新型傳感器機(jī)器人傳感器詳解演示文稿

新型傳感器機(jī)器人傳感器詳解演示文稿1當(dāng)前第1頁\共有43頁\編于星期五\1點(diǎn)優(yōu)選新型傳感器機(jī)器人傳感器2當(dāng)前第2頁\共有43頁\編于星期五\1點(diǎn)對(duì)運(yùn)動(dòng)的球類有正確反應(yīng)的機(jī)器人能打網(wǎng)球的機(jī)器人機(jī)器人足球比賽11.4機(jī)器人傳感器3當(dāng)前第3頁\共有43頁\編于星期五\1點(diǎn)能行走的機(jī)器人11.4機(jī)器人傳感器4當(dāng)前第4頁\共有43頁\編于星期五\1點(diǎn)服務(wù)機(jī)器人機(jī)器人伴舞機(jī)器人奏樂11.4機(jī)器人傳感器5當(dāng)前第5頁\共有43頁\編于星期五\1點(diǎn)可愛的小機(jī)器人能上臺(tái)階并避開障礙物的機(jī)器人能自己站起來的機(jī)器人11.4機(jī)器人傳感器6當(dāng)前第6頁\共有43頁\編于星期五\1點(diǎn)排爆機(jī)器人我國沈陽自動(dòng)化所研制的PXJ-2機(jī)器人也加入了公安部隊(duì)的行列。11.4機(jī)器人傳感器7當(dāng)前第7頁\共有43頁\編于星期五\1點(diǎn)消防機(jī)器人消防機(jī)器人作為特種消防設(shè)備可代替消防隊(duì)員接近火場實(shí)施有效的滅火救援、化學(xué)檢驗(yàn)和火場偵察。它的應(yīng)用將提高消防部隊(duì)撲滅特大惡性火災(zāi)的實(shí)戰(zhàn)能力，對(duì)減少國家財(cái)產(chǎn)損失和滅火救援人員的傷亡將產(chǎn)生重要的作用。11.4機(jī)器人傳感器8當(dāng)前第8頁\共有43頁\編于星期五\1點(diǎn)機(jī)器人輪椅主要有口令識(shí)別與語音合成、機(jī)器人自定位、動(dòng)態(tài)隨機(jī)避障、多傳感器信息融合、實(shí)時(shí)自適應(yīng)導(dǎo)航控制等功能。11.4機(jī)器人傳感器9當(dāng)前第9頁\共有43頁\編于星期五\1點(diǎn)軍事機(jī)器人我國引進(jìn)的排爆機(jī)器人進(jìn)攻型機(jī)器人11.4機(jī)器人傳感器10當(dāng)前第10頁\共有43頁\編于星期五\1點(diǎn)工業(yè)機(jī)器人核工業(yè)機(jī)器人汽車噴漆機(jī)器人11.4機(jī)器人傳感器11當(dāng)前第11頁\共有43頁\編于星期五\1點(diǎn)機(jī)器人的手11.4機(jī)器人傳感器12當(dāng)前第12頁\共有43頁\編于星期五\1點(diǎn)機(jī)械手在汽車加工中的應(yīng)用機(jī)械手能按照程序焊接和安裝汽車部件，是機(jī)器人的雛形。11.4機(jī)器人傳感器13當(dāng)前第13頁\共有43頁\編于星期五\1點(diǎn)激光焊接機(jī)械手11.4機(jī)器人傳感器14當(dāng)前第14頁\共有43頁\編于星期五\1點(diǎn)機(jī)器人大腦——主板機(jī)器人思想——程序機(jī)器人感知——傳感器機(jī)器人手腳——馬達(dá)機(jī)器人骨架——機(jī)械結(jié)構(gòu)機(jī)器人食物——電池1.機(jī)器人的組成11.4機(jī)器人傳感器15當(dāng)前第15頁\共有43頁\編于星期五\1點(diǎn)2.傳感器在機(jī)器人中的應(yīng)用機(jī)器人是由計(jì)算機(jī)控制的復(fù)雜機(jī)器，它具有類似人的肢體及感官功能；動(dòng)作程序靈活；有一定程度的智能；在工作時(shí)可以不依賴人的操縱。機(jī)器人傳感器在機(jī)器人的控制中起了非常重要的作用，正因?yàn)橛辛藗鞲衅?，機(jī)器人才具備了類似人類的知覺功能和反應(yīng)能力。

