機器人的感覺第一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日第5章機器人的感覺

Chap5SensesofRobotics5.1傳感器的種類5.2觸覺信息的獲取5.3視覺信息的獲取5.4距離信息的獲取SensesofRobotics

第二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日5.1傳感器的種類SensesofRobotics

第三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日5.1傳感器的種類

1.傳感器的分類內(nèi)部傳感器：檢測機器人本身狀態(tài)（手臂間角度等）的傳感器。外部傳感器：檢測機器人所處環(huán)境（是什么物體，離物體的距離有多遠等）及狀況（抓取的物體滑落等）的傳感器。

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第四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日5.1傳感器的種類SensesofRobotics

第五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日SensesofRobotics

第六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日

5.1傳感器的種類

2.內(nèi)部狀態(tài)的感覺（1）位置和角度傳感器典型的傳感器是電位計。檢測的是以電阻中心為基準位置的移動距離。

E：輸入電壓

L：最大移動距離觸頭

X：向左端移動的距離

E：電阻右側(cè)的輸出電壓SensesofRobotics

第七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日（1）位置和角度傳感器——電位計SensesofRobotics

第八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日

5.1傳感器的種類

2.內(nèi)部狀態(tài)的感覺（1）位置和角度傳感器再如光電傳感器。

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第九頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日距離在選擇光源，例如LED或激光時起重要作用。LED雖比較便宜，但由于它是一種散射度較高的光源，因此適合短距離使用。激光可聚焦在一個點上，因此能獲得傳播距離更遠的光束。當(dāng)需要檢測細微特征時，良好的聚焦也很重要。如果需要從幾英尺外對準細微特征，則必須使用激光。光學(xué)性質(zhì)與物理距離將決定采用何種傳感模式與哪種光源最合適。例如，在檢測單色紙箱的情況下，也許可以采用廉價的、從紙箱上反射光束的散射傳感器。但當(dāng)紙箱為彩色從而使反射率不同時，就不能采用以上解決方案。在這種情況下，最好的解決方案也許是采用相反或反射模式傳感器。在此方案中，系統(tǒng)是通過屏蔽光束來工作。當(dāng)紙箱到位時，光束被遮擋，從而使紙箱檢測。如果沒有透明的箱子，此技術(shù)應(yīng)該能獲得可靠的結(jié)果。目前已有好幾種傳感器能檢測不同高度的紙箱。SensesofRobotics

光電傳感器的應(yīng)用——裝箱第十頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日

5.1傳感器的種類

2.內(nèi)部狀態(tài)的感覺

(2)角度傳感器：回轉(zhuǎn)式編碼器。SensesofRobotics

第十一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日

定盤的切縫最好是一個，但為了增加通過切縫的光通量，一般切有多個切縫（圖中是三個切縫）。假設(shè)每[°]距離刻一個切縫，圓盤的角速度為[]，在1秒內(nèi)計數(shù)n=個脈沖。反過來通過計數(shù)單位時間的脈沖數(shù)，就可以檢測角速度=a*n[]。假定轉(zhuǎn)盤從最初靜止?fàn)顟B(tài)開始回轉(zhuǎn)一定時間后停止，依據(jù)其計數(shù)的脈沖數(shù)可以檢測轉(zhuǎn)盤的回轉(zhuǎn)角度，所以回轉(zhuǎn)碼盤也可以作為角度傳感器使用。如果單位時間的脈沖數(shù)有變化，可由其變化量檢測角加速度。SensesofRobotics

第十二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日SensesofRobotics

第十三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日SensesofRobotics

增量式優(yōu)缺點第十四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日SensesofRobotics

2.絕對式每個位置都對應(yīng)著透光和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，在任意時刻都可以確定碼盤的精確位置。#二進制碼格雷碼#二進制碼格雷碼10000005100110200100161011113010011711010140110108111100角度細化編碼增長圈數(shù)增多第十五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日5.1傳感器的種類

3.外部狀況的感覺（1）物體識別傳感器典型的是視覺傳感器。如攝像機。視覺是利用光（機器人可用紅外線等）的非接觸方式。

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第十六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日5.1傳感器的種類

3.外部狀況的感覺（2）物體探測傳感器視覺傳感器是一種識別物體而且知道其存在的傳感器。例如光電開關(guān)。視覺傳感器、光電開關(guān)和超聲波傳感器，即使物體較遠也能探測其存在。SensesofRobotics

第十七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日5.1傳感器的種類

3.外部狀況的感覺（3）極近物體探測傳感器探測非常近的物體存在的傳感器稱為接近傳感器。SensesofRobotics

第十八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日極近物體探測傳感器舉例SensesofRobotics

