《傳感器與檢測技術(shù)》課件-8.1-7機(jī)器人傳感器原理及應(yīng)用

機(jī)器人傳感器原理及應(yīng)用01視覺傳感器0203滑覺傳感器目錄觸覺傳感器一、視覺傳感器

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)光物體或反光體的輪廓、形狀、顏色、大小、遠(yuǎn)近和表面細(xì)節(jié)等情況。1.人的視覺機(jī)器人的視覺系統(tǒng)通常是利用光電傳感器構(gòu)成的。多數(shù)是用電視攝象機(jī)和計(jì)算機(jī)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的，故又稱計(jì)算機(jī)視覺。視覺傳感器的工作過程可分為檢測、分析、描繪和識(shí)別四個(gè)主要步驟。2.機(jī)器人的視覺一、視覺傳感器客觀世界中三維實(shí)物經(jīng)由傳感器（如攝像機(jī)）成為平面的二維圖像，再經(jīng)處理部件給出景象的描述。應(yīng)該指出，實(shí)際的三維物體形態(tài)和特征是相當(dāng)復(fù)雜的，特別是由于識(shí)別的背景千差萬別，而機(jī)器人上視覺傳感器的視角又在時(shí)刻變化，引起圖像時(shí)刻發(fā)生變化，所以機(jī)器人視覺在技術(shù)上難度是較大的。三維實(shí)物（立體）二維圖像（平面）景象描述傳感器圖像處理機(jī)器人的視覺作用的過程2.機(jī)器人的視覺一、視覺傳感器人的觸覺是通過皮膚對外界物體的一種物性感知。觸覺傳感器能感知被接觸物體的特征以及傳感器接觸外界物體后的自身狀況。常使用的觸覺傳感器有機(jī)械式（如微動(dòng)開關(guān)）、針式差動(dòng)變壓器、含碳海綿及導(dǎo)電橡膠等幾種。當(dāng)接觸力作用時(shí)，這些傳感器以通斷方式輸出高低電平，實(shí)現(xiàn)傳感器對被接觸物體的感知。1.概述二、觸覺傳感器

如圖是針式差動(dòng)變壓器矩陣式觸覺傳感器，由若干個(gè)觸針式觸覺傳感器構(gòu)成矩陣形狀。每個(gè)觸針傳感器由鋼針、塑料套筒以及使針桿復(fù)位的磷青銅彈簧等構(gòu)成，并在每個(gè)觸針上繞著激勵(lì)線圈與檢測線圈，用以將感知的信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再由計(jì)算機(jī)判定接觸程度和接觸位置等。針式差動(dòng)變壓器矩陣式觸覺傳感器2.工作原理二、觸覺傳感器當(dāng)針桿與物體接觸而產(chǎn)生位移時(shí)，其根部的磁極體將隨之運(yùn)動(dòng)，從而增強(qiáng)了兩個(gè)線圈--激勵(lì)線圈與檢測線圈間的耦合系數(shù)，檢測線圈上的感應(yīng)電壓隨針桿的位移增加而增大。針式差動(dòng)變壓器矩陣式觸覺傳感器2.工作原理二、觸覺傳感器通過掃描電路輪流讀出各列檢測線圈上的感應(yīng)電壓（代表針桿的位移量），經(jīng)計(jì)算機(jī)運(yùn)算判斷，即可知道被接觸物體的特征或傳感器自身的感知特性。針式差動(dòng)變壓器矩陣式觸覺傳感器2.工作原理二、觸覺傳感器滑覺傳感器是用來檢測在垂直于握持方向物體的位移、旋轉(zhuǎn)和由重力引起的變形，以達(dá)到修正受力值，防止滑動(dòng)，進(jìn)行多層次作業(yè)及測量物體重量和表面特性等目的。主要用于檢測物體的滑動(dòng)。例如，利用滑覺傳感器判斷機(jī)械手是否握住物體，以及應(yīng)該使用多大的力等。當(dāng)手指夾住物體，做把它舉起的動(dòng)作、把它交給對方的動(dòng)作和加速或減速運(yùn)動(dòng)的動(dòng)作時(shí)，物體有可能在垂直于所加握力方向的平面內(nèi)移動(dòng)，即物體在機(jī)器人手中產(chǎn)生滑動(dòng)，為了能安全正確地工作，滑動(dòng)的檢測和握力的控制就顯得十分重要。1.概述三、滑覺傳感器如圖所示是滾珠式滑動(dòng)傳感器。圖中的滾球表面是導(dǎo)體和絕緣體配置成的網(wǎng)眼，從物體的接觸點(diǎn)可以獲取斷續(xù)的脈沖信號(hào)，它能檢測全方位的滑動(dòng)。滾珠式滑動(dòng)傳感器2.工作原理三、滑覺傳感器滾柱式滑動(dòng)傳感器是經(jīng)常使用的一種滑覺傳感器，左圖中當(dāng)手爪中的物體滑動(dòng)時(shí)，將使?jié)L柱旋轉(zhuǎn)，滾柱帶動(dòng)安裝在其中的光電傳感器和縫隙圓板而產(chǎn)生脈沖信號(hào)。通過計(jì)數(shù)電路和D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號(hào)，通過反饋系統(tǒng)，構(gòu)成閉環(huán)控制，不斷修正握力，達(dá)到消除滑動(dòng)的目的。柱式滑動(dòng)傳感器2.工作原理三、滑覺傳感器1.將滑動(dòng)轉(zhuǎn)換成滾珠或滾柱的旋轉(zhuǎn)；2.用壓敏元件和觸針，檢測滑動(dòng)時(shí)的微小振動(dòng)；3.檢測出即將發(fā)生滑動(dòng)時(shí)，