第八章-机器人感觉技术与传感器.ppt

主要内容 8.1　 感知器的相关概念 8.2 　机器感觉原理、方式与过程 8.3 　机器人传感器分类与选择 8.4 　位移、速度与加速度传感器 8.5 　触觉技术 8.6 　测距技术 8.7 传感器融合 8.1　感知器的相关概念 8.1.1 人类智能与人工智能 8.1.2 器官功能与传感器 8.1.3 信息载体 8.1.4 机器人感觉器官的必要性 8.1.1 人类智能与人工智能 人类智能的主要表现 感知、记忆、思维、表达、动作、学习…… 人工智能 对人类智能的理解与机器实现 人体有两种感觉系统 1)内体感觉系统:检测诸如手足关节角、肌肉扩张和肌肉拉紧等内部参量。 2)外体感觉系统:对皮肤表面温度和形状的改变而产生反应，这些参量是直接接触外部物体的结果。 8.1.2 器官功能与传感器 人类的感觉器官： 　视觉、听觉、触觉、味觉、嗅觉 还有什么？ 　　痛觉 　　热觉 　　接近觉？气功？ 　　特异功能？天眼？ 什么是传感器 传感器是一种能将具有某种物理表现形式的信息变换成机器可以处理的输入换能器。 将被测非电量信号转换成与之有对应关系的电量输出的器件或装置。 又叫变换器、换能器或探测器。 什么是信息 Clande Shannon：信息是一种减少不确定量的量。 R·Andrew Russell:信息是增长人类知识的东西。 8.1.3 信息载体 (1)辐射——涉及全频段的电磁波。范围包括无线电波到gama 射线。 　　辐射的主要参数是强度、频率、偏振和相位。 (2)物理量——论述物质的各种外部参量。 　　例如，位置、速度、尺寸、厚度、力和真空。 (3)热——温度、温度梯度、热和熵。 (4)电——电压、电流、电阻、电容等电参数。 (5)磁——磁场强度、磁通密度和磁导率。 (6)化学量——论述物质的内部结构的量。 　　其主要参数是某一材料的浓度、晶体结构和凝聚态。 8.1.4 机器人感觉器官的必要性 1、增加机器人功能，提高工作质量，有效完成任务；机器人传感器能监控所操纵工件的质量。例如，及时检查出有毛病的工件。 2、适应复杂情况（对象/环境），扩大应用范围，防止发生意外事故。例如，自动导引车辆(AGV)式机器人，在道路上不能撞到人。 3、人机交互的需要，接受指令，表达感情。 4、降低对机器人及其工作对象精度的要求——“可以吃粗粮”； (1)随机安置物体的位置。从而降低购置固定夹具所需的高额费用； (2)允许物体的形状变化，可以放宽精度要求，而不必制成符合自动化装配线需求的高精度，也不需要高价地制造0.1mm精度的载体。例如，桔子和蛋等食品，其形状和尺寸是变动的，通过触觉传感器感知的信息，机器人可抓住它。 8.2 机器感觉原理、方式与过程 8.2.1 感觉原理 感觉原理即传感器构成原理 分为结构型和物性型 8.2.2 感觉方式 8.2.3 感觉过程……阶段性 8.2.1 感觉原理 结构型传感器 概念：应用通常的物理定律构成的传感器，如：运动定律，牛顿定律，欧姆定律，电磁定律，热力学定律等。 特点：传感原理明确，结构比较复杂，一般与结构材料无关。 结构型传感器举例 由两个平行板组成的电容器的电容量为： C= εA / d 式中ε——电容极板间介质的相对介电系数，相对于真空，ε=1； A——两平行板所覆盖的面积； d——两平行板之间的距离； C——电容量。 电容式传感器分为： 变极距型电容式传感器 变极板面积型电容式传感器 变介质型电容式传感器 改变平行板间距的传感器可用来测量微米数量级的位移，而变化面积的传感器只适合测量厘米数量级的位移。 结构型传感器举例 利用电磁感应把被测的物理量如位移、压力、流量、振动等转换成线圈的自感系数L和互感系数M的变化，再由测量电路转换成电压或电流的变化量输出，实现非电量到电量的转换。 结构型传感器举例 光电式码盘是一种非接触性光电传感器。 它具有测量准确度高、响应速度快、结构简单、可靠性高和使用寿命长等优点。 典型的光码盘有ＴＬＰ50 7Ａ，ＴＬＰ80 0等类型。 为了确保转速测量准确度，使用单片机系统对脉冲信号处理。 物性型传感器 概念：利用物质本身的某种客观性质制作 的传感器。 特点：受材料性质与使用环境影响较大。 结构简单，灵敏度高。 物性型传感器举例： 光电传感器 压电传感器 光电传感器—— 光电传感器是一种将光量的变化转化为电量的变化的传感器。它的物理基础就是光电效应。 光电效应分:外光电效应、内光电效应两大类。 在光线的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应。向外发射的电