第四章机器人的感觉

5.2 触觉信息的获取
1.接触觉传感器 接触觉传感器：探测是否接触到物体，传感器接 受由于接触产生的柔量。 微动开关：按下开关就能进入电信号的简单机构。 猫胡须传感器：如图a,b
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5.2 触觉信息的获取
2.压觉传感器 压觉传感器：检测物体同手爪间产生的压力和力 以及其分布情况。 利用压电元件或弹簧。 如图是使用弹簧的平 面传感器。
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5.1 传感器的种类
2.内部状态的感觉 （1）位置和角度传感器 典型的传感器是电位计。检测的是以电阻中 心为基准位置的移动距离。
L ( 2e E ) E
E：输入电压 L：最大移动距离触头 X：向左端移动的距离 e：电阻右侧的输出电压
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d t an 1 x t an / f d t an X t an f / x d y t an Y f x t an Z
θ：激光的照射角度。 d :透镜中心同光源间的距离。 XYZ:P的三维位置。
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5.4 距离信息的获取
2.投光法 （2）狭缝光 ： 原理如5.3.4节 （3）符号化光： 如图
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5.4 距离信息的获取
2.投光法
投光法：采用主动光照射对象物体，用摄像机把 照射点捕捉到图像上，再用三角测量算出距离。 例：测距计：一种把双目视觉一侧的摄像机置换 成投光机的装置。一般以激光为光源。
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5.4 距离信息的获取
2.投光法 （1）点光源
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5.2 触觉信息的获取
3.滑觉传感器 滑觉传感器：检测垂直加压力方向的力和位移。
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5.2 触觉信息的获取
4.力觉传感器 力觉传感器主要利用电阻 应变片。 原理：金属丝拉伸时电阻 变大。
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5.2 触觉信息的获取
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5.3 视觉信息的获取
2.视觉传感器 （2）图像的投影。
x fX fY ,y Z Z
O ：原点，透镜中心。 Z轴：光轴，摄像机的前方。 xy轴：组成图像面。 P点：物体上一点。 p点：P在图像面上的投影。
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5.3 视觉信息的获取
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5.3 视觉信息的获取
5.全方位视觉传感器 （1）使摄像机回转的方式。 （2）带有特殊反射镜的摄像机。（如图）
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5.3 视觉信息的获取
5.全方位视觉传感器 镜面方程表达式：
( X 2 Y 2 ) a 2 Z 2 b2 1
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5.1 传感器的种类
3.外部状况的感觉 （6）其他传感器 利用声波：语音识别传感器。分析振动声音探 测机械故障的点传感器。 热传感器：点检传感器。 通过分析敲打的声音测定果品成熟程度的传感 器。 根据近红外线的糖度吸收程度测定水果甜度的 传感器
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5.1 传感器的种类
2.内部状态的感觉 （1）位置和角度传感器 另有光电传感器。
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5.1 传感器的种类
2.内部状态的感觉 (2)角度传感器： 回转式编码器。
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5.1 传感器的种类
3.外部状况的感觉 （1）物体识别传感器 典型的是视觉传感器。如摄像机。视觉是利用 光（机器人可用红外线等）的非接触方式。 触觉也能识别物体。机器人可以用触觉传感器 来实现这种机能。
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5.1 传感器的种类
3.外部状况的感觉 （2）物体探测传感器 视觉传感器是一种识别物体而且知道其存在的 传感器。 例如光电开关。 视觉传感器、光电开关和超声波传感器，即使 物体较远也能探测其存在。
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5.1 传感器的种类
3.外部状况的感觉 （3）极近物体探测传感器 探测非常近的物体存 在的传感器称为接近传感 器。
H d tan
α :狭缝光源的俯角。 2d :投射在物体上的两直线光 源间的距离。 LWH:分别是物体的长宽高。
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5.3 视觉信息的获取
W w cos
l L cos W sin
θ：物体与传送带所成的角度。 W：物体上照射线的长度。 l：物体在传送带上所占的长度。
P ：空间内一点。 p ：P在摄像机上所成的像。 OM：反射镜的一个焦点。 OC：反射镜的另一个焦点。 O ：坐标原点。 f ：摄像机透镜的焦距。 α : 直线OM P的仰角。 γ ：反射镜面反射光的仰角。
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5.3 视觉信息的获取
5.全方位视觉传感器
t an Z Y y X x f x2 y2 (b 2 c 2 ) sin 2bc (b 2 c 2 ) cos
x 1 L I1
I2
L ：电极1与电极2的距离。 I1：流过电极1的电流。 I2：流过电极2的电流。 X：光照射点与电极1的距离。
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5.3 视觉信息的获取
2.视觉传感器 机器人通过摄像机以图像的形式获得环境的信息。 （1）CCD(charge coupled device)传感器。 CCD阵列，二维扫描，对表示灰度的电压采样， 二值数字化处理。每一定时间间隔扫描一遍。
图中电压与电流关系：
V (2 R R) I1 2 RI2 V1 ( R R) I1;V2 RI2
则：
V R V V1 V2 4R
所以：
R 4 RV V
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5.3视觉信息的获取
1.PSD（position sensitive device）传感器 PSD传感器：当光束照射到1维的线和2维的平面时， 检测光照射的位置。
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5.1 传感器的种类
3.外部状况的感觉 （4）距离传感器 摄像机做距离传感器。具体留待5.4节介绍。
超声波做距离传感器。可用于鱼群探测、金属 内部探伤等方面。
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5.1 传感器的种类
3.外部状况的感觉 （5）力觉传感器 力觉传感器是检测力和力矩的施加地点大小方 向三个量的传感器。 力的检测主要是用电阻应变片（参看5.2节）。
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5.1 传感器的种类
1.传感器的分类 内部传感器：检测机器人本身状态（手臂间角度 等）的传感器。 外部传感器：检测机器人所处环境（是什么物体， 离物体的距离有多远等）及状况（抓取的物体滑落等） 的传感器。 外部传感器分为末端执行器传感器和环境传感器。 末端执行器传感器：主要装在作为末端执行器的 手上，检测处理精巧作业的感觉信息。相当于触觉。 环境传感器：用于识别物体和检测物体与机器人 的距离。相当于视觉。
3.形状传感器
（1）利用CCD摄像机拍摄穿透光。热噪声的干扰。 透明物体不能准确识别。 （2）若形状有特征，可用轮廓识别物体。 例：由手印鉴别每个人。 由形状识别机械零件。
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5.3 视觉信息的获取
4.光切断传感器 将通过狭缝照射的面状光投射到物体上，再检测 反射光。
X 2 Y 2 t an c
t an1 t an
1
θ：点p也是点P的方位角
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5.4 距离信息的获取
1.双目视觉 由于视差得到距离感觉。
O1 ：摄像机1的透镜中心。 O2 ：摄像机1的透镜中心。 P ：空间一点。 p1 ：P在摄像机1上的图像。 p2 ：P在摄像机1上的图像。