专题十五 机器人中的传感器(教案)-山东省职教高考《传感器及应用》(高教版)专题复习讲练测.docxVIP

专题十五 机器人中的传感器(教案)-山东省职教高考《传感器及应用》(高教版)专题复习讲练测.docx

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专题十五机器人中的传感器(教案)-《传感器及应用》高教版-专题复习讲练测

[考纲要求]

1.理解传感器对于机器人的重要性,能够准确区分不同类型的机器人传感器。

2.掌握机器人视觉的基本原理,了解视觉传感器如何帮助机器人获取和处理图像信息,能够分析视觉传感器在不同机器人应用中的作用。

3.理解各类触觉传感器的工作原理,能够对比它们的特点和适用场景,举例说明它们在机器人中的实际应用。

4.掌握接近觉传感器的检测原理,能够说明其在机器人避免碰撞、物体定位等方面的应用。

5.了解这些特殊传感器的基本工作原理,能够设想它们在机器人领域的潜在应用场景。

[课时安排]

2课时

[知识梳理]

重点一机器人与传感器

机器人传感器可以被定义为一种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。

机器人感觉传感器的特点是:

(1)传感器包括信息获取和处理两部分并密切结合;

(2)传感器检测的信息直接用于控制,以决定机器人的行动;

(3)与过程控制用传感器不同,感觉传感器既能检测信息,又有随环境状态大幅度变化的功能,因此信息收集能力强;

(4)传感器对敏感材料的柔性和功能有特定要求。由此可见,感觉传感器不仅包括传感装置本身,而且必须包括传感器的信号处理。

重点二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和外界检测传感器两大类。内部检测传感器以机器人本身的坐标轴来确定其位置,安装在机器人自身中用来感知它自己的状态,以调整和控制机器人的行动。内部检测传感器通常由位置、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获取周围环境、目标物的状态特征信息,使机器人与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视觉、触觉、接近觉等传感器。表8-1列出了这些传感器的分类和应用。

重点三机器人视觉

人的视觉是以光作为刺激的感觉,可以认为眼睛是一个光学系统。外界的信息作为影像投射到视网膜上,经处理后传到大脑。视网膜上有两种感光细胞,视锥细胞主要感受白天的景象,视杆细胞感受夜间景象。人的视锥细胞大约有700多万个,是听觉细胞的3000多倍,因此在各种感官获取的信息中,视觉约占80%。同样,对机器人来说视觉传感器也是最重要的传感器。视觉作用的过程如图8-1所示。

重点四机器人视觉传感器的组成

典型机器人视觉传感器的组成原理如图8-2所示。

光电变换和A/D转换组成视觉检测部分。数据预处理包括对图像数据的存储与分析。第四部分中的状态量是指对象物体的位置和方向,根据需要还可算出移动速度等。一般根据重心来确定对象的位置,根据状态量机器人可进行操作。特性量的计算即从物体图像中提取特征的过程,称为描绘技术。识别是一个标明的过程,识别算法功能是给景物中每个描绘中的物体一个标号,例如扳手、螺栓、螺帽等。

重点五接触觉传感器

(1)接触觉(简称“触觉”)传感器用来检测机器人的某些部位与外界物体是否接触。例如装有触觉传感器的机械手,能感受是否抓住零件,并能自动将零件置于手的中心。机器人触觉传感器最简单的形式是,将滚轮与控制杆等特殊形状的传动装置安装在微动开关上。这种开关配置在机器人手腕的各部位,如内外侧、上下侧及手指的指端左右。开关获得的信息决定于臂的动作,抓握状态由手指内侧开关确定。

(2)图8-4所示为金属圆顶式高密度接触传感器。压力使弹性金属圆顶弯曲,从而接触下面的触点。灵敏度可通过金属圆顶和接触点之间的空气压力进行调整。接点信息通过多路调制器选择后送入计算机。

(3)图8-5所示为用针式差动变压器配置成的矩阵分布式接触传感器。用这种传感器能识别物体的形状。图8-5a为传感器外形;图8-5b为在传感器阵列上绕两个线圈的示意图。在各触针上,激励线圈与检测线圈成对而绕。每个传感器均由钢针、塑料套筒,以及拾针杆、加复位力的磷青铜弹簧等构成。这种传感器的原理是,当针杆与物体接触而产生位移时,针杆根部的磁性体将随之运动,从而增强了两个线圈间的耦合系数。

[真题练讲]

1.(2020年山东省统一考试)压觉传感器通常采用的原理是()

A.电磁感应

B.光电效应

C.电阻应变

D.霍尔效应

答案:C

解析:压觉传感器通常采用电阻应变原理,当受到压力时,电阻应变片的电阻值发生变化。电磁感应用于感应磁场变化;光电效应用于光电传感器;霍尔效应用于霍尔传感器测量磁场。

2.(2018年河南省统一考试)在机器人的听觉传感器中,将声音信号转换为电信号的部件是()

A.扬声器

B.麦克风

C.音频放大器

D.信号处理器

答案:B

解析:麦克风可以将声音信号转换为电信号;扬声器是将电信号转换为声音信号;音频放大器用于放大电

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