机器人柔性腕力传感器及其检测系统
工业机器人内部传感器
根据码盘上透光区域与不透光区域分布的不同，光电编码器又可分为 相对式（增量式）和绝对式两种类型。
1）相对式光电编码器
测量旋转运动最常见的传感器是相对式光电编码器，其圆形码盘（见图4-9）上的 透光区与不透光区相互间隔，均匀分布在码盘边缘，分布密度决定测量的解析度。在 码盘两边分别装有光源及光敏元件。
1.2 速度传感器
1．测速发电机
测速发电机是一种模拟式速度传感器，它实际上是一台小型永磁式直流发电机，其 结构原理如图4-13所示。
图4-13 直流输出测速发电机结构原理图
当通过线圈的磁通量恒定时，位于磁场中的线圈旋转使线圈两端产生的电压 u（感应电动势） 与线圈（转子）的转速 成正比，即
u A
1）模拟方式
在模拟方式下，必须有一个频率/电压（F/V）变换器，用来将编码器测得的脉冲 频率转换成与速度成正比的模拟电压，其原理如图4-14所示。F/V变换器必须有良好 的零输入、零输出特性和较小的温度漂移才能满足测试要求。
图4-14 模拟方式的相对式光电编码器测速
2）数ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ方式
数字方式测速是利用数学方式通过计算软件计算出速度。角速度是转角对时间的一阶导数，
工业机器人基础
工业机器人内部传感器
1.1 位移传感器
1．电位器式位移传感器
电位器式位移传感器一般用于测量工业机器人的关节线位移和角位移，是 位置反馈控制中必不可少的元件，它可将机械的直线位移或角位移输入量转 换为与其成一定函数关系的电阻或电压输出。
电位器式位移传感器主要由电阻元件、骨架及电刷等组成。根据滑动 触头·运动方式的不同，电位器式位移传感器分为直线型和旋转型两种。
式中，A 为常数。
机器人传感器
即通过把分散敏感元件排列成矩阵式格子来设 计的。 ❖ 导电橡胶、感应高分子、应变计、光电器件和 霍尔元件常被用敏感元件阵列单元。
00:47
压觉传感器原理
❖ 这种传感器是对小型线性调整器的改进。 ❖ 在调整器的轴上安装了线性弹簧。一个传感器有l0mm的有效行
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力觉ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
❖ 力觉传感器的作用 ❖ 关节力传感器 ❖ 腕力传感器 ❖ 基座力传感器
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力觉传感器的作用
1. 感知是否夹起了工件或是否夹持在正确部位； 2. 控制装配、打磨、研磨抛光的质量； 3. 装配中提供信息、以产生后续的修正补偿运
动来保证装配质量和速度 4. 防止碰撞、卡死和损坏机件。
“电脑化”是这代机器人的重要标志。
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机器人传感器的分类
❖ 机器人传感器可分为内部检测传感器及外界检测传感 器两大类。
❖ 内部检测传感器是以机器人本身的坐标轴来确定其位 置，是安装在机器人自身中用来感知它自己的状态， 以调整并控制机器人的行动。它通常由位置、加速度、 速度及压力传感器组成。
❖ 外界检测传感器用于机器人对周围环境、日标构的状
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机器人传感器
00:47
目录
❖ 概述 ❖ 触觉传感器 ❖ 接近觉传感器 ❖ 视觉传感器 ❖ 听觉、嗅觉、味觉及其他传感器
小结
00:47
概述
❖ 机器人与传感器 ❖ 机器人传感器分类
00:47
机器人与传感器 ❖ 机器人及机器人传感器的定义 ❖ 机器人的发展历史
00:47
机器人及机器人传感器的定义
人工皮肤触觉传感器的研究重点
00:47
机器人六维腕力传感器动态性能标定系统的研究
维普资讯
第２ ０卷
・
第 ３期
电子 ＥＣＴ ＯＵ Ｎ Ｌ ＲＯＮ Ｃ Ｉ
ＭＥＡｓ ＵＲＥＭＥＮＴ ＡＮＤ Ｎｓ ＲＵＭＥＮＴ ｌ Ｔ
，２２ ｏ ． Ｏ Ｎｏ ３ ．
８ ・ ８
２０ ０ ６年 ６月
