《传感器技术及应用》-14.项目十四 机器人传感器

知识目标：1.掌握机器人传感器的定义及特点；2.掌握机器人传感器的工作原理；3.掌握机器人传感器的分类；4.掌握机器人力觉传感器的工作原理；5.熟悉机器人视觉传感器的工作原理、结构；6.掌握机器人触觉传感器的工作原理、结构。能力目标：1.能够通过机器人寻迹传感器，使机器人沿着指定轨迹运动。2.能够运用图形化交互式C语言给机器人设计程序；3.能够正确安装机器人传感器；4.能够正确校验机器人寻迹传感器。项目要求在白色的地面上贴一条黑色的曲线，机器人能够沿着黑色线的轨迹运动。知识连接1、机器人传感器概述

机器人传感器定义为一种能将机器人目标物特性（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的知觉作用。被称为机器人的“电五官”。2、机器人传感器的分类

知识连接传感器检测内容检测器件应用位置位置、角度电位器、直线感应同步器角度式电位器、光电编码器位置移动检测角度变化检测速度速度测速发电机、增量式码盘速度检测加速度加速度压电式加速度传感器压阻式加速度传感器加速度检测触觉接触把握力荷重分布压力多元力力矩滑动限制开关应变计、半导体感压元件弹簧变位测量器导电橡胶、感压高分子材料应变计、半导体感压元件压阻元件、马达电流计光学旋转检测器、光纤动作顺序控制把握力控制张力控制、指压控制姿势、形状判别装配力控制协调控制滑动判定、力控制接近觉接近间隔倾斜光电开关、LED、红外、激光光电晶体管、光电二极管电磁线圈、超声波传感器动作顺序控制障碍物躲避轨迹移动控制、探索视觉平面位置距离形状缺陷摄像机、位置传感器测距仪线性传感器图像传感器位置决定、控制移动控制物体识别、判别检查，异常检测听觉声音超声波麦克风超声波传感器语言控制（人机接口）导航嗅觉气体成分气体传感器、射线传感器化学成分探测味觉味道离子敏感器、PH计力觉传感器

由脉冲电动机通过螺旋弹簧去驱动机器人的手指。所检测出的螺旋弹簧的转角与脉冲电动机转角之差即为变形量，从而也就可以知道手指所产生的力。针式差动变压器矩阵式触觉传感器

它由若干个触针式触觉传感器构成矩阵形状。每个触针传感器由钢针、塑料套筒以及使针杆复位的磷青铜弹簧等构成，并在每个触针上绕着激励线圈与检测线圈，用以将感知的信息转换成电信号，再由计算机判定接触程度和接触位置等。电感式接近觉传感器

在激磁线圈中有高频电流通过，用连接成差动的测量线圈和就可测出由涡流引起的磁通变化。滚珠式滑动传感器

图中的滚球表面是导体和绝缘体配置成的网眼，从物体的接触点可以获取断续的脉冲信号，它能检测全方位的滑动。听觉传感器

听觉传感器，可以有效地用于告诉机器人如何进行操作，从而构成声音控制型机器人，而且现在正在研制可确认声音合成系统的指令以及可与操作员对话的机器人。项目实施——任务分析1、机器人MT-UROBOT的内部结构2、MT-UROBOT的控制按键部分3、MT-UROBOT的系统结构概述MT-UROBOT主板盒示意图

主板位于MT-UROBOT“心脏”部位的控制部件是MT-UROBOT的大脑——主板，它被安装在主板盒里面，由很多电子元器件组成，跟人的大脑一样，主要完成接收信息、处理信息、发出指令等一系列过程。MT-UROBOT扩展电路板安装示意图

位于MT-UROBOT前端的扩展接口电路板提供了心脏（主板盒）与眼睛（各种传感器）及手脚（各种执行机构）之间的信息传达桥梁，并给执行机构及各种传感器提供动力。机器人的传感器安装示意图机器人传感器的种类光电耦合器光敏传感器

碰撞开关

灰度传感器机器人传感器的种类1、碰撞传感器—MT-UROBOTMT-UROBOT机器人的下部放置了一个碰撞系统，保证MT-UROBOT机器人的正常活动。MT-UROBOT机器人的碰撞机构能够检测到来自前后各120°范围内物体的碰撞，使MT-UROBOT机器人遭遇到来自不同方向的碰撞后，能够转弯避开并保持正常活动。前后的碰撞系统分别由一个被弹性固定到机器人主体上的半环状金属片和三个碰撞开关组成。来自不同方向的碰撞将使不同的碰撞开关闭合，从而可以判断出障碍物的方向。机器人传感器的种类

2、光敏传感器它能够探测光线，不过在这里我们是让它看见特定的颜色。我们在MT-UROBOT机器人的光敏传感器罩上了一层滤光纸，通过它的颜色来决定MT-UROBOT机器人能探测什么颜色的光线。3、地面灰度传感器地面灰度传感器也叫寻迹传感器，它由一个红外光发射管和一个红外接受管组成，由于地面的灰度不同，经过反射，接收管接收到的信号也会发生相应的变化，从而可以得到地面上灰度的信息。项目实施——实施步骤1、进入编程界面

双击桌面上的流程图图标，进入流程图程序编程界面。可以看到流程图的图形化编程界面是由这样几个部分组成：菜单栏、工具栏、模块库（包括执行器、传感器、控制、程序模块库）、垃圾箱、流程图生成区、C语言代码显示区。项目实施——实施步骤2、传感器安装与校准

根据黑线宽度来确定两个传感器之间的距离，传感器的最佳距离为正好等于或者大于黑线的宽度。两个传感器对相同颜色测量出来的数值要基本一致，调节可变电阻实现。项目实施——实施步骤3、编写程序，参考源程序

基本策略是左边传感器检测到黑线右转，右边检测到往左转，当没有检测到黑线直走。.将机器人放在线上，寻迹传感器正好在黑线的两侧。intj=0;voidmain(){while(1){ AD7=AD(7); AD8=AD(8); Mprintf(1,"AD7=%d",AD7); Mprintf(3,"AD8=%d",AD8); if((AD7<500)&&(AD8<560)) { stop(); sleep(2000); move(100,100,0); sleep(200);}项目实施——编程界面介绍1、图形化编程界面工具栏新建程序：

采用模块搭建流程图的形式进行编程。

下载程序：写好的应用程序必须下载到MT-UROBOT上运行。可以选择菜单栏中“工具”—“下载当前程序”来下载当前窗口里的应用程序。2、流程图程序界面双击mtu文件夹中的可执行文件Robot.exe，进入编程界面。

知识拓展1、多传感器信息融合

先将被测对象它们转换为电信号，然后经过A／D变换将它们转换为数字量。数字化后电信号需经过预处理，以滤除数据采集过程中的干扰和噪声。对经处理后的有用信号作特征抽取，再进行数据融合；或者直接对信号进行数据融合。最后，输出融合的结果。应用拓展1、水下机器人传感器