机器人的感觉

机器人的感觉第一页，共四十一页，编辑于2023年，星期日第5章机器人的感觉

Chap5SensesofRobotics5.1传感器的种类5.2触觉信息的获取5.3视觉信息的获取5.4距离信息的获取SensesofRobotics

第二页，共四十一页，编辑于2023年，星期日5.1传感器的种类SensesofRobotics

第三页，共四十一页，编辑于2023年，星期日5.1传感器的种类

1.传感器的分类内部传感器：检测机器人本身状态（手臂间角度等）的传感器。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）的传感器。

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第四页，共四十一页，编辑于2023年，星期日5.1传感器的种类SensesofRobotics

第五页，共四十一页，编辑于2023年，星期日SensesofRobotics

第六页，共四十一页，编辑于2023年，星期日

5.1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SensesofRobotics

第七页，共四十一页，编辑于2023年，星期日（1）位置和角度传感器——电位计SensesofRobotics

第八页，共四十一页，编辑于2023年，星期日

5.1传感器的种类

2.内部状态的感觉（1）位置和角度传感器再如光电传感器。

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第九页，共四十一页，编辑于2023年，星期日距离在选择光源，例如LED或激光时起重要作用。LED虽比较便宜，但由于它是一种散射度较高的光源，因此适合短距离使用。激光可聚焦在一个点上，因此能获得传播距离更远的光束。当需要检测细微特征时，良好的聚焦也很重要。如果需要从几英尺外对准细微特征，则必须使用激光。光学性质与物理距离将决定采用何种传感模式与哪种光源最合适。例如，在检测单色纸箱的情况下，也许可以采用廉价的、从纸箱上反射光束的散射传感器。但当纸箱为彩色从而使反射率不同时，就不能采用以上解决方案。在这种情况下，最好的解决方案也许是采用相反或反射模式传感器。在此方案中，系统是通过屏蔽光束来工作。当纸箱到位时，光束被遮挡，从而使纸箱检测。如果没有透明的箱子，此技术应该能获得可靠的结果。目前已有好几种传感器能检测不同高度的纸箱。SensesofRobotics

光电传感器的应用——装箱第十页，共四十一页，编辑于2023年，星期日

5.1传感器的种类

2.内部状态的感觉

(2)角度传感器：回转式编码器。SensesofRobotics

第十一页，共四十一页，编辑于2023年，星期日

定盘的切缝最好是一个，但为了增加通过切缝的光通量，一般切有多个切缝（图中是三个切缝）。假设每[°]距离刻一个切缝，圆盘的角速度为[]，在1秒内计数n=个脉冲。反过来通过计数单位时间的脉冲数，就可以检测角速度=a*n[]。假定转盘从最初静止状态开始回转一定时间后停止，依据其计数的脉冲数可以检测转盘的回转角度，所以回转码盘也可以作为角度传感器使用。如果单位时间的脉冲数有变化，可由其变化量检测角加速度。SensesofRobotics

第十二页，共四十一页，编辑于2023年，星期日SensesofRobotics

第十三页，共四十一页，编辑于2023年，星期日SensesofRobotics

增量式优缺点第十四页，共四十一页，编辑于2023年，星期日SensesofRobotics

2.绝对式每个位置都对应着透光和不透光弧段的惟一确定组合，这种确定组合有惟一的特征。通过这特征，在任意时刻都可以确定码盘的精确位置。#二进制码格雷码#二进制码格雷码10000005100110200100161011113010011711010140110108111100角度细化编码增长圈数增多第十五页，共四十一页，编辑于2023年，星期日5.1传感器的种类

3.外部状况的感觉（1）物体识别传感器典型的是视觉传感器。如摄像机。视觉是利用光（机器人可用红外线等）的非接触方式。

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第十六页，共四十一页，编辑于2023年，星期日5.1传感器的种类

3.外部状况的感觉（2）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的传感器。例如光电开关。视觉传感器、光电开关和超声波传感器，即使物体较远也能探测其存在。SensesofRobotics

第十七页，共四十一页，编辑于2023年，星期日5.1传感器的种类

3.外部状况的感觉（3）极近物体探测传感器探测非常近的物体存在的传感器称为接近传感器。SensesofRobotics

第十八页，共四十一页，编辑于2023年，星期日极近物体探测传感器举例SensesofRobotics

第十九页，共四十一页，编辑于2023年，星期日5.1传感器的种类

3.外部状况的感觉（4）距离传感器摄像机做距离传感器。具体留待5.4节介绍。

超声波做距离传感器。可用于鱼群探测、金属内部探伤等方面。SensesofRobotics

第二十页，共四十一页，编辑于2023年，星期日5.1传感器的种类

3.外部状况的感觉（5）力觉传感器力觉传感器是检测力和力矩的施加地点大小方向三个两的传感器。力的检测主要是用电阻应变片（参看5.2节）。

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第二十一页，共四十一页，编辑于2023年，星期日5.1传感器的种类