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｎ ｍｉ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅ ｃ ｌ ｒ ｔ ｎ ｓ ｓｅ ｆ ｒｒ ｂ ｔ － ｘ ｓ ｗ ｉ ｏ ｃ ｅ ｓ ｒｄ ｖ ｌｐ ｄ ｂ ｕ ・ ｓｒ ｃ ：Ａ Ｄｙ ａ ｃ ｐ ｒ ｍａ ｃ ａ ｉ ａｉ ｙ ｔｍ ｏ ｏ ｏ＇ ６— ａ ｉ ｒ ｔｆｒ ｅ ｓ ｎ ｏ ｅ ｅ ｏ ｅ ｙ ｏ ｒ ｏ ｂ ｏ ｓ ｓ － ｓ ｌｅ ｓｉ ｔｏ ｕ ｅ ｈ ｓ ｐ ｐ ｒ Ｔ ｉ ｓ ｓ ｍ ｏ ｓ ｔ ｏ ｘ ｅ ｍｅ ｔ ｅ ｃ ｒｌ ａ ｉ ｇ，ｐ ｅ ｏ ｌ ｃｒ ｉ ｒ ｅ ｓ ｎ ｅｖ ｓ ｉ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ ｉ ｔ ｉ ａ ｅ ． ｈ ｓ ｙ ｔ ｃ ｎ ｉ ｓ ｆ ｐ ｒ ｎ ｎ ｈ ｆ ｄ ｎ ｎ ｅ ｓ ｅ ｉ ｂ ｏ ｏ ｉｚ ｅｅ ｔ ｃ ｔ ｆ ｃ ｅ — ｉ ｙｏ ｓ ｒ ｈ ｒ ｅ ａ ｐ ｉ ｅ ，ｄ ｔ ｃ ｕ ｓ ｉ ｎ ｓ ｓｅ ，ｄ ｔ ｒ ｃ ｓ ｉ ｇ ａ ｄ ｐ ｒ ｒ ａ ｃ ｎ ｙ ｉ ｇ ｓ ｓｅ ，ｇ ａ ｈ ｃ ｃ ａ ｔ ｏ ，ｃ ａ ｇ ｍ ｌ ｒ ａ ａ ａ ｑ ｉｉ ｏ ｙ ｔ ｍ ｉ ｆ ｔ ａ ａ ｐ ｏ ｅ ｓｎ ｎ ｅ ｏ ｆ ｍ ｎ ｅ ａ ａ ｚｎ ｙ ｔ ｍ ｌ ｒｐ ｉ ｈ ｒ ａ ｄ ｄ ｔ ｕ ｐ ｔｓ ｓｅ ｎ ａ ａ ｏ ｔ ｕ ｙ ｔｍ． Ｏｎ ｔ ｅ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔｂ ｎ ｈ，ｔ ｅ ６ ａ ｉ ｗ ｉ ｒ ｅ ｓ ｎ ｏ ａ ｅ ｌ ａ ｅ ｎ ｅ ｃ ｉ ｎ ｉｎ ｈ ｘ ｅ ｉ ｎ ｅ ｃ ｈ － ｓ ｒｓ ｆ ｃ ｅ ｓ ｒｃ ｎ ｂ ｏ ｄ ｄ ｉ ａ ｈ ｄ ｍｅ ｓｏ ｘ ｔｏ ｒ ｓ ｅ ｔ ｅｙ ｅ ｐ ｃ ｉ ｌ ．Ｂ ｅ ｐ ｅ ｏ ｌｃｒ ｉ ｒ ｅ ｓ ｎ ｏ ｌ ｓ ｎ ｌ ｈ ｔ ｐ ｃ ａ ｇ ｉ ａ ｅ ｃ ｕ ｈ ｘ ｃ ｌ ．Ｄａａ ａ ｑ ｉｉ ｖ ｙ ｔ ｉｚ ｅｅ ｔ ｃ ｔ ｆ ｃ ｅ ｓ ｒ ｉ ａ ，ｔ ｅ ｓｅ ｈ ｈ ｉ ｙｏ ｇ ｎ ｅｔ ｍｅ ｃ ｎ ｂ ａ ｇ ｔ ａ ｔ ｅ ｙ ｔ ｃ ｕ ｓ— ｔ ｎ ｓ ｓｅ ｓ ｐ ｅ ｅ ａ ａｏ ｉｎ ｓ ｏ 一 ｉ ｗ ｓ ｆｒ ｅ ｓ ｎ ｏ ｎ ｉｚ ｅ ｅ ｔ ｃｔ ｏ ｃ ｅ ｓ ｒ ａ ｄ ｓ ｖ ｓ ｔ ｅ ｉ ｙ ｔ ｍ ａ ｌｓ ｔ ｎ ｇ ｓ ａ ｆ ａ ｓ ｒ ｔ ｏ ｃ ｅ ｓ ｒ ａ ｄ ｐｅ ｏ ｌｃ ｒ ｉ ｆ ｒ ｅ ｓ ｎ ｏ ｎ ａ ｅ ｏ ｍ ｈ ｌ ｇｌ ６ｘ ｉ ｉ ｙ ｈ ｓ ｐ ｉ ｇ ｄ ｔ ｎ ａ ｆ ｅ ｍ ａ ｌ ａａ ｉ ｌ ．Ｄａ ｒ ｃ ｓ ｉ ｇ ａ ｄ ｐ ｒ ｒ ａ ｃ ａｙ ｉ ｇ ｓ ｓｅ ｃ ｎ ｉ ｓ ｏ ｉ ｒｇ ａ ，ｄ ｔ ｒ ｃ ｓ — ｎ ｉ ａ ｔ ｐ ｏ ｅ ｓｎ ｅ ｏ ｎ ｆ ｍ ｎ ｅ ａ ｌ ｚｎ ｙ ｔ ｍ ｏ ｓｓ ｆｍａ ｎ ｐ ｒ ｍ ｎ ｔ ｏ ａａ ｐ ｏ ｅ ｓ
《柔性压力传感器设计及其人体运动监测研究》范文
《柔性压力传感器设计及其人体运动监测研究》篇一一、引言随着科技的飞速发展，人体运动监测技术在医疗、体育、康复等领域得到了广泛应用。
其中，柔性压力传感器作为关键部件，因其能够适应人体曲面的特性而备受关注。
本文旨在探讨柔性压力传感器的设计原理、制作方法及其在人体运动监测中的应用。
二、柔性压力传感器设计原理1. 材料选择：柔性压力传感器主要采用柔性基底材料和敏感材料。
柔性基底材料如聚酰亚胺（PI）薄膜、聚对苯二甲酸乙二酯（PET）等，具有优异的柔韧性和耐折性。
敏感材料如导电聚合物、碳纳米管等，具有高灵敏度和快速响应的特点。
2. 结构设计：传感器采用多层结构设计，包括导电层、绝缘层和基层。
导电层负责传感和导电，绝缘层提供必要的隔离保护，基层则支撑整个传感器并确保其柔性。
3. 工作原理：当传感器受到压力作用时，敏感材料发生形变，导致电阻或电容等电学性质发生变化，从而实现对压力的感知和测量。
三、制作方法1. 制备柔性基底：采用PI或PET等薄膜材料，通过热压、喷涂等方法制备出具有柔性的基底。
2. 制备敏感材料：将导电聚合物、碳纳米管等敏感材料与粘合剂混合，形成均匀的墨水状混合物。
3. 制作电极和导线：在基底上制作导电电极和导线，连接敏感材料与外部电路。
4. 组装与封装：将制备好的传感器组件进行组装与封装，形成完整的柔性压力传感器。
四、人体运动监测应用1. 应用场景：柔性压力传感器可广泛应用于人体运动监测领域，如智能手环、智能鞋垫等。
通过将传感器贴附在人体表面或嵌入衣物中，实现对人体运动状态的实时监测。
2. 监测指标：通过柔性压力传感器可以监测人体的步数、步频、步态等运动指标，以及肌肉活动、关节角度等生理参数。
3. 数据处理与分析：通过蓝牙、Wi-Fi等无线传输技术将传感器数据传输至手机或电脑等终端设备，进行数据处理与分析。