11.4機(jī)器人傳感器16當(dāng)前第16頁\共有43頁\編于星期五\1點(diǎn)11.4機(jī)器人傳感器11.4.1機(jī)器人與傳感器機(jī)器人可以被定義為計(jì)算機(jī)控制的能模擬人的感覺、手工操縱，具有自動(dòng)行走能力而又足以完成有效工作的裝置。按照其功能，機(jī)器人已經(jīng)發(fā)展到了第三代，而傳感器在機(jī)器人的發(fā)展過程中起著舉足輕重的作用。機(jī)器人傳感器可以定義為一種能將機(jī)器人目標(biāo)物特性（或參量）變換為電量輸出的裝置。被稱為機(jī)器人的電五官。17當(dāng)前第17頁\共有43頁\編于星期五\1點(diǎn)11.4.2機(jī)器人傳感器的分類內(nèi)部檢測(cè)傳感器是以機(jī)器人本身的坐標(biāo)軸來確定其位置，它通常由位置、加速度、速度及壓力傳感器組成。外界檢測(cè)傳感器用于機(jī)器人對(duì)周圍環(huán)境、目標(biāo)物的狀態(tài)特征獲取信息，從而使機(jī)器人對(duì)環(huán)境有自校正和自適應(yīng)能力。外界檢測(cè)傳感器通常包括觸覺、接近覺、視覺、聽覺、嗅覺、味覺等傳感器。18當(dāng)前第18頁\共有43頁\編于星期五\1點(diǎn)11.4.3觸覺傳感器1.人的皮膚的感覺皮膚內(nèi)分布著多種感受器，能產(chǎn)生多種感覺。一般認(rèn)為皮膚感覺主要有四種，即觸覺、冷覺、溫覺和痛覺。２.機(jī)器人的觸覺機(jī)器人觸覺，實(shí)際上是人的觸覺的某些模仿。它是有關(guān)機(jī)器人和對(duì)象物之間直接接觸的感覺，包括的內(nèi)容較多，通常指以下幾種：19當(dāng)前第19頁\共有43頁\編于星期五\1點(diǎn)（1）觸覺。手指與被測(cè)物是否接觸，接觸圖形的檢測(cè)。（2）壓覺。垂直于機(jī)器人和對(duì)象物接觸面上的力傳感器。（3）力覺。機(jī)器人動(dòng)作時(shí)各自由度的力感覺。（4）滑覺。物體向著垂直于手指把握面的方向移動(dòng)或變形。20當(dāng)前第20頁\共有43頁\編于星期五\1點(diǎn)機(jī)器人的觸覺主要有兩方面的功能：（1）檢測(cè)功能對(duì)操作物進(jìn)行物理性質(zhì)檢測(cè)，如光滑性、硬度等，其目的是：感知危險(xiǎn)狀態(tài)，實(shí)施自我保護(hù)；靈活地控制手爪及關(guān)節(jié)以操作對(duì)象物；使操作具有適應(yīng)性和順從性。（2）識(shí)別功能識(shí)別對(duì)象物的形狀（如識(shí)別接觸到的表面形狀）。21當(dāng)前第21頁\共有43頁\編于星期五\1點(diǎn)人們進(jìn)行了所謂“人工皮膚”的研究。這種“皮膚”實(shí)際上也是一種由單個(gè)觸覺傳感器按一定形狀（如矩陣）組合在一起的陣列式觸覺傳感器，如圖18所示。其密度較大、體積較小、精度較高?！叭斯てつw”傳感器可用于表面形狀和表面特性的檢測(cè)。22當(dāng)前第22頁\共有43頁\編于星期五\1點(diǎn)圖18陣列式觸覺傳感器23當(dāng)前第23頁\共有43頁\編于星期五\1點(diǎn)壓覺指的是對(duì)于手指給予被測(cè)物的力，或者加在手指上的外力的感覺。