体的状态；b为手指从a状态稍微握紧的状态。 力觉 力觉传感器的作用 关节力传感器 腕力传感器 基座力传感器 力觉传感器的作用 感知是否夹起了工件或是否夹持在正确部位； 控制装配、打磨、研磨抛光的质量； 装配中提供信息、以产生后续的修正补偿运动来保证装配质量和速度 防止碰撞、卡死和损坏机件。 关节力传感器 腕力传感器 基座力传感器 滑觉 接近觉传感器 电磁式 电容式 电磁式 电容式 视觉传感器 听觉、嗅觉、味觉及其他传感器 光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室 谢光忠 制作 PVF2阵列式触觉传感器