结合人工智能算法，实现对人体运动状态的智能识别与评估。
五、实验与结果分析1. 实验设计：设计不同形状和尺寸的柔性压力传感器，并进行静态和动态压力测试，以评估其性能。
机器人传感器
1. 机器人传感器
（8）机器人嗅觉传感器：
原理：机器嗅觉是一种模拟生物嗅觉工作原理的新颖仿生检测技术，机器嗅觉系统通
常由交叉敏感的化学传感器阵列和适当的计算机模式识别算法组成，阵列中的
气体传感器各自对特定气体具有较高的敏感性，由一些不同敏感对象的传感器 构成的阵列可以测得被测样品挥发性成分的整体信息，与人的鼻子一样，闻到
，而且可以进行任务规划、路径规划以完成既定的工作任务和工作目标。
机器人视觉
机器人触觉
机器人力觉
1. 机器人传感器
（2）机器人传感器的分类：
a.内部传感器:
主要感知与机器人自身参数相关的内部信息，如位移、速度、加速度等。
主要有位置传感器、速度和加速度传感器、陀螺等。 b.外部传感器: 主要感知本体以外的外界物理信息，如障碍物的位置、形状、颜色、距离、接触 受力等。主要包括视觉传感器、听觉传感器、触觉传感器、力觉传感器、滑觉传 感器、陀螺传感器、接近觉传感器、距离传感器、嗅觉传感器、味觉传感器以及 生物传感器。
1. 机器人传感器
（5）机器人触觉传感器：
1，触觉传感器十年前已开始实用化，而且具有非常高的性能，业界正在进行以下三大 方面的新技术开发：大面积化。使用场所及应用的多样化；研发类似人类皮肤的触 觉传感，不仅检测位置，还要同时检测力度、压力、温度、表面凸凹、有无摩擦等； 利用CMOS等工艺进行集成。 2，美国麻省理工学院视觉科学学科联合波士顿东北大学研究团队成功研制了一种触觉 传感器GelSight，比人类手指更加灵活敏感。GelSight不是以机器来辨识触觉，而
1. 机器人传感器
1，将识别对象的声音从周围杂音中分离出来的音源分离技术，是听觉传感器得以普及
（4）机器人听觉传感器：
机器人灵巧手五指尖力力矩传感器的研究-刘宏
０．２Ｎ．ｍ，测量精度为５％．
３微型五维指尖力／力矩传感器的信号调理电路
由应力计算可以得到．在＋５Ｖ恒压源供电的情况下，每个应变半析的电压输出不超过：ｉ：２５ｍＶ－如此小 的输出电压必须经过高输人阻抗、高共模抑制比、高信噪比、高放大倍数的顼放大电路，才能提供给数据采集
在数据处理系统系统中，除了进行低通滤波和温度补偿以外，针对本传感器的具体特点＋我们还做了以下 两点考虑．
（１）参考电压的处理 尽管电压参考芯片ＭＡＸ６００２具有很高的精度。我们还是把参考电压信号翰人列数据采集系统中．以便
７３２
机器人
２０００年８月
Ｉ）Ｓｌ １０３控制董的初始化
＋
Ｉ蠡拇采集程序的柳蚰化■窟，鼻Ａ／Ｄ＃基 ｌ置道井置时２岫■慑曩道设置完成
抗噪声进而提高信噪比是本电路的关键所在，因此在选择高性能元器件的基础上，在电路的设计中还 主要应：
（１）用滤波电路来抑制噪声．在每个集成电路芯片的电源端，尽可能近地放置滤故电容；在每个ＡＤ６２３的 同相输人端和反相输入端，尽可能近地放置电容以构成一阶低通滤波网络，此时要兼顾系统的动态响应．（２） 用良好的印制板布线来避免噪声或降低噪声，其中最重要的一点是地线和电源线的合理布置．
于ＰｏｗｅｒＰＣ的ＤＳｌｌ０３控制板构成了传感器的数据采集和处理系统；应用最小二乘理论实现了传感 器的静态标定．微型指尖２／力矩传感器的成功研制为具有感知功能的机器人灵巧手的研究创造了条
件．
关键词：多指手；多维力传感器；标定；最小二乘法
中田分类号：ＴＰ２４
文献标识码：Ｂ
１引言
近年来，机器人技术有了很大的发展，应用领域也随之拓展，由早期单纯的工业生产渗透到航天、娱乐和 服务业等领域．应用范围的扩大和作业水平的提高，对机器人的末端执行器提出了更高的要求．为此，多指灵 巧手的研究成为当前机器人技术的热门课题之一．在世界范围内已经获得了许多很有应用价值的成果ｎｑ］．
机器人的位置检测传感器
机器人的位置检测传感器测量可变位置和角度，即测量机器人关节线位移和角位移的传感器是机器人位置反馈控制中必不可少的元件。
常用的有电位器、旋转变压器、编码器等。
其中编码器既可以检测直线位移，又可以检测角位移。
下面是几种常用的位置检测传感器。
1、光电开关2、编码器3、旋转变压器。
二、机器人速度、角速度传感器：1、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（dt）内脉冲信号的数量，就能计算出相应的角速度。
dt越短，得到的速度值就越准确，越接近实际的瞬时速度。
但是，如果编码器的转动很缓慢，则测出的速度可能不准。
通过对控制器的编程，将指定时间内脉冲信号的个数转化为速度信息就可以计算出速度。
2、测速发电机测速发电机是一种把输入的转速信号转换成输出的电压信号的机电式信号元件，它可以作为测速、校正和解算元件，广泛应用于机器人的关节测速中。
