机器人技术第五章-机器人的感觉

1、1.1.传感器的分类传感器的分类 内部传感器：检测机器人本身状态（手臂间角度内部传感器：检测机器人本身状态（手臂间角度等）的传感器。等）的传感器。 外部传感器：检测机器人所处环境（是什么物体，外部传感器：检测机器人所处环境（是什么物体，离物体的距离有多远等）及状况（抓取的物体滑落等）离物体的距离有多远等）及状况（抓取的物体滑落等）的传感器。的传感器。 外部传感器分为末端执行器传感器和环境传感器。外部传感器分为末端执行器传感器和环境传感器。 末端执行器传感器：主要装在作为末端执行器的末端执行器传感器：主要装在作为末端执行器的手上，检测处理精巧作业的感觉信息。相当于触觉。手上，检测处理精巧作业的感

2、觉信息。相当于触觉。 环境传感器：用于识别物体和检测物体与机器人环境传感器：用于识别物体和检测物体与机器人的距离。相当于视觉。的距离。相当于视觉。 5.1 5.1 传感器的种类传感器的种类 2.内部状态的感觉 （1）位置和角度传感器 典型的传感器是电位计。检测的是以电阻中心为基准位置的移动距离。 E：输入电压 L：最大移动距离触头 x：向左端移动的距离 e：电阻右侧的输出电压(2)LeExE1()22llk xLRxLeEEERkLL 5.1 5.1 传感器的种类传感器的种类 2.内部状态的感觉 （1）位置和角度传感器 另有光电传感器。 5.1 5.1 传感器的种类传感器的种类 2.内部状态的

3、感觉 (2)角度传感器： 回转式编码器。3.3.外部状况的感觉外部状况的感觉 （1 1）物体识别传感器）物体识别传感器 典型的是视觉传感器。如摄像机。视觉是利典型的是视觉传感器。如摄像机。视觉是利用用 光（机器人可用红外线等）的非接触方式。光（机器人可用红外线等）的非接触方式。 触觉也能识别物体。机器人可以用触觉传感触觉也能识别物体。机器人可以用触觉传感器器 来实现这种机能。来实现这种机能。 3.3.外部状况的感觉外部状况的感觉 （2 2）物体探测传感器）物体探测传感器 视觉传感器是一种识别物体而且知道其存在视觉传感器是一种识别物体而且知道其存在的的 传感器。传感器。 例如光电开关。例如光电开

4、关。 视觉传感器、光电开关和超声波传感器，即视觉传感器、光电开关和超声波传感器，即使使 物体较远也能探测其存在。物体较远也能探测其存在。3.3.外部状况的感觉外部状况的感觉 （3 3）极近物体探测传感器）极近物体探测传感器 探测非常近的物体存探测非常近的物体存 在的传感器称为接近传感在的传感器称为接近传感 器。器。3.3.外部状况的感觉外部状况的感觉 （4 4）距离传感器）距离传感器 摄像机做距离传感器。具体留待摄像机做距离传感器。具体留待5.45.4节介绍。节介绍。 超声波做距离传感器。可用于鱼群探测、金超声波做距离传感器。可用于鱼群探测、金属属 内部探伤等方面。内部探伤等方面。3.3.外部

5、状况的感觉外部状况的感觉 （5 5）力觉传感器）力觉传感器 力觉传感器是检测力和力矩的施加地点大小力觉传感器是检测力和力矩的施加地点大小方方 向三个量的传感器。向三个量的传感器。 力的检测主要是用电阻应变片（参看力的检测主要是用电阻应变片（参看5.25.2节）。节）。 3.3.外部状况的感觉外部状况的感觉 （6 6）其他传感器）其他传感器 利用声波：语音识别传感器。分析振动声音利用声波：语音识别传感器。分析振动声音探探 测机械故障的点传感器。测机械故障的点传感器。 热传感器：点检传感器。热传感器：点检传感器。 通过分析敲打的声音测定果品成熟程度的传通过分析敲打的声音测定果品成熟程度的传感感 器

6、。器。 根据近红外线的糖度吸收程度测定水果甜度根据近红外线的糖度吸收程度测定水果甜度的的 传感器传感器1.1.接触觉传感器接触觉传感器 接触觉传感器：探测是否接触到物体，传感器接接触觉传感器：探测是否接触到物体，传感器接受由于接触产生的柔量。受由于接触产生的柔量。 微动开关：按下开关就能进入电信号的简单机构。微动开关：按下开关就能进入电信号的简单机构。 猫胡须传感器：如图猫胡须传感器：如图a,ba,b2.2.压觉传感器压觉传感器 压觉传感器：检测物体同手爪间产生的压力和力压觉传感器：检测物体同手爪间产生的压力和力以及其分布情况。以及其分布情况。 利用压电元件或弹簧。利用压电元件或弹簧。 如图是

