新型传感器第七节10.ppt

安徽工程科技学院 电气工程系 张红 新型传感器 New Type Sensors 第 七 章 机 器 人 传 感 器 第一节 机器人传感器功能与分类 第二节 机器人视觉传感器 第三节 机器人触觉传感器 第四节 机器人接近觉传感器 概述 一、机器人与传感器 机器人定义：由计算机控制的能模拟人的感觉、手工操纵的和具有自动行走能力的而又足以完成有效工作的装置。 机器人传感器定义：能把机器人目标物特性（或参量）变换为电量输出的装置。机器人通过传感器实现类似于人类的知觉作用。 二、机器人的发展 第一代：机械手--------未采用传感器 第二代：采用传感器 第三代：电脑化 三、应用 第一节 机器人传感器功能与分类 对敏感材料的柔性和功能有特定要求: 因此，机器人传感器既包括传感器本身，也包含传感器的信号处理。它由获取信息和处理信息两部分有机地构成。 机器人传感器的特点是： 有别于其它种类的传感器: 机器人传感器信息收集能力强, 既能获取信息，又紧随环境状态进行大幅度变化。 获取的信息实时地用于控制: 用以决定机器人的行动。 有和人类的五官对应的功能: 能安装在机器人上 传感器的信号获取与处理过程： 接触觉传感器多半是经过①过程。 信号获取→信号处理→信号提取→数据解释等几个层次的处理； 并非所有传感器的信号处理都要经过这四个全过程； 如视觉和高密度压觉传感器一般需经过③和④的的过程； 位置、接近觉和压觉等传感器仅经过②过程； 外部检测传感器：用于获取机器人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。其功能是让机器人对环境有自校正和自适应能力，很好地执行工作。接近觉、视觉、听觉、嗅觉、味觉等传感器。 传感器的分类： 内部检测传感器：以机器人本身的坐标轴来确定其位置，用来感知运动学参数。通过内部检测传感器，机器人可以了解自己的工作状态，调整和控制自己按照一定的位置、速度、加速度、压力和轨迹等进行工作。 机器人传感器的分类及应用 一、人眼与视觉 人的80%以上的外界信息通过视觉所获取。对于机器人来说，视觉传感器也是最重要的传感器。 第二节 机器人视觉传感器 1、?人眼的结构 眼球壁： 外层（角膜、巩膜） 中层（虹膜、睫状体、脉络膜） 内层（视网膜） 屈光系统： 角膜、房水、睫状肌、晶状体 感光系统： 视网膜、视神经、视中枢 眼球的构造类似一台照相机： 屈光系统＝镜头、感光系统＝底片 ?2、人的视觉功能 ?? 1）、立体感觉能力 2）、测定物体大小及其所在位置远近的能力。 ? 3）、自动跟踪和观察运动目标对象的能力。 4）、人的视神经有快速接受和传输视觉信息的能力 5）、感觉色彩的能力。 ????? 3、机器人视觉系统主要应用 1）、用视觉进行产品检验，代替人的目检。包括：形状检验棗检查和测量零件的几何尺寸。形状和位置；缺陷检验检查零件是否损坏，划伤；齐全检验棗检查部件上的零件是否齐全。 ? 2）、在机器人进行装配、搬运等工作时，用视觉系统对一组需装配的零、部件逐个进行识别，并确定它在空间的位置和方向，引导机器人的手准确地抓取所需的零件，并放到指定位置，完成分类、搬运和装配任务。 3）、为移动机器人进行导航。 人的双眼从不同的方位获取同一景物的信息，各自得到关于景物的二维图像，这左右两幅图像有着微小的区别，这种区别就叫做视差。 人的大脑通过对左右两幅图像、以及两幅图像的视差进行分析和处理后，可以得到关于景物的光亮度、形状、色彩、空间分布等等信息。 4、人眼的立体视觉 当双眼注视着有限距离点B点时，B在视网膜上的像也落在左右眼的黄斑位置B1和Br。 B点相对于左右眼的两视线的夹角O1BOr称作视差角，用θb表示。 为了观看物点B，眼睛将偏转一定量的会聚角φ，显然，θb = 2φ。 双眼注视无穷远的点，该点与双目的夹角θ= 0，无穷远的点经水晶体成的像都落在左右眼的黄斑处； A点在左、右眼上的线视差为： 线视差是描述物点在空间中位置的重要参数，在机器人立体视觉中，视差也是一个十分重要的判定景物空间分布的因素之一。 B相对于人眼的距离Z b为： Zb = b / tgφ 空间中任意一点A的左右像点分别为A1和A r ，设线视差分别为Δl 、Δr。 1、激光扫描法 X = x ( b tgβ+ Ll ) / ( x tgβ+Lf ) Y = y ( b tgβ+ Ll ) / ( x tgβ+Lf ) 二、机器人视觉方法 结构分析。 根据发射光线的空间角度β和反射光线空间角度α，以及发射源与电视摄像机之间的相对位置b的几何关系，就可以确定反射点的空间坐标Z：