3、位置信号微分如果位置信号中噪音较小，那么对他进行微分来求取速度信号不仅可行，而且很简单。
为此，位置信号应尽可能连续，以免在速度信号中产生大的脉动。
所以，建议使用薄膜式电位器测量位置，因为绕线式电位器的输出时分段的，不适合微分。
然而，信号的微分总是会有噪音的，应该仔细处理。
三、机器人接触觉传感器：机器人接触觉传感器是用来判断机器人是否接触物体的测量传感器。
传感器输出信号常为0或1，最经济适用的形式是各种微动开关。
常用的微动开关由滑柱、弹簧、基板和引线构成，具有性能可靠、成本低、使用方便等特点。
接触觉传感器不仅可以判断是否接触物体，而且还可以大致判断物体的形状。
一般传感器装在末端的执行器上，除了微动开关外，接触觉传感器还采用碳素纤维及聚氨基甲酸脂为基本材料构成触觉传感器。
机器人与物体接触，通过碳素纤维与金属针之间建立导通电路，与微动开关相比，碳素纤维具有更高触电安装密度、更好的柔性、可以安装在机器手的曲面手掌上。
四、机器人接近觉传感器、机器人接近觉传感器能感知相距几毫米到几时厘米内对象物或障碍物的距离、对象物的便面性质等的传感器，其目的是在接触对象前得到必要的信息，以便后续动作。
机器人含有哪些主要传感器？
机器人含有哪些主要传感器？1、机器人视觉传感器20世纪50年代后期出现，发展十分迅速，是机器人中最重要的传感器之一。
机器视觉从20世纪60年代开始首先处理积木世界，后来发展到处理室外的现实世界。
20世纪70年代以后，实用性的视觉系统出现了。
视觉一般包括三个过程：图像获取、图像处理和图像理解。
相对而言，图像理解技术还很落后。
2、力觉传感器机器人力传感器就安装部位来讲，可以分为关节力传感器、腕力传感器和指力传感器。
国际上对腕力传感器的研究是从20世纪70年代开始的，主要研究单位有美国的DRAPER实验室、SRI研究所、IBM公司和日本的日立公司、东京大学等单位。
3、触觉传感器作为视觉的补充，触觉能感知目标物体的表面性能和物理特性：柔软性、硬度、弹性、粗糙度和导热性等。
触觉研究从20世纪80年代初开始，到20世纪90年代初已取得了大量的成果。
4、接近觉传感器研究它的目的是使机器人在移动或操作过程中获知目标(障碍)物的接近程度，移动机器人可以实现避障，操作机器人可避免手爪对目标物由于接近速度过快造成的冲击。
5、听觉传感器(1)特定人的语音识别系统特定人语音识别方法是将事先指定的人的声音中的每一个字音的特征矩阵存储起来，形成一个标准模板(或叫模板)，然后再进行匹配。
它首先要记忆一个或几个语音特征，而且被指定人讲话的内容也必须是事先规定好的有限的几句话。
特定人语音识别系统可以识别讲话的人是否是事先指定的人，讲的是哪一句话。
(2)非特定人的语音识别系统非特定人的语音识别系统大致可以分为语言识别系统，单词识别系统，及数字音(0~9)识别系统。
非特定人的语音识别方法则需要对一组有代表性的人的语音进行训练，找出同一词音的共性，这种训练往往是开放式的，能对系统进行不断的修正。
在系统工作时，将接收到的声音信号用同样的办法求出它们的特征矩阵，再与标准模式相比较。
看它与哪个模板相同或相近，从而识别该信号的含义。
机器人含有哪些主要传感器?如上所述。
传感器在机器人中的应用
提取物体轮廓及固有特征，识别物体
光敏阵列、CCD等
接触觉
与对象是否接触，接触的位置
决定对象位置，识别对象形态，控制速度，安全保障，异常停止，寻径
光电传感器、微动开关、薄膜接点、压敏高分子材料
压觉
对物体的压力、握力、压力分布
控制握力，识别握持物，测量物体弹性
压电元件、导电橡胶、压敏高分子材料
按照加工任务选择传感器
搬运：力，触觉，视觉 装配：力，触觉，视觉 喷漆：位置检测，对象识别 焊接：位置，速度 点焊：接近觉 弧焊：视觉
搬运码垛机器人
几种常用的机器人传感器
关节旋转角度、角速度检测：角编码器等； 接触力度检测：导电橡胶阵列等； 滑动检测：光电球栅等； 腕力检测：应变片传感器等； 接近检测：电涡流（导电对象）、光电（反光对象）、超射波、红外（发热对象）等； 距离检测：激光、声纳、微波、GPS等；
角编码器
角编码器是一种旋转式位置传感器，它的转轴通常与被测旋转轴连接，随被测轴一起转动。 角编码器能将被测轴的角位移转换成二进制编码或一连串脉冲。角编码器有两种基本类型：绝对式角编码器和增量式角编码器。
光电脉冲角编码器示意图
*
一、绝对式角编码器
绝对式码盘与增量式码盘有何区别？
设应变片牢固粘贴在被测试件上，与试件有相同的轴向应变及径向应变，应变片的灵敏度K、试件的横截面积A以及材料的弹性模量E均为已知，则只要设法测出应变片的ΔR/R值，即可获知试件受力Ｆ的大小。依此原理，可用于测量拉力和物体的称重等。
不同测量方向的金属箔式应变片图形
.
