視覺聽覺嗅覺味覺觸覺.ppt

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1、Robotics第七章傳感器7.1引言視覺聽覺嗅覺味覺觸覺Robotics采用兩級分布式計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)在機(jī)器人中，起到內(nèi)部反饋控制作用或感知與外部環(huán)境的相互作用的裝置被稱為傳感器。靈巧手三個(gè)手指3個(gè)關(guān)節(jié)微電機(jī)角度傳感器三維力傳感器概念：Robotics7.2傳感器特性控制器內(nèi)部傳感外部傳感機(jī)器人機(jī)器人信息傳感位置傳感器速度傳感器加速度傳感器力和壓力傳感器力矩傳感器微動開關(guān)可見光和紅外傳感器接觸和視覺傳感器接近覺傳感器測距儀嗅覺傳感器視覺傳感器語音識別裝置語音合成器Robotics7.2傳感器特性成本尺寸重量輸出的類型接口分辨率靈敏度線性度量程響應(yīng)時(shí)間頻率響應(yīng)可靠

2、性重復(fù)精度精度Robotics旋轉(zhuǎn)編碼器電位器伺服電機(jī)伺服控制器步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)控制器Robotics7.3位置傳感器電位器通過電阻把位置信息轉(zhuǎn)化為隨位置變化的電壓。電位器信號調(diào)理A/D（10）微處理器3605V5000mv/1024bit=5mv/bit360°/5000mV=0.07°/mv0.35°/bitRobotics7.3位置傳感器編碼器檢測細(xì)微運(yùn)動，輸出數(shù)字信號基本形式：增量式，絕對式1增量式簡單旋轉(zhuǎn)式增量碼盤簡單直線增量編碼器Robotics增量式旋轉(zhuǎn)編碼器通過內(nèi)部兩個(gè)光敏接收管轉(zhuǎn)化其角度碼盤的時(shí)序和相位關(guān)系，得到其角度碼盤角度位移量增加（正方向）或減少

3、（負(fù)方向）。順時(shí)針運(yùn)動逆時(shí)針運(yùn)動AB11010010AB11100001S2S1S0S1S0順時(shí)針逆時(shí)針S0S0S2S2順時(shí)針逆時(shí)針無法輸出軸轉(zhuǎn)動的絕對位置信息Robotics增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖A、B和Z相；A、B兩組脈沖相位差90o，從而可方便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向，而Z相為每轉(zhuǎn)一個(gè)脈沖，用于基準(zhǔn)點(diǎn)定位。優(yōu)點(diǎn)原理構(gòu)造簡單壽命長，可靠性高抗干擾能力強(qiáng)缺點(diǎn)Robotics2絕對式#格雷碼二進(jìn)制碼#格雷碼二進(jìn)制碼0000000006010101101000100017010001112001100108110010003001000119110

4、1100140110010010111110105011101011111101011每個(gè)位置都對應(yīng)著透光與不透光弧段的惟一確定組合，這種確定組合有惟一的特征。通過這特征，在任意時(shí)刻都可以確定碼盤的精確位置。Robotics3線位移差動變壓器（LVDT）Robotics4旋轉(zhuǎn)變壓器原理：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動引起磁通量旋轉(zhuǎn)，在次級線圈產(chǎn)生變化的電壓。從而可以用來測量角位移。Robotics5磁反射型傳感器§7.3速度傳感器編碼器原理：對任意給定的角位移，編碼器將產(chǎn)生確定數(shù)量的脈沖信號，通過統(tǒng)計(jì)指定時(shí)間內(nèi)脈沖信號的數(shù)量，能計(jì)算出相應(yīng)的角速度。測速發(fā)電機(jī)原理：將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的裝置

5、，輸出是與輸入角速度成正比的模擬電壓，它可與電位器一起來使用來估計(jì)速度。位置信號微分原理：對位置信號求微分來測試速度§7.4力和壓力傳感器壓電晶體：壓電材料受壓后會產(chǎn)生一定電壓。力敏電阻：阻值隨垂直施加在表面的力的增加而降低。力敏電阻3.應(yīng)變片輸出與形變成正比應(yīng)變片惠斯通電橋§7.5力矩傳感器原理：如果在軸上施加力矩，力矩將在軸上產(chǎn)生兩個(gè)方向相反的力和兩個(gè)方向相反的形變，兩個(gè)力傳感器可以測出這兩個(gè)力，根據(jù)所測力的大小可計(jì)算出力矩。用六個(gè)傳感器測量三個(gè)彼此獨(dú)立的軸上的力和力矩§7.6其它類型傳感器微動開關(guān)可以用它切斷通過導(dǎo)體的電流，因此能用于安全保護(hù)。此外，還可以用來

6、監(jiān)測是否有接觸或用作位移開關(guān)發(fā)送信號。2.可見光和紅外傳感器電阻隨著投射在其上面光強(qiáng)的變化而改變，與移動光源聯(lián)用，測量位移。建立與機(jī)器人進(jìn)行遠(yuǎn)程通信的鏈路。3.接觸和觸覺傳感器在實(shí)際接觸時(shí)發(fā)出信號。簡單的接觸式傳感器以陣列形式排列組合成觸覺傳感器，它以特定次序向控制器發(fā)送接觸和形狀信息。觸覺傳感器可以提供的物體的信息如下圖類皮膚觸覺傳感器4.接近覺傳感器用于探測兩個(gè)物體接觸之前一物體向另一物體接近。（非接觸）常見接近覺傳感器（1）磁感應(yīng)接近傳感器：測量轉(zhuǎn)子速度（轉(zhuǎn)數(shù)）、接通或關(guān)斷電路。（2）光學(xué)接近傳感器（3）超聲波接近覺傳感器（4）感應(yīng)式接近覺傳感器（5）電容式接

7、近覺傳感器（6）渦流接近覺傳感器§7.7測距儀與接近覺傳感器不同，測距儀用于測量較長的距離，它可以探測障礙物和物體表面的形狀，并且用于向系統(tǒng)提供早期信息。常用的測量方法是三角法和測量傳輸時(shí)間法。三角法：測量原理如圖所示測量原理：僅在發(fā)射器以特定角度發(fā)射光線時(shí)，接收器才能檢測到物體上的光斑，利用發(fā)射角的角度可以計(jì)算出距離。測量傳輸時(shí)間法：信號傳輸?shù)木嚯x包括從發(fā)射器到物體和被物體發(fā)射到接收器兩部分。傳感器與物體之間的距離是信號行進(jìn)距離的一半，知道了傳播速度，通過測量信號的往返時(shí)間即可計(jì)算出距離。超聲波測距儀特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、簡單、廉價(jià)并且能耗低，但是分辨率和最大工作距