目前，壓覺傳感器主要是分布型壓覺傳感器，即通過把分散敏感元件陣列排列成矩陣式格子來設(shè)計(jì)成的。導(dǎo)電橡膠、感應(yīng)高分子、應(yīng)變計(jì)、光電器件和霍爾元件常被用作敏感元件單元。24當(dāng)前第24頁\共有43頁\編于星期五\1點(diǎn)力覺傳感器的作用有：感知是否夾起了工件或是否夾持在正確部位；控制裝配、打磨、研磨拋光的質(zhì)量；裝配中提供信息，以產(chǎn)生后續(xù)的修正補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)來保證裝配的質(zhì)量和速度；防止碰撞、卡死和損壞機(jī)件。用于力覺傳感器的主要有應(yīng)變式、壓電式、電容式、光電式和電磁式等。25當(dāng)前第25頁\共有43頁\編于星期五\1點(diǎn)機(jī)器人要抓住屬性未知的物體時(shí)，必須確定自己最適當(dāng)?shù)奈樟δ繕?biāo)值，因此需檢測(cè)出握力不夠時(shí)所產(chǎn)生的物體滑動(dòng)。利用這一信號(hào)，在不損壞物體的情況下，牢牢抓住物體，為此目的設(shè)計(jì)的滑動(dòng)檢測(cè)器，叫做滑覺傳感器。如圖19所示為一種球形滑覺傳感器。球與被握物體相接觸，無論滑動(dòng)方向如何，只要球一轉(zhuǎn)動(dòng)，傳感器就會(huì)產(chǎn)生脈沖輸出。26當(dāng)前第26頁\共有43頁\編于星期五\1點(diǎn)球形滑覺傳感器圖1927當(dāng)前第27頁\共有43頁\編于星期五\1點(diǎn)11.4.4接近覺傳感器接近覺是機(jī)器人能感知相距幾毫米至幾十厘米內(nèi)對(duì)象物或障礙物的距離、對(duì)象物的表面性質(zhì)等的傳感器。其目的是在接觸對(duì)象前得到必要的信息，以便后續(xù)動(dòng)作。1.電磁式如圖20所示，加有高頻信號(hào)is的勵(lì)磁線圈L產(chǎn)生的高頻電磁場作用于金屬板，在其中產(chǎn)生渦流，該渦流反作用于線圈。通過檢測(cè)線圈的輸出可反映出傳感器與被接近金屬間的距離。28當(dāng)前第28頁\共有43頁\編于星期五\1點(diǎn)檢測(cè)線圈~勵(lì)磁線圈L金屬面渦流磁束圖20電磁式接近傳感器is29當(dāng)前第29頁\共有43頁\編于星期五\1點(diǎn)2.電容式利用電容量的變化產(chǎn)生接近覺。電容接近覺傳感器如圖21所示。其本身作為一個(gè)極板，被接近物作為另一個(gè)極板。將該電容接入電橋電路或RC振蕩電路，利用電容極板距離的變化產(chǎn)生電容的變化，可檢測(cè)出與被接近物的距離。電容式接近覺傳感器具有對(duì)物體的顏色、構(gòu)造和表面都不敏感且實(shí)時(shí)性好的優(yōu)點(diǎn)。30當(dāng)前第30頁\共有43頁\編于星期五\1點(diǎn)圖21電容接近覺傳感器31當(dāng)前第31頁\共有43頁\編于星期五\1點(diǎn)3.超聲波式、紅外線式、光電式超聲波式接近傳感器適于較長距離和較大物體的探測(cè)，一般把它用于機(jī)器人的路徑探測(cè)和躲避障礙物。紅外線式接近傳感器可以探測(cè)到機(jī)器人是否靠近人或其他熱源，用于保護(hù)和改變機(jī)器人行走路徑。光電式接近傳感器的應(yīng)答性好，維修方便，目前應(yīng)用較廣，但使用環(huán)境受到一定的限制（如對(duì)象物體顏色、粗糙度、環(huán)境亮度等）。