半导体应变片
以N型和P型硅为基底，利用扩散、外延和薄膜工艺制成的。主要优点是灵敏度比金属应变片高很多。 缺点是：灵敏度的一致性差、温漂大、电阻与应变间非线性严重。 在使用时，需采用半桥、全桥温度补偿及非线性补偿措施。
工业机器人的传感器ppt课件
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
5.2 工业机器人内部传感器 1 概述
内部传感器中，位置传感器和速度传感器，是当今 机器人反馈控制中不可缺少的元件。 现已有多种传感器大量生产，但倾斜角传感器、方 位角传感器及振动传感器等用作机器人内部传感器的 时间不长，其性能尚需进一步改进。
工业机器人的感觉系统包括：
◦ 传感器； ◦ 通过传感器获得数据的处理。
2、工业机器人常用传感器的分类
机器人传感器按用途可分为内部传感器和外部传感 器。
内部传感器装在操作机上，包括位移、速度、加速 度传感器，是为了检测机器人操作机内部状态，在伺 服控制系统中作为反馈信号。
外部传感器，如视觉、触觉、力觉距离等传感器， 是为了检测作业对象及环境与机器人的联系。
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为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
◦ 光纤传感器
这种传感器包括由一束光纤构成的光缆和一个可变形的反 射表面。光通过光纤束投射到可变形的反射材料上， 反射光按相反方向通过光纤束返回。如果反射表面是 平的，则通过每条光纤所返回的光的强度是相同的。 如果反射表面因与物体接触受力而变形，则反射的光 强度不同。用高速光扫描技术进行处理，即可得到反 射表面的受力情况。
关于编码器 编码器输出表示位移增量的编码器脉冲信号，并带有符 号。 据检测原理，编码器可分为：光学式、磁式、感应式和 电容式。 根据其刻度方法及信号输出形式，分为增量式编码器和 绝对式编码器。 作为机器人位移传感器，光电编码器应用最为广泛。
柔性传感器在机器人控制中的应用
柔性传感器在机器人控制中的应用随着科学技术的不断进步，机器人越来越应用于各个领域。
机器人的控制系统是机器人的重要组成部分之一，传感器是机器人控制系统中的重要组成部分。
而在传感器中，柔性传感器表现出色，因此，柔性传感器在机器人控制中也越来越受到重视。
一、什么是柔性传感器柔性传感器是一种可以在不损失性能的情况下弯曲和扭转的传感器。
它具有极高的灵敏度、稳定性和精度。
柔性传感器通常由弯曲和伸展两个部分组成。
弯曲部分是由多个薄膜层叠加而成，薄膜之间夹着柔性导电层，伸展部分是由导电纤维制成。
当传感器弯曲或伸展时，导电层和导电纤维之间的电阻发生变化，从而可以检测到机器人的位姿和运动状态。
二、1. 测量机器人姿势机器人的姿势是机器人控制系统中的一个重要参数。
传统的方法是使用陀螺仪、加速度计等惯性测量单元进行测量。
而柔性传感器与机器人身体相结合，可以实现对机器人姿态的高精度测量。
例如，在机器人手臂上安装柔性传感器，可以对机械臂进行运动轨迹的跟踪和测量。
2. 灵敏的接触检测柔性传感器可以探测到细微的接触力，因此在机器人的接触检测方面具有很高的潜力。
例如，当机器人手臂接触物体时，柔性传感器可以反馈手臂和物体之间的接触力，从而实现对物体的握取和抓取。
3. 柔性传感器在人机协作机器人中的应用人机协作机器人需要与人类密切协作，有较低的刚度和高的灵活性。
柔性传感器可以适应弯曲、伸展、扭曲和形变，能够与人体或环境产生柔性接触，减少机器人对人和环境的伤害。
例如，在人机协作机器人的控制系统中，使用柔性传感器来检测和测量人体的运动状态，以便机器人适应并正确响应人体动作。
4. 柔性传感器在机器人外骨骼中的应用机器人外骨骼是一种较为先进的机器人形式，用于帮助人体进行康复和运动。
柔性传感器作为机器人外骨骼的重要组成部分，在机器人外骨骼中可以实现对人体运动和姿态的实时测量。
例如，在机器人外骨骼的膝关节处安装柔性传感器，可以通过检测弯曲和伸展的角度变化来测量人体运动状态，从而实现对外骨骼的运动控制。
《柔性压力传感器设计及其人体运动监测研究》
《柔性压力传感器设计及其人体运动监测研究》篇一一、引言随着科技的不断进步，柔性电子学领域呈现出爆炸式的发展，尤其在可穿戴电子设备和人体运动监测等方面具有广泛应用前景。
柔性压力传感器作为一种新型传感器技术，凭借其灵敏度高、适应性强等优势，成为近年来的研究热点。
本文旨在探讨柔性压力传感器的设计原理及其在人体运动监测方面的应用研究。
二、柔性压力传感器设计1. 材料选择柔性压力传感器的设计首先从材料选择开始。
主要材料包括柔性基底、导电材料和敏感材料。
柔性基底通常选用聚酰亚胺（PI）或聚对苯二甲酸乙二酯（PET）等具有良好柔韧性和稳定性的材料。
导电材料则选择导电性能良好的金属纳米线或碳纳米管等。
敏感材料则需具备高灵敏度和快速响应的特性，如聚偏二氟乙烯（PVDF）等压电材料。
2. 结构设计结构设计是柔性压力传感器设计的关键。
一般采用多层叠加的方式，将导电层、敏感层和柔性基底进行复合。
此外，为了提高传感器的灵敏度和稳定性，还可采用微纳结构、阵列结构等设计方法。
3. 制作工艺制作工艺方面，主要采用印刷、喷涂、沉积等方法进行制作。
其中，印刷技术因其成本低、效率高、适合大规模生产等优点被广泛应用。
喷涂和沉积技术则可实现更精细的加工和更高的灵敏度。
三、人体运动监测应用研究1. 监测原理柔性压力传感器通过感知人体运动时产生的压力变化，将压力信号转换为电信号，进而实现对人体运动的监测。
其高灵敏度和快速响应的特性使得传感器能够准确地捕捉到微小的运动变化。
2. 监测部位人体运动监测可应用于多个部位，如关节、肌肉、皮肤等。
