第12章 机器人传感器课件.pptVIP

机器人传感器 (谢光忠 制作) 共29页 12.1 概述—机器人与机器人传感器 12.2 触觉传感器 12.3 接近觉传感器 12.4 视觉传感器 12.5 听觉传感器 12.2 机器人的触觉 一般认为触觉包括接触觉、压觉、滑觉、力觉四种，狭义的 触觉按字面上来看是指前三种感知接触的感觉。 接触觉传感器实例 高密度智能压觉传感器 P266 图14-6 接触觉传感器实例 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克定律的长度位移，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)传感器。左右两侧总共有56个传感器输出。用四路A/D转换器，高速多路调制器对这些输出进行转换后进入计算机。 下图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。 压觉传感器实例 高密度智能压觉传感器 （压阻式） 压觉传感器实例 　　对于非阵列接触觉传感器，信号的处理主要是为了感知物体的有无。由于信息量较少，处理技术相对比较简单、成熟； 对于阵列式接触觉传感器，其目的是辨识物体接触面的轮廓。这种信号的处理将涉及到图像处理、计算机图形学、人工智能、模式识别等学科，目前还不成熟，有待进一步研究。 接触觉传感器信号处理 2. 压觉传感器 压觉用于握力控制与手的支撑力检测，实际是接触觉的延伸。现有压觉传感器一般有以下几种： 1. 利用某些材料的压阻效应制成压阻器件，将它们密集配置成阵列，即可检测压力的分布； 2. 利用压电晶体的压电效应检测外界压力； 3.利用半导体压敏器件与信号电路构成集成压敏传感器； 4.利用压磁传感器和扫描电路与针式接触觉传感器构成压觉传感器。 硅电容压觉传感器阵列 （电容式） 3. 力觉传感器 力觉传感器使用的主要元件是电阻应变片。 通常我们将机器人的力传感器分为三类： （1）关节力传感器 装在关节驱动器上的力传感器，称为关节力传感器，用于控制运动中的力反馈。 应变式关节力传感器结构 （2）腕力传感器 装在末端执行器和机器人最后一个关节之间的力传感器，称为腕力传感器。 SRI （Stanford Research Institute）研制的六维腕力传感器，如图所示。它由一只直径为75mm的铝管铣削而成，具有八个窄长的弹性梁，每个梁的颈部只传递力，扭矩作用很小。梁的另一头贴有应变片。图中从Px+到Qy-代表了8根应变梁的变形信号的输出。 SRI六维腕力传感器 日本大和制衡株式会社林纯一研制的腕力传感器。它是一种整体轮辐式结构，传感器在十字梁与轮缘联结处有一个柔性环节，在四根交叉梁上共贴有32个应变片（图中以小方块），组成8路全桥输出 。 十字梁腕力传感器 传感器的内圈和外圈分别固定于机器人的手臂和手爪，力沿与内圈相切的三根梁进行传递。每根梁上下、左右个贴一对应变片，三根梁上共有6对应变片，分别组成六组半桥，对这6组电桥信号进行解耦可得到六维力（力矩）的精确解。 三梁腕力传感器 （3）基座力传感器 传感器装在基座上，机械手装配时用来测量安装在工作台上的工件所受的力。 4. 滑觉传感器 一般可将机械手抓取物体的方式分为两种：硬抓取和软抓取。 硬抓取（无感知时采用）：末端执行器利用最大的夹紧力抓取工件。 软抓取（有滑觉传感器时采用）：末端执行器使夹紧力保持在能稳固抓取工件的最小值，以免损伤工件。此时机器人要抓住物体，必须确定最适当的握力大小。因此需检测出握力不够时物体的滑动，利用这一信号，在不损坏物体的情况下牢牢抓住物体。 滑觉传感器工作原理 采用压觉传感器实现滑觉感知 　　它由一个金属球和触针组成，金属球表面分成许多个相间排列的导电和绝缘小格。触针头很细，每次只能触及一格。当工件滑动时，金属球也随之转动，在触针上输出脉冲信号，脉冲信号的频率反映了滑移速度，个数对应滑移的距离。 滚筒式滑觉传感器 　　钢球指针与被抓物体接触。若工件滑动，则指针振动，线圈输出信号。 通过检测滑动时的微小振动来检测滑动 基于振动的机器人专用滑觉传感器 利用光纤传感器检测形变 光纤式滑觉传感器 　 当有力作用时，通过弹性元件的变形使发射和接收光纤的端面与发射面之间的距离发生变化，接收光纤所接收到的光强也随之变化。如果得出位移和转角的确定关系，便可得出传感器的输入输出转换关