机器人感知智能 教案-第4章 机器人接近觉感知.doc

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授课周次

第周

授课时间

2024年月日至2024年月日

课程章节

第四章机器人接近觉感知

4.1机器人接近觉感知概述

1、接近觉感知的概述

2、接近觉感知的发展和现状

4.2红外传感器

4.3微波传感器

教学目的

1、理解机器人接近觉感知概念

2、理解红外传感器的微波传感器原理及应用

内容提要及板书设计

第四章机器人接近觉感知

4.1机器人接近觉感知概述

1、接近觉感知的概述

2、接近觉感知的发展和现状

4.2红外传感器

1、概述和系统组成

2、传感器原理

1、功能与目前研究实现

4.3微波传感器

1、概述和系统组成

2、微波特点

3、微波传感器原理

4、微波传感器的常见应用

重点、难点及解决方案

重点：机器人接近觉感知概念

难点：红外传感器的微波传感器原理

教学内容时间分配

序号

教学内容

学时分配

1

接近觉感知的概念

20

2

接近觉感知的发展和现状

30

3

机器人红外传感器

20

4

机器人微波传感器

20

教学手段

讲解

教学形式

（在右栏勾选）

理实一体（?）理论教学（）

实验（）实训（）上机（）

作业

作业完成方式

书面（?）电子（）

教学后记

注：教案按周次填写，课堂组织和教学过程设计填写在附页中。

附页：第周

序号

具体内容（课堂组织和教学过程设计）

授课改进意见及实时教学效果记录

第4章机器人接近觉感知

4.1机器人接近觉感知概述

4.1.1接近觉感知的概述

随着科学技术的发展，机器人的发展逐渐呈现智能化，这要求覆盖在机器人表面的大面积、多功能传感系统能够完美地实现交互过程中各类信息的量化。在日常生活中，接近觉感知传感器最常见的使用场景就是各个场所的自动感应装置。

机器人假手获取触觉信息一般是通过触觉传感器实现的，通过加载在机器人假手上的触觉传感器，假手的控制单元能收到假手抓握时的触觉信息，并根据触觉信息来调控假手的抓握力度。

图4.1日常生活中接近觉感知传感器的常见使用场景

4.1.1接近觉感知的发展和现状

自1916年法国朗之万发明了世界上第一部超声波传感器到现在，超声波传感器己经完成从简单的借助回声定位到能够分析处理复杂信号的转变，其测量精度和可靠性都非常的高。

在实际应用中，电容式接近觉感知传感器具有对光线、噪音、待测物的颜色、表面纹理等不敏感、检测范围较大等优点，这使得电容式接近觉感知传感器机器人的实际操作场景下具有极大的稳定性。

图4.13兼具触觉与接近觉感知的传感器

随着制作工艺的提高，现有工艺可以满足更精细的加工需求。因此，采用MEMS工艺制作加工的垂直结构的双模式电容电感接近式传感器逐渐被使用。为了让具备电容式接近传感器的服务型机器人安全完成与人交互的任务，需要提高传感器的柔性。柔性的器件能够在发生碰撞时，产生减震缓冲，提高安全性，还能够在曲面、被拉伸等苛刻环境中正常工作。

图4.14垂直结构的电容-电感双模式接近觉感知传感器结构示意图

4.2红外传感器

4.2.1概述和系统组成

接近觉感知传感器的主要优点是无接触，而由于所有的物质都会在温度的作用下将内能转化为电磁波向外辐射能量。所以为了实现电磁波的无接触测量，红外检测传感器应运而生。红外检测技术借助红外线对温度的敏感性，实现对目标物无接触检测，成为接近觉传感器的重要分类，被广泛应用于距离测试、温度测试、气体检测、生物监测等方面。

普朗克定律说明温度、能量和波长三者之间存在对应关系，红外总能量与温度呈正相关，峰值波长与温度呈负相关。

它给出辐射场能量密度按频率的分布，式中T是热力学温度,k是玻耳兹曼常数。普朗克公式在高频范围hvkT的极限条件下，过渡到维恩公式。

在现代社会中，远距离实现目标物的检测是发展热点。

辐射计：主要用于检测微波辐射和光谱测量。微波辐射检测通常用于雷达和卫星通信等领域，而光谱测量则常用于化学和环境监测等领域。

有哪些信誉好的足球投注网站和跟踪系统：主要用于跟踪目标并确定其位置，能够持续跟踪目标运动轨迹。

热成像系统：主要用于获取目标物红外辐射的分布图像。这种传感器能够在夜间或低光照条件下检测目标物体表面的温度分布。

红外测距和通信系统：主要用于无接触测距和实时通信。这种传感器可以通过红外辐射来测量距离，并能够实现短距离通信。

混合系统：这种传感器结合了多种不同的传感器技术，能够实现更加复杂和精确的检测任务。

图4.16红外检测传感器（a）辐射计（b）热成像系统

4.2.2传感器原理

红外光作为太阳光谱的一部分其具有光热效应和辐射能量，相比于其他的光谱范围，由于大气无