针对不同部位的运动特点，可设计不同结构和尺寸的传感器，以实现最佳的监测效果。
3. 实际应用在实际应用中，柔性压力传感器已被广泛应用于健康监测、运动康复、人机交互等领域。
例如，在健康监测方面，可用于监测关节活动度、肌肉力量等生理参数；在运动康复方面，可用于辅助运动员进行训练和康复；在人机交互方面，可用于实现人与机器的自然交互和感知。
机器人力矩传感器特性测试与校准
机器人力矩传感器特性测试与校准随着机器人技术的不断发展，机器人在工业、医疗和服务等领域的应用越来越广泛。
而机器人的力矩传感器在机器人控制、力量感知和安全保障中起着至关重要的作用。
机器人力矩传感器的特性测试与校准是确保机器人正常运行和准确感知外界力量的关键步骤。
机器人力矩传感器的特性测试旨在评估传感器的静态和动态特性。
静态特性测试包括传感器的灵敏度、线性度、漂移和重复性等参数的测量。
通过在不同加载条件下施加力矩，可以得到传感器与力矩之间的关系曲线，从而计算出传感器的灵敏度。
线性度测试是指在给定范围内，传感器输出信号与实际力矩之间的线性关系。
漂移测试用于评估传感器输出信号的稳定性和长期使用中的变化情况。
重复性测试则是指在相同的加载条件下，重复测试传感器的输出信号，以评估传感器的稳定性和可靠性。
动态特性测试是对机器人力矩传感器在不同加载和速度条件下的响应能力进行评估。
这可以通过在传感器上施加快速变化的力矩来模拟实际应用中的动态情况。
动态特性测试能够帮助开发人员了解传感器的响应速度、精度和抗干扰能力，从而确定传感器是否满足实际应用需求。
校准是确保机器人力矩传感器输出信号准确可靠的过程。
校准的目的是通过对已知力矩的施加，调整传感器的输出信号，使其与实际力矩之间达到准确的关系。
校准通常包括零点校准和灵敏度校准。
零点校准是通过在无加载的情况下测量传感器输出信号，以确定传感器的零偏误差。
灵敏度校准是通过在已知加载条件下测量传感器输出信号，以验证传感器的灵敏度是否与预期值一致。
在进行机器人力矩传感器特性测试与校准时，需要注意以下几点。
应选择合适的测试设备和测试方法，确保测试结果的准确性和可靠性。
应按照一定的测试程序和标准操作，避免人为误操作对测试结果产生影响。
应注意传感器的工作环境和工作条件，以确保测试的真实性和可重复性。
测试和校准的结果应进行记录和分析，以便及时发现问题和改进措施。
总之，机器人力矩传感器的特性测试与校准是确保机器人正常运行和准确感知外界力量的重要步骤。
机器人的柔性操作控制技术研究
机器人的柔性操作控制技术研究机器人作为一种现代化的自动化工具，正逐渐地成为生产活动中的重要角色。
然而，当机器人与人类共同工作时，由于机器人的刚度和控制精度问题，十分容易出现危险情况。
因此，研究机器人的柔性操作控制技术成为了目前机器人研究领域的一个热门话题。
柔性操作控制技术的提出旨在解决机器人作业过程中的难点问题，使机器人能够具备柔性的物理特性，从而能够更加高效、精确地完成生产任务。
目前，主流柔性操作控制技术主要分为以下两种：一、力控制技术力控制技术可以根据物体的变化实时改变机器人的运动轨迹。
这一技术可以基于传感器实现，传感器能够感知物体在机器人接触下的受力情况，并反馈给机器人。
机器人依据传感器的反馈信息实现力控制，并根据物体的变形反馈调整运动轨迹，从而完成柔性的操作。
二、视觉控制技术视觉控制技术是近年来的热门研究方向，可实现更加智能化的柔性操作控制。
该技术基于机器视觉技术实现，通过对目标物体的精确识别和跟踪，从而实现机器人的柔性操作控制。
这一技术不仅可以用于机器人的自主运动，还可以在威胁到人体安全的特殊场合下，如处理放射性物质等领域发挥作用。
而在柔性操作控制技术的研究方向上，最近又涌现出了一种被称之为“人机合作”的技术。
这种技术被用于协助人类完成一些极致精准的操作，如外科手术等。
人类和机器人通过配合，共同执行细微、繁琐而又高风险的手术操作，使患者得到更加优质的医疗服务。
这一技术的成熟与推广将会对外科手术、机器人手术以及康复医学等领域产生重要影响。
总的来说，柔性操作控制技术的研究，是机器人技术发展的必然趋势。
虽然目前该技术还存在一些局限性与难点问题，如机器人与物体接触时的传感器辨识问题、信息反馈成本高等，仍需要进一步的研究探索与技术创新。
但相信通过不断的技术进步和创新，柔性操作控制技术将会推动机器人技术发展的进一步飞跃，为生产与服务等多个领域创造更多的价值。
柔性传感器在健康监测中的应用
柔性传感器在健康监测中的应用关键信息项：1、柔性传感器的类型及技术规格名称：＿___________________________测量参数：＿___________________________精度：＿___________________________响应时间：＿___________________________工作温度范围：＿___________________________2、健康监测的目标与应用场景监测的健康指标：＿___________________________适用人群：＿___________________________应用环境：＿___________________________3、数据采集与传输方式采集频率：＿___________________________传输协议：＿___________________________数据存储位置：＿___________________________4、数据分析与处理方法算法：＿___________________________异常判断标准：＿___________________________报告生成格式：＿___________________________5、安全与隐私保护措施数据加密方式：＿___________________________用户授权机制：＿___________________________数据访问权限设置：＿___________________________ 