机器人传感器

1、5.4 5.4 外传感器外传感器演讲人：xx学号：xx2015.1.235.4.1 力传感器 应力计 轴距传感器 腕力传感器5.4.2 测距传感器 声纳 激光5.4.3 视觉传感器 电荷耦合元件（CCD） 互补金属氧化物半导体（CMOS） 摄像机 力传感器力传感器l应力计轴扭矩传感器轴扭矩传感器l 非接触式扭矩传感器l 应变片扭矩传感器腕力矩传感器腕力矩传感器l典型的传感器直径为10cm，长约5cml能够测到50500N的力，570N.m力矩l精度能达最大力0.1%，最大力矩0.05%l处理电路取样频率约为1KHz测距传感器测距传感器l在工作空间内感知周围物体l在指定方向上测出与机器人的距离l

2、声纳传感器l激光传感器机器人可以用测距传感器提供的数据来规避障碍物、构建环境地图、识别物体声纳测距声纳测距SONAR：声音导航与测距（sound navigation and ranging）原理应用：移动机器人和水下机器人 特点：低重量、低成本、低能源消耗、低计算量工作频率：20KHZ200KHZ波束宽度:取决于频率和传感器直径，通常小于15度l 压电传感器：当电压以一个共振的频率施加于晶体上，会产生电场和振动，晶体材料在这样的条件下会产生变形l 静电传感器：作为一个电容，它的电容会随其电板的移动或变形而改变。一个典型的结构包括一个涂金的塑料薄膜（移动盘）张开在一个圆形的槽式铝背盘中（固定盘

3、）。l 接收器时：在声压的作用下会导致薄膜变形从而引起电容变化，相应的在箔电荷常数不变的情况下，其上的电压会成比例的变化。l 发射器时：在电容上施加连续的电脉冲会导致传感器的薄膜振动l 静电传感器与压电传感器相比能达到更大的频率值，但这需要一 个偏压，会使测量电路变的复杂宝丽莱声纳宝丽莱声纳 600个系列、直径大约4cm、工作在50KHz、波束宽度为15度、15cm-10m、误差1%、发射偏压200V、电流吸收峰值2A传感器的精度主要取决于侦测电路和声波击中的平面的反射特征检测不到检测不到激光测距激光测距l产生激光的设备一般很轻且具有明亮的光束l能够发射窄束且聚焦很好l可以使用红外线l单频率源

4、可以很容易过滤掉不需要的频率，并不会像全谱光源从折射中分散过多飞行时间传感器和三角定位传感器飞行时间传感器和三角定位传感器飞行时间传感器这些传感器精度上的局限是基于最小观测时间，并影响最小可观测距离、接收器时间精度和激光脉冲的时间宽度。这些限制并不仅仅是技术特性。成本也是这些测量设备的限制因素。例如，为了获得1mm,3ps时间精度，通常只有昂贵的技术才能做到。l时间飞行传感器只发射单独的光束，这样距离的测量只能从单一平面上的点获得。为了获得更多的信息，距离数据通常被提供作为平面的距离向量或作为一个图像。为了获得这些密集的代表点，激光束会在场景上扫一遍，这种扫描是由一系列镜片组来实现而不是激光和

5、探测器的移动，因为镜片组更轻且不易受到运动的损坏。l典型的飞行时间传感器在移动机器人的应用具有5100m量程，精度能达到5-10mm，数据获取的频率每秒在100025000Hz。l三角定位传感器l控制激光束灯可能带来以下优点：l这种类型的传感器的局限性在于激光的能量可能对眼睛造成潜在的伤害。特别是使用不可见光频率（通常是红外线）和金属和抛光物体的假镜面反射l如果激光束波长已知，例如可见红光为670nm，通过设置高可选性滤波器为同样的频率就能降低其他光源的影响l激光束可以通过透光镜或平面镜改变其布置以产生多束光或激光条纹来同时测量3维的点l激光束的方向可以直接通过控制系统来控制以实现可选择性观察

6、我们想看的部分视觉传感器视觉传感器l测量物体反射光强l利用能把光能转变为电能的光敏元件（像素或图素），最常用的是CCD和CMOS,它们是半导体的光电效应CCDCCD电荷耦合元件电荷耦合元件l包含一种长方形阵列的图素，由于光电效应，当光子击中半导体表面，会产生许多自由电子，每个元件累积的电荷取决于入射光在光敏元件上的时间积分。l这种电荷然后通过一个运输机制（与模拟移位寄存器类似）送到输出放大器，同时图素放电。l电信号将要进一步被处理以产生真正的视频信号CMOSCMOS互补金属氧化物半导体互补金属氧化物半导体lCMOS传感器包含了一个长方形阵列的光敏二极管。每个光敏二极管的连接都是预充电的，当有光子击中时就会放电。l每个像素中集成的放大器可以把这种电荷转化为电压或电流水平lCMOS传感器的优点是耗电低，并利用一般半导体制造技术就可以完成CMOS处理器的设计和加工，这都是有利于图像处理电路和图像传感器的单片化和低成本化l它不需要CCD所需求的特殊时钟驱动器和电路，要将各像素的电荷顺着阵列所有的列进行转移，并遍历所有行。制作简单l运行功耗是CCD功耗的百分之一l在成像质量敏感的应用中，比如数字单反摄像机，CCD传感器优于CMOS摄像机摄像机透视投影透视投影l 数字处理器l