7、使用弹簧的平如图是使用弹簧的平 面传感器。面传感器。3.3.滑觉传感器滑觉传感器 滑觉传感器：检测垂直加压力方向的力和位移。滑觉传感器：检测垂直加压力方向的力和位移。 4.4.力觉传感器力觉传感器 力觉传感器主要利用电阻力觉传感器主要利用电阻 应变片。应变片。 原理：金属丝拉伸时电阻原理：金属丝拉伸时电阻 变大。变大。 图中电压与电流关系：图中电压与电流关系： 则：则： 所以：所以： 221121;)(2)2(RIVIRRVRIIRRV12(/ 2)(/ 2)1(/ 2)VRRVVVRRVVRR44VRVR1.PSD1.PSD（position sensitive deviceposition

8、 sensitive device）传感器）传感器 PSDPSD传感器：当光束照射到传感器：当光束照射到1 1维的线和维的线和2 2维的平面维的平面时，检测光照射的位置。时，检测光照射的位置。L ：电极：电极1 1与电极与电极2 2的距离。的距离。I1 1：流过电极：流过电极1 1的电流。的电流。I2：流过电极：流过电极2 2的电流。的电流。X：光照射点与电极：光照射点与电极1 1的距离。的距离。 211IILx2.2.视觉传感器视觉传感器 机器人通过摄像机以图像的形式获得环境的信息。机器人通过摄像机以图像的形式获得环境的信息。 （1 1）CCD(charge coupled device)C

9、CD(charge coupled device)传感器。传感器。 CCD 是一个在数毫米的方形芯片是一个在数毫米的方形芯片上上2维配置大量的光电转换的元件的器件。维配置大量的光电转换的元件的器件。机器人就是利用机器人就是利用CCD来获得图像信息的。来获得图像信息的。 对对CCD平面进行平面进行2维扫描，把表示维扫描，把表示采样点灰度的电压值量化，并实行二值采样点灰度的电压值量化，并实行二值化处理。用函数化处理。用函数f(I,j)来描述。对于彩色来描述。对于彩色需用三个函数描述需用三个函数描述(R(I,j),B (I,j),G (I,j)描述。描述。 对于高清晰度图像，可以用线性传对于高清晰度

10、图像，可以用线性传感器输入，其原理和复印机一样，敏感感器输入，其原理和复印机一样，敏感元件按线性布局。元件按线性布局。2.2.视觉传感器视觉传感器 （2 2）图像的投影。）图像的投影。O ：原点，透镜中心。：原点，透镜中心。Z轴：光轴，摄像机的前方。轴：光轴，摄像机的前方。xy轴：组成图像面。轴：组成图像面。P点：物体上一点。点：物体上一点。p点：点：P在图像面上的投影。在图像面上的投影。 ZfYyZfXx,3.3.形状传感器形状传感器 （1 1） （2 2）若形状有特征，可用轮廓识别物体。）若形状有特征，可用轮廓识别物体。 例：由手印鉴别每个人。例：由手印鉴别每个人。 由形状识别机械零件。由

11、形状识别机械零件。 4.4.光切断传感器光切断传感器 将通过狭缝照射的面状光投射到物体上，再检测将通过狭缝照射的面状光投射到物体上，再检测反射光。反射光。 :狭缝光源的俯角。狭缝光源的俯角。2d :投射在物体上的两直线光投射在物体上的两直线光 源间的距离。源间的距离。LWH:分别是物体的长宽高。分别是物体的长宽高。tandH ：物体与传送带所成的角度。：物体与传送带所成的角度。 W：物体上照射线的长度。：物体上照射线的长度。 l：物体在传送带上所占的长度。：物体在传送带上所占的长度。 coswW sincosWLl5.5.全方位视觉传感器全方位视觉传感器 （1 1）使摄像机回转的方式。）使摄像

12、机回转的方式。 （2 2）带有特殊反射镜的摄像机。（如图）带有特殊反射镜的摄像机。（如图）1.1.双目视觉双目视觉 由于视差得到距离感觉。由于视差得到距离感觉。O O1 1 ：摄像机：摄像机1 1的透镜中心。的透镜中心。O O2 2 ：摄像机：摄像机1 1的透镜中心。的透镜中心。P ：空间一点。：空间一点。p1 ：P在摄像机在摄像机1上的图像。上的图像。p2 ：P在摄像机在摄像机1上的图像。上的图像。2.2.投光法投光法 投光法：采用主动光照射对象物体，用摄像机把投光法：采用主动光照射对象物体，用摄像机把照射点捕捉到图像上，再用三角测量算出距离。照射点捕捉到图像上，再用三角测量算出距离。 例：测距计：一种把双目视觉一侧的摄像机置换例：测距计：一种把双目视觉一侧的摄像机置换成投光机的装置。一