6 传感器

2011年11月5日11时56分 年 月 日 时 分
测距仪
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2011年11月5日11时56分 年 月 日 时 分
测距仪
光测距仪
直接延迟时间测量 原理：同超声波 间接幅值调制 时间时间-振幅转换器 三角法 精度最好
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Location of spot on the detector corresponds to the distance to the target surface,Optics to covert horizontal distance to vertical distance
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感应式接近觉传感器
-检测金属表面 -组成 铁氧体磁芯 震荡器震荡器-检测器 固态开关 -原理 接近金属物，震荡器振幅减少
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测距仪
用于测量较长的距离，它可以探测障碍物和物体表面的形状， 用于测量较长的距离，它可以探测障碍物和物体表面的形状，并且用于 向系统提供早期信息。 向系统提供早期信息。
磁感应接近觉传感器
接近磁体产生感应信号 计算轮子转速：旋转次数记数 触发开关：控制部件起/ 触发开关：控制部件起/停
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光学接近觉传感器
发射光源：发光二极管 接收器件：光敏三极管 只有接近物体时被接收
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接近觉传感器
超声波接近觉传感器
-发射器：200KHz范围内 发射器：200KHz范围内 -接受器：接收有盲区 -配置方式 回波方式：发射与接收并置 对置方式：发射与接收对置
语音合成的方法： 一、将音素和元音组合来产 单词的 一、将音素和元音组合来产生单词的发音 二、录下系统可能需要合成的词，当需要时就从存储 二、录下系统可能需要合成的词，当需要时就从存储 器或磁带 器或磁带中读出。
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远程中心柔顺装置
组成： 它由两块刚性金属板组成，其中剪切柱在提供 横侧向柔顺的同时，将保持轴向的刚度。实际上，一 种装置只在横侧向和轴向或者在弯曲和翘起方向提供 一定的刚性（或柔性），它必须根据需要来选择。每 种装置都有一个给定的中心到中心的距离，距离决定 了远程柔顺中心相对柔顺装置中心的位置。因此，如 果有多个零件或许多操作，则必须有多个RCC装置，并 果有多个零件或许多操作，则必须有多个RCC装置，并 要分别选择。
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触觉传感器
接触传感器
接触产生信号的装置 微动开关：接通/ 微动开关：接通/断开 力传感器：提供接触力大小信息
触觉传感器
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简单的接触式传感器以阵列形式排列组合成触觉 传感器，它以特定次序向控制器发送接触和形状信息 。 月日 时 分 2011年11月5日11时56分 年
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传感器分类
传感器特性/规格（ 传感器特性/规格（续） 线性度： 线性度：相同的输入产生同样的输出 量程： 量程：最小与最大输出之差 相应时间： 相应时间：达到总输出的特定百分比时间 频率响应： 频率响应：带宽反映系统响应频率的范围 可靠性：正常运行次数/ 可靠性：正常运行次数/总运行次数 精度： 精度：反映实际值与理想值接近的程度 重复精度： 重复精度：反映精度的稳定性
所有信号都有各自的主要频率，它们 所有信号都有各自的主要频率，它们构成了信号的特 征频谱，通过识别这种频谱的特征就可以做到语音识 频谱，通过识别这种频谱的特征就可以做到语 别。为了进行语音识别，用户必须对系统进行训练 识别，用户 须对系统进行
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语音识别装置及合成
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三角法
测量原理：仅在发射器以特定角 度发射光线时，接收器才能检测 到物体上的光斑，利用发射角的 角度可以计算出距离。
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测距仪
测量传输时间法
信号传输的距离包括从发射器 到物体和被物体发射到接收器 两部分。传感器与物体之间的 距离是信号行进距离的一半， 知道了传播速度，通过测量信 号的往返时间即可计算出距离 。
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传感器分类
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定位传感器
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内部反馈传感器：关节/连 内部反馈传感器：关节/ 杆起始位置
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定位传感器
光源：发光二极管 感光：光电三极管 光通：输出高电平 关闭：输出低电平 记数：增量/ 记数：增量/绝对
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定位传感器
线位移差动变压器
变压器原理：改变电压/ 变压器原理：改变电压/电流，能量不变 次级线圈感应电压是磁通强度的函数 磁通强度依赖于铁芯（多/强，少/ 磁通强度依赖于铁芯（多/强，少/弱） 铁芯随位移移动产生随位移变化的电压 输出电压与铁芯的位移成正比，线性度好
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速度传感器
位置信号微分测量速度： 位置信号微分测量速度：
噪声小，例如薄膜编码器 滤波器辅助去噪
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加速度与力传感器
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加速度与力传感器
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嗅觉传感器
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对特定的气体敏感，当探测到这些气体时就发出信号
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视觉系统
视觉系统是 应用在机器 人中最复杂 的传感器
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语音识别装置及合成
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测距仪
超声波测距仪
优点：坚固、简单、廉价、低能耗 缺点：分辨率/ 缺点：分辨率/探测距离受限