第十九頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日5.1傳感器的種類

3.外部狀況的感覺（4）距離傳感器攝像機做距離傳感器。具體留待5.4節(jié)介紹。

超聲波做距離傳感器?？捎糜隰~群探測、金屬內(nèi)部探傷等方面。SensesofRobotics

第二十頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日5.1傳感器的種類

3.外部狀況的感覺（5）力覺傳感器力覺傳感器是檢測力和力矩的施加地點大小方向三個兩的傳感器。力的檢測主要是用電阻應(yīng)變片（參看5.2節(jié)）。

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第二十一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日5.1傳感器的種類

3.外部狀況的感覺（6）其他傳感器利用聲波：語音識別傳感器。分析振動聲音探測機械故障的點傳感器。熱傳感器：點檢傳感器。通過分析敲打的聲音測定果品成熟程度的傳感器。根據(jù)近紅外線的糖度吸收程度測定水果甜度的傳感器。SensesofRobotics

第二十二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日5.2觸覺信息的獲取

1.接觸覺傳感器接觸覺傳感器：探測是否接觸到物體，傳感器接受由于接觸產(chǎn)生的柔量。微動開關(guān)：按下開關(guān)就能進入電信號的簡單機構(gòu)。貓胡須傳感器。如圖a,bSensesofRobotics

第二十三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日5.2觸覺信息的獲取

2.壓覺傳感器壓覺傳感器：檢測物體同手爪間產(chǎn)生的壓力和力以及其分布情況。利用壓電元件或彈簧。如圖是使用彈簧的平面?zhèn)鞲衅?。SensesofRobotics

第二十四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日5.2觸覺信息的獲取

3.滑覺傳感器滑覺傳感器：檢測垂直加壓力方向的力和位移。

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第二十五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日5.2觸覺信息的獲取

4.力覺傳感器力覺傳感器主要利用電阻應(yīng)變片。原理：金屬絲拉伸時電阻變大。

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第二十六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日5.2觸覺信息的獲取圖中電壓與電流關(guān)系：則：所以：SensesofRobotics

第二十七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日力敏電阻——阻值隨垂直施加在表面的力的增加而降低。SensesofRobotics

5.2觸覺信息的獲取第二十八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日5.3視覺信息的獲取

1.PSD（positionsensitivedevice）傳感器

PSD傳感器：當(dāng)光束照射到1維的線和2維的平面時，檢測光照射的位置。L

：電極1與電極2的距離。I1：流過電極1的電流。I2：流過電極2的電流。X：光照射點與電極1的距離。

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第二十九頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日5.3視覺信息的獲取

2.視覺傳感器機器人通過攝像機以圖像的形式獲得環(huán)境的信息。

（1）CCD(chargecoupleddevice)傳感器。

CCD陣列，二維掃描，對表示灰度的電壓采樣，二值數(shù)字化處理。每一定時間間隔掃描一遍。

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第三十頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日5.3視覺信息的獲取

2.視覺傳感器（2）圖像的投影。O

：原點，透鏡中心。Z軸：光軸，攝像機的前方。xy軸：組成圖像面。P點：物體上一點。p點：P在圖像面上的投影。

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第三十一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日5.3視覺信息的獲取

3.形狀傳感器

（1）利用CCD攝像機拍攝穿透光。熱噪聲的干擾。透明物體不能準確識別。

（2）若形狀有特征，可用輪廓識別物體。例：由手印鑒別每個人。由形狀識別機械零件。

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第三十二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日5.3視覺信息的獲取

4.光切斷傳感器將通過狹縫照射的面狀光投射到物體上，再檢測反射光。α:狹縫光源的俯角。2d:投射在物體上的兩直線光

源間的距離。LWH:分別是物體的長寬高。SensesofRobotics

第三十三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日5.3視覺信息的獲取θ：物體與傳送帶所成的角度。

W：物體上照射線的長度。

l：物體在傳送帶上所占的長度。

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第三十四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日5.3視覺信息的獲取

5.全方位視覺傳感器（1）使攝像機回轉(zhuǎn)的方式。（2）帶有特殊反射鏡的攝像機。（如圖）SensesofRobotics

第三十五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日5.3視覺信息的獲取

5.全方位視覺傳感器鏡面方程表達式：P

：空間內(nèi)一點。p

：P在攝像機上所成的像。OM：反射鏡的一個焦點。OC：反射鏡的另一個焦點。O：坐標原點。f：攝像機透鏡的焦距。α:直線OMP的仰角。γ

：反射鏡面反射光的仰角。

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第三十六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日5.3視覺信息的獲取

5.全方位視覺傳感器θ：點p也是點P的方位角

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第三十七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日5.4距離信息的獲取

1.雙目視覺由于視差得到距離感覺。O1：攝像機1的透鏡中心。O2：攝像機1的透鏡中心。P：空間一點。p1

：P在攝像機1上的圖像。p2：P在攝像機1上的圖像。SensesofRobotics

第三十八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日5.4距離信息的獲取

2.投光法

投光法：采用主動光照射對象物體，用攝像機把照射點捕捉到圖像上，再用三角測量算出距離。

例：測距計：一種把雙目視覺一側(cè)的攝像機置換成投光機的裝置。一般以激光為光源。S