6、设备维护与校准周期维护频率：＿___________________________校准方法：＿___________________________负责方：＿___________________________7、服务费用与支付方式总费用：＿___________________________支付方式：＿___________________________收费周期：＿___________________________11 引言本协议旨在规范柔性传感器在健康监测中的应用相关事宜，确保其有效、安全且合规地为用户提供健康监测服务。
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机器人柔性腕力传感器及其检测系统3王全玉1,王晓东2(1.北京理工大学信息学院,北京100081;2.大连理工大学微系统研究中心,辽宁大连116024)摘 要:介绍了一种集被动柔顺和力传感器于一身的机器人柔性腕力传感器,该传感器采用非接触式的光电检测装置进行位置/姿态变换的检测,检测准确度高,不易受到干扰,通过US B接口与计算机进行数据传输,接口方便。
关键词:机器人;柔性腕力传感器;检测;US B;位置敏感元件中图分类号:TP224 文献标识码:A 文章编号:1000-9787(2004)06-0030-04R obot compliant w rist force/torque sensor and its detecting systemW ANG Quan2yu1,W ANG X iao2dong2(1.Sch of info,B eijing I nstitute of T echnology,B eijing100081China;2.R esearch Center for MST,Dalian U niversity of T echnology,Dalian116024China)Abstract:A type of com pliant wrist force/torque sens or for robot combining passive com pliance with force sens or is introduced.N on2touch photoelectric measuring device is adopted for the change of position and pose signal detection.High accuracy is acquired with this inter ference2free detecting system.T rans ferring data via US B,the sens or is easy to connect with com puters.K ey w ords:rob ot;com pliant wrist force/torque sens or(C WFT C);Detection;US B;position sensitive detector(PS D)0 引 言机器人在作业过程中需要与周围环境接触,在接触的过程中往往存在力和速度的不连续的问题,柔性手腕能在机器人的末端操作器与环境接触时产生顺应变形,并且能够吸收机器人的定位误差[1]。
腕力传感器安装在机器人手臂和末端操作器之间,更接近力的作用点,受其它附加因素的影响较小,可以准确地检测末端操作器所受外力/力矩的大小和方向,为机器人提供力感信息,有效地扩展了机器人的作业能力。
机器人柔性腕力传感器将柔性手腕与腕力传感器有机地结合在一起,不但可以为机器人提供力/力矩信息,而且本身又是柔顺机构,可以产生被动柔顺,吸收机器人产生的定位误差,保护机器人、末端操作器和作业对象,提高机器人的作业能力。
在测力时由于变形较大,因而测量容易、放大电路简单、不易受干扰,可以为机器人的控制提供多种信息,因此,有很强的实用性和广阔的发展前景。
收稿日期:2004-01-083基金项目:国防科工委资助项目(16.10.3②)1 传感器的测量原理本文设计的柔性腕力传感器本体由固定体、移动体和连接二者的弹性体组成。
固定体和机器人的手腕连接,移动体和作业工具相连接。
弹性体采用矩形截面的弹簧,这种弹簧的线性关系较普通圆形截面弹簧好,并且径向和轴向的弹性比可以通过改变簧丝矩形截面的长宽比进行调节。
传感器在受到外力/力矩作用时,其弹性体产生弹性变形,变形的大小同所受的外力/力矩存在一定的关系。
一旦建立起这种关系,便可以反过来利用这种关系得到传感器所受的外力/力矩。
可见,在得到力/力矩信息之前必须先知道传感器的变形量。
柔性腕力传感器是利用测量弹性体在力/力矩的作用下产生的变形量来计算力/力矩的[2]。
由于它的弹性体变形量大,所以,柔性腕力传感器不能使用刚性腕力传感器的检测方法,本文采用光电非接触测量的方法进行力/力矩的检测。
03 传感器技术(Journal of T ransducer T echnology) 2004年第23卷第6期 传感器采用如图1所示的原理检测传感器的位置/姿态信息,传感器基本的传感单元包括1个红外发光二极管、1个狭缝和与之相垂直的线型位置敏感元件(PS D )。
内环上的红外发光二极管发出的光图1 柔性腕力传感器工作原理示意图Fig 1 Schem atic diagram of CWFTS ’s w orking theory经过狭缝后形成一个扇形的光平面,这个光平面垂直地照在固定体(外环)的PS D 上,PS D 能够检测到光点(光平面和线型PS D 的交点)的位置,6个这样的系统(互相间隔60°)安装在一个平面上,狭缝间隔地平行、垂直于这个平面形成6个光点。