3.外部状况的感觉（6）其他传感器利用声波：语音识别传感器。分析振动声音探测机械故障的点传感器。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感器。根据近红外线的糖度吸收程度测定水果甜度的传感器。SensesofRobotics

第二十二页，共四十一页，编辑于2023年，星期日5.2触觉信息的获取

1.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。猫胡须传感器。如图a,bSensesofRobotics

第二十三页，共四十一页，编辑于2023年，星期日5.2触觉信息的获取

2.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以及其分布情况。利用压电元件或弹簧。如图是使用弹簧的平面传感器。SensesofRobotics

第二十四页，共四十一页，编辑于2023年，星期日5.2触觉信息的获取

3.滑觉传感器滑觉传感器：检测垂直加压力方向的力和位移。

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第二十五页，共四十一页，编辑于2023年，星期日5.2触觉信息的获取

4.力觉传感器力觉传感器主要利用电阻应变片。原理：金属丝拉伸时电阻变大。

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第二十六页，共四十一页，编辑于2023年，星期日5.2触觉信息的获取图中电压与电流关系：则：所以：SensesofRobotics

第二十七页，共四十一页，编辑于2023年，星期日力敏电阻——阻值随垂直施加在表面的力的增加而降低。SensesofRobotics

5.2触觉信息的获取第二十八页，共四十一页，编辑于2023年，星期日5.3视觉信息的获取

1.PSD（positionsensitivedevice）传感器

PSD传感器：当光束照射到1维的线和2维的平面时，检测光照射的位置。L

：电极1与电极2的距离。I1：流过电极1的电流。I2：流过电极2的电流。X：光照射点与电极1的距离。

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第二十九页，共四十一页，编辑于2023年，星期日5.3视觉信息的获取

2.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。

（1）CCD(chargecoupleddevice)传感器。

CCD阵列，二维扫描，对表示灰度的电压采样，二值数字化处理。每一定时间间隔扫描一遍。

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第三十页，共四十一页，编辑于2023年，星期日5.3视觉信息的获取

2.视觉传感器（2）图像的投影。O

：原点，透镜中心。Z轴：光轴，摄像机的前方。xy轴：组成图像面。P点：物体上一点。p点：P在图像面上的投影。

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第三十一页，共四十一页，编辑于2023年，星期日5.3视觉信息的获取

3.形状传感器

（1）利用CCD摄像机拍摄穿透光。热噪声的干扰。透明物体不能准确识别。

（2）若形状有特征，可用轮廓识别物体。例：由手印鉴别每个人。由形状识别机械零件。

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第三十二页，共四十一页，编辑于2023年，星期日5.3视觉信息的获取

4.光切断传感器将通过狭缝照射的面状光投射到物体上，再检测反射光。α:狭缝光源的俯角。2d:投射在物体上的两直线光

源间的距离。LWH:分别是物体的长宽高。SensesofRobotics

第三十三页，共四十一页，编辑于2023年，星期日5.3视觉信息的获取θ：物体与传送带所成的角度。

W：物体上照射线的长度。

l：物体在传送带上所占的长度。

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第三十四页，共四十一页，编辑于2023年，星期日5.3视觉信息的获取

5.全方位视觉传感器（1）使摄像机回转的方式。（2）带有特殊反射镜的摄像机。（如图）SensesofRobotics

第三十五页，共四十一页，编辑于2023年，星期日5.3视觉信息的获取

5.全方位视觉传感器镜面方程表达式：P

：空间内一点。p

：P在摄像机上所成的像。OM：反射镜的一个焦点。OC：反射镜的另一个焦点。O：坐标原点。f：摄像机透镜的焦距。α:直线OMP的仰角。γ

：反射镜面反射光的仰角。

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第三十六页，共四十一页，编辑于2023年，星期日5.3视觉信息的获取

5.全方位视觉传感器θ：点p也是点P的方位角

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第三十七页，共四十一页，编辑于2023年，星期日5.4距离信息的获取

1.双目视觉由于视差得到距离感觉。O1：摄像机1的透镜中心。O2：摄像机1的透镜中心。P：空间一点。p1

：P在摄像机1上的图像。p2：P在摄像机1上的图像。SensesofRobotics

第三十八页，共四十一页，编辑于2023年，星期日5.4距离信息的获取

2.投光法

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。

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。一般以激光为光源。S