32當(dāng)前第32頁\共有43頁\編于星期五\1點(diǎn)11.4.5視覺傳感器1.人的視覺人的眼睛是由含有感光細(xì)胞的視網(wǎng)膜和作為附屬結(jié)構(gòu)的折光系統(tǒng)等部分組成。人眼的適宜刺激波長是370~740nm的電磁波。在這個(gè)可見光譜的范圍內(nèi)，人腦通過接收來自視網(wǎng)膜的傳入信息，可以分辨出視網(wǎng)膜像的不同亮度和色澤，因而可以看清視野內(nèi)發(fā)光物體或反光物體的輪廓、形狀、顏色、大小、遠(yuǎn)近和表面細(xì)節(jié)等情況。33當(dāng)前第33頁\共有43頁\編于星期五\1點(diǎn)人眼視網(wǎng)膜上有兩種感光細(xì)胞，視錐細(xì)胞主要感受白天的景象，視桿細(xì)胞感受夜間景象。人的視錐細(xì)胞大約有700多萬個(gè)，是聽覺細(xì)胞的3000多萬倍。2.機(jī)器人視覺機(jī)器人的視覺系統(tǒng)通常是利用光電傳感器構(gòu)成的。機(jī)器人的視覺作用的過程如圖22所示。34當(dāng)前第34頁\共有43頁\編于星期五\1點(diǎn)三維實(shí)物（立體）二維圖像（平面）景象描述傳感器圖像處理圖22視覺作用過程35當(dāng)前第35頁\共有43頁\編于星期五\1點(diǎn)機(jī)器人視覺系統(tǒng)要能達(dá)到實(shí)用，至少要滿足以下幾方面的要求。首先是實(shí)時(shí)性，其次是可靠性，再次是要求有柔性，最后是價(jià)格適中。36當(dāng)前第36頁\共有43頁\編于星期五\1點(diǎn)在空間中判斷物體的位置和形狀一般需要兩類信息：距離信息和明暗信息。獲得距離信息的方法可以有超聲波、激光反射法、立體攝像法等。而明暗信息主要靠電視攝像機(jī)、CCD固態(tài)攝像機(jī)來獲得。37當(dāng)前第37頁\共有43頁\編于星期五\1點(diǎn)3.視覺傳感器（1）人工網(wǎng)膜人工網(wǎng)膜是用光電管陣列代替網(wǎng)膜感受光信號(hào)。其最簡單的形式是3×3的光電管矩陣，多的可達(dá)256×256個(gè)像素的陣列甚至更高。以3×3陣列為例。數(shù)字字符1，得到的正、負(fù)像如圖9-23所示，大寫字母字符I，所得正、負(fù)像如圖24所示。事先作為標(biāo)準(zhǔn)圖像存儲(chǔ)起來。38當(dāng)前第38頁\共有43頁\編于星期五\1點(diǎn)正像負(fù)像圖23數(shù)字字符1的正、負(fù)像39當(dāng)前第39頁\共有43頁\編于星期五\1點(diǎn)正像負(fù)像圖24大寫字母字符I的正、負(fù)像40當(dāng)前第40頁\共有43頁\編于星期五\1點(diǎn)工作時(shí)得到數(shù)字字符1的輸入，其正、負(fù)像可與已存儲(chǔ)的1和I的正、負(fù)像進(jìn)行比較，結(jié)果見表4。在兩者比較中，是1的總相關(guān)值是9，等于陣列中光電管的總數(shù)，這表示所輸入的圖像信息與預(yù)先存儲(chǔ)的圖像數(shù)字字符1的信息是完全一致的。由此可判斷輸入的字符是數(shù)字字符1，不是大寫字母字符I，也不是其它字符。41當(dāng)前第41頁\共有43頁\編于星期五\1點(diǎn)表4與1比較與I比較正像相關(guān)值33負(fù)像相關(guān)值62總相關(guān)值9542當(dāng)前第42頁\共有4