这6个光点提供了确定内环位置/姿态的充分必要的信息,其对应关系为[3,4]β=a sin1-A 21+C 2z 5-z 4|z 5-z 4|α=a cos Acβz 6-z 5|z 6-z 5|γ=a sinAB +C1-B 2cβ1+C 2p x =DE -FH yDH x +GH yp y =o x x 2+o y y 2-a x tg αx 4-c βs αz 4+a x tg αp x -o x p xo y -a y tgαp z =a x x 4-a x p x -a y p ya z+z 4这里α,β,γ,p x ,p y ,p z 分别为内环相对外环的坐标变换,x 1,…,x 6,y 1,…,y 6,z 1,…,z 6为根据PS D 测定的光点位置得到的光平面与PS D 所在直线的交点在参考坐标系的坐标。
与6个PS D 的位置变化值为Δp 1,…,Δp 6存在一定的对应关系。
式中 A =3R4(z 24+z 25+z 26-z 4z 5-z 4z 6-z 5z 6)+9R2; B =3(z 5-z 6)(z 5-z 4)2z 24+z 25+z 26-z 4z 5-z 4z 6-z 5z 6z 5-z 4|z 5-z 4|; C =3A1-B 2(x 1-x 3)-B (x 1-2x 2+x 3)+3A B (y 1-y 3)+1-B 2(y 1-2y 2+y 3)3B (x 1-x 3)+A 1-B 2(x 1-2x 2+x 3)-31-B 2(y 1-y 3)+A B (y 1-2y 2+y 3); D =o y -a y tg α;E =(3n x +o x )x 1+(3n y +o y )y 1-(3n z +o z )z 4+3sec αa x tg βx 4-a x tg αx 4;F =o x x 2+o y y 2-a x tg αx 4-c βs αz 4;G =a x tg α-o x ; H x =(3n x +o x )+3sec αa x tg β-a x tg α; H y =(3n y +o y )+3sec αa y tg β-a y tg α.2 柔性腕力传感器的检测系统的设计2.1 系统的总体结构柔性腕力传感器的检测系统包括光源驱动、信息采集以及通讯接口等部分。
对该系统的设计要求主要为:(1)对位置信息敏感,分辨力高;(2)系统精巧,减少对传感器动态特性的影响;(3)系统响应速度快;(4)能够完成位置和力信息的计算,以减轻通讯的负担;(5)有比较强的通讯能力,接受外部的控制并将位置和力信息提供给外部,数据传输速度快。
根据上述要求设计的柔性腕力传感器的控制系统框图如图2所示。
位置/姿态信息的变化由红外二极管和PS D 进行传感,信号的采集、位置/姿态和力/力矩的计算由单片计算机完成。
位置/姿态和力/力矩的信息通过US B 接口向PC 机传输,传感器还可以根据PC 机的要求直接将PS D 的位置信息传输给计算机,供PC 机进行更精确、更灵活的计算。
13第6期 王全玉等:机器人柔性腕力传感器及其检测系统 图2 检测系统的总体结构Fig 2 Architecture of detecting system2.2 系统的硬件设计系统硬件主要包括位置敏感元件、信号调理部分、模数转换部分、数模转换部分、数据缓冲部分、US B 接口和单片机控制部分。
(1)PS DPS D 是一种基于横向光电效应的硅光电器件,PS D 器件通过输出模拟电流信号来反映照射在其敏感面上光点的位置,具有分辨力高、信号检测处理电路简单、响应速度快等优点。
其结构如图3所示,在其两边各有一个信号输出电极,基地的公共电极用来加偏置电压。
当光束照射在感光面上某一点时,就会产生横向光电效应,由于光电效应产生一定的光生电流,又由于横向电动势的存在,使光生电流I 1和I 2分别流向两端输出电极,显然,I 1+I 2=I 0,I 1和I 2的分流关系取决于入射光点位置到两电极的等效电阻。
图3 PSD 的结构Fig 3 Structru al diagram of PSD 简化的PS D 等效电路如图4所示,则有I 1I 2=R 2R 1=L -xL +x.图4 PSD 等效电路Fig 4 Equivalent circuit of PSD 可见,可以利用PS D 的这一特性来检测入射光的位置。
当入射光点位置不变时,单个电极的输出电流与入射光强成正比。
实验表明:PS D 敏感表面被未经聚焦的光束照射时,输出所反映的位置与经聚焦光束照射时输出所反映的位置是一致的。
光斑大小对PS D 的非线性没有影响,只有在PS D 内部不均匀时,当光斑直径较大时,由于平均效果,才可能降低非线性。
所以,经狭缝形成的发光二极管的光平面的厚度对位置检测不会产生影响。
(2)采样电路模数转换采用ADC12L066,它是一种单片集成电路C MOS 的12位模数转换器,该转换器采用一种具有数字错误更正的差分管道和一种内置的采样与保持电路,这一独特的采样和保持阶段可达到450MH z 的全功率带宽,实现较好的动态性能。
在66MSPS 的情况下包括参考电流仅消耗357mW ,这种低功耗对于解决传感器的散热问题有利。
系统采用多路开关实现对6个PS D 的12路信号采集。
放大电路采用两级放大的方式,第一级位于多路开关之前,把PS D 的电流信号转换成电压信号,减小信号的衰减,提高电路的抗干扰能力;第二级位于多路开关之后,用来放大电压,将电压反向(为了尽可能地减小电路的冗余,第一级电路放大后的信号为负值,反向器放在多路开关之后)。