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D=v*t D = round-trip distance v = speed of propagation (340 m/s) t = elapsed time
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力矩传感器
力矩传感器
如果在轴上施加力矩，力矩将在轴上产生两个方向 相反的力和两个方向相反的形变，两个力传感器可以测 出这两个力，根据所测力的大小可计算出力矩。 合理安排力传感器 同轴上力矩：产生两个相 反的力和变形由测出的 力推算施加的力矩 不同轴上力矩：使用三对 正交的传感器
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用六个传感器 测量三个彼此 独立的轴上的 力和力矩
光敏传感器
光敏传感器
输出电阻正比于感光强度 光敏三极管感光：光强/ 光敏三极管感光：光强/导通 发光二极管：发射光源 光源：可见光/红外光/ 光源：可见光/红外光/激光 测量距离/位移/ 测量距离/位移/变形
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传感器
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传感器的分类
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传感器分类
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内部状态感知（本体感受）VS外部状态感知（刺激感受） 内部状态感知（本体感受）VS外部状态感知（刺激感受） 机器人内部参数包括：电池能量，轮子位置，关节角度 环境及其中物质对象的信息 主动/ 主动/被动 有能量作用于感知对象，例如：雷达，声纳等 被动接受被观察对象的能量，例如：照相机 接触/ 接触/非接触 视觉/ 视觉/非视觉 基于视觉传感，图像处理，视频系统
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定位传感器
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定位传感器
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定位传感器
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定位传感器
绝对编码器工作原理
通关与不通关组合编码 编码位数由道数决定 分辨率：360/2 分辨率：360/2n 每步仅有一位发生变化
传感器任务：获取（感知）环境的信息 传感器任务：获取（感知） 传感器器件： 传感器器件：用于定量感知环境特定物质属性的电 机械/ 子/机械/化学设备 人类/ 人类/生物感知器官
o o o o o
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视觉：眼（光信息感知，光） 视觉： 光信息感知， 听觉： 声纳信息感知，声音） 听觉：耳（声纳信息感知，声音） 触觉：皮肤（物理信息感知， 触觉：皮肤（物理信息感知，热） 嗅觉： 气味信息感知，化学） 嗅觉：鼻（气味信息感知，化学） 味觉： 液味信息感知，化学） 味觉：舌（液味信息感知，化学）
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传感器特征
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传感器特征
人所不及的传感能力
可视光谱外的视觉感知能力 红外摄像， 红外摄像，夜间能见 主动视觉 雷达或激光测距 20KHz范围外的声响感知能力 20Hz — 20KHz范围外的声响感知能力 超声测距 超级嗅觉/味觉感知： 超级嗅觉/味觉感知：化学分析 射线：αβγ射线 射线， 射线：αβγ射线，中子等
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位移与导体或磁体相连
速度传感器
编码器： 编码器：对任意给定的角位移，编码器将产生 确定数量的脉冲信号，通过统计指定时间内 脉冲信号的数量，能计算出相应的角速度。 测速发电机： 测速发电机：将机械能转化为电能的装置，输 出是与输入角速度成正比的模拟电压，它可 与电位器一起来使用来估计速度。
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机器人导论
第六章: 第六章: 传感器
黄晶
厦门理工学院机械系 厦门理工学院机械系
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第六章 提要
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主要内容
• • • • •
传感器 传感器特征 位置传感器 速度传感器 力觉传感器 其他传感器
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传感器特征
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传感器分类
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传感器分类
传感器特性/ 传感器特性/规格 成本：与可靠性/精度/ 成本：与可靠性/精度/重要性均衡 尺寸： 尺寸：与应用场合和设计要求适应 重量：增加无效功耗/ 重量：增加无效功耗/应在允许范围 输出：数字/模拟（编码器/电位计） 输出：数字/模拟（编码器/电位计） 接口： 接口：与设备的连接相配套 分辨率：满量程/2 为设备比特数） 分辨率：满量程/2n（n为设备比特数） 灵敏度：输出响应变化/ 灵敏度：输出响应变化/输入响应变化
触觉传感器
触觉传感器
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确定接触发生/ 确定接触发生/提供额外接触信息 包括形状、尺寸和材质等 传感器阵列实例： 触杆、发光二极管、光感器件 光感输出与触杆位移成正比例 依据接触的次序确定大小和形状 类皮肤连续传感器 产生信号与受力成比例
接近觉传感器
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远程中心柔顺装置
工作原理： 工作原理：
零速度瞬时中心是一个物体相对另一个物体速度为 零的点。四连杆机构的零速度瞬时中心如下图所示
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远程中心柔顺装置
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定位传感器
旋转变压器
变压器原理：电磁感应 初级线圈与转子旋转 两个正交的次级线圈 感应电压与初级线圈夹角的正、余弦成正比例
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定位传感器
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磁体反射导体发射脉冲 脉冲到达并返回的时间可换算成距离（速度已知）
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远程中心柔顺装置
Remote Center Compliance
RCC装置是机器人腕关节和末端执行器之间的辅助装置，它是为校 RCC装置是机器人腕关节和末端执行器之间的辅助装置，它是为校 正末端执行器和机器人部件的错位而设计的
特点：被动发挥作用 特点： 实例： 实例：装配零件错位矫正