2机器人多感知技术-接近觉学习资料
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另一种方法是把电容元件作为受连续参考正弦波驱动 的电路的一部分，电容的变化引起参考信号和来自电 容元件的信号之间的相移，相移正比于电容的变化， 因此可用来检测接近程度。
2020/7/16
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2.2 电容式接近传感器
距离超过数毫米时，灵敏 度急剧下降；
响应曲线的形状与被测物 体的材料有关；
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2.3 超声接近觉传感器
超声波探测原理比较简单，一般是采用时间度越法。
ｄ=ｃΔt／2
其中ｃ（Ｔ的函数）为超声波波速，Ｔ为环境摄氏温度。
超声波传感器主要用途： （1）实时地检测自身所处空间的位置，用以进行自定位； （2）实时地检测障碍物，为行动决策提供依据； （3）检测目标姿态以及进行简单形体的识别； （4）用于导航目标跟踪。
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2.1 感应式接近传感器
霍尔效应传感器的工作 依赖作用于在磁场中运 动的带电粒子上的洛仑 兹力。
该力作用在由带电粒子 的运动方向和磁场方向 所形成平面的垂直轴线 上。
洛仑兹力
若将铁磁体靠近这个由半导体和磁铁 组成的器件，将会使磁场强度降低。 洛仑兹力下降，半导体两端的电压减 小。
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2.3 超声接近觉传感器
前面讨论的接近传感器的响 应和被测物体的材料密切相 关
使用超声接近觉传感器可进 行比较精确的距离测量，并 且对材料的依赖性大为降低
人耳能听到的声波频率在 20~20000Hz之间，超过 20000Hz的声波称为超声波。
超声波的特点：频率高、波长短、绕射小，方向性好、能 成为射线而定向传播
2机器人多感知技术-接近觉
第二章 接近觉传感器
接近觉传感器采用的原理：
接近觉传感器根据下同的工作原 理有多种实现方式。 光反射式接近觉传感器 感应式接近觉传感器 超声波接近传感器
2020/7/16
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2.1 感应式接近传感器
一、感应线圈
人们用得最为广泛的 工业接近觉传感器， 依据的是金属物体接 近感应式接近觉传感 器引起的电感变化。
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2.3 超声接近传感器
多个超声波传感器组成 线阵或面阵形成多传感器
2020/7/16
MDARS-E型室外保安机器人
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2.3 超声接近传感器
二、信号分析
A控制发射的门信号
B为输出信号及其回 波信号
C发射和接收信号整 形后的脉冲
D时间窗
积分值小于特定的阈值时，二值信号输出为低电位；超过该阈值时，二 值信号输出为高电位
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2.1 感应式接近传感器
二、霍尔效应传感器
霍尔效应指的是金属或半导体片置于磁场中，当有电流流过时， 在垂直于电流和磁场的方向上产生电动势。
霍尔传感器单独使用时，只能检测有磁性物体。当与永久磁体以 图示的结构形式联合使用时，可以用来检测所有的铁磁物体。
磁通量的变化将感应 一个电压脉冲，其幅 值和形状正比于磁通 量的变化率。
在线圈的输出观测到 的电压波形可作为接 近觉传感的有效手段。
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2.1 感应式接近传感器
随着距离的增加，传感器的灵敏度急剧下降，其有效作用距离仅为几分 之一毫米。
存在相对运动时才会产生输出波形，计输出波形积分便可产生二值信号
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2.3 超声接近传感器
一、结构
基本元件为电声变换器：压 电陶瓷变换器或用PVDF材 料制作
树脂层用来保护变换器；也 起声阻抗器的作用
同一变换器既用于发射又用 于接收，
被检测物体距离较小时，需 要声能很快衰减
壳体的设计应能形成一狭窄 的声束，以实现有效的能量 传送和信号定向
E为D为高电位时接收 到回波的信号，A
中发射脉冲的尾部 E回到低电位
F为二值输出，E上升 沿F置1、E为0并A 出现脉冲时F清0
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2.4 光接近觉传感器
根据光波从发射到接收的传播过程中所受到的影 响来检测物体的接近程度。 特点： 速度快 抗干扰强 测量点小 适用范围广 测量原理： 三角测量原理 光强调制原理 相位调整原理
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2.1 感应式接近传感器
使用半导体材料，有若干优点： 体积小 耐用 抗电气干扰性好 可将放大和检测电路直接集成在传感器上 体积小 降低成本。
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2.2 电容式接近传感器
感应式接近觉传感器只能检测铁磁材料 电容传感能够检测所有固体和液体材料 电容传感器工作基于检测物体表面靠近传感元件时的电容
变化
敏感元件为电容器，它由传感电极和参考电极组成
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2.2 电容式接近传感器
根据电容的变化检测接近程度的电子学方法有若干 种：
将电容器作为振荡电路的一部分，设计成只有当传感 器的电容值超过某一预定阈值时才产生振荡。然后， 将起振转换成一输出电压，用以表示物体的出现；该 方法给出二值输出，其触发灵敏度取决于阈值。
通常，这种传感器以二值 方式工作。
按照阈值所规定的检测界 限，电容的变化大于阈值， 表明有物体出现；而当电 容变化低于阈值时，表示 没有物体出现。
wenku.baidu.com
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2.2 电容式接近传感器
右表为Turck 公司的CP40 型传感器(直 径40mm)的 性能指标
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2.4 光接近觉传感器
1. 基于三角测量原理
基本原理是平面三角几何。 物体移动时，因像点相应移动， 求出位移量。 根据光束与被测物面的夹角不同， 分为斜射和直射两种方法。 斜射法精度较高。 直射法光斑小、光强集中、受干 扰引起的误差小、结构紧凑，机器 人上应用较多。 德国E.Ersu在研究报告表明，探 测范围50～300mm，在100mm时， 精度为0.5％。
电压的降低是感知接近程度的关键。
对传感器设置一电压阈值便可作出是 否有物体接近的二值判定。
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2.1 感应式接近传感器
由于霍尔元件产生的电势差很小，故通常将霍尔元件与放 大器电路、温度补偿电路及稳压电源电路等集成在一个芯 片上，称之为霍尔传感器。
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距离超过数毫米时，灵敏 度急剧下降；
响应曲线的形状与被测物 体的材料有关；
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2.3 超声接近觉传感器
超声波探测原理比较简单，一般是采用时间度越法。
ｄ=ｃΔt／2
其中ｃ（Ｔ的函数）为超声波波速，Ｔ为环境摄氏温度。
超声波传感器主要用途： （1）实时地检测自身所处空间的位置，用以进行自定位； （2）实时地检测障碍物，为行动决策提供依据； （3）检测目标姿态以及进行简单形体的识别； （4）用于导航目标跟踪。
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2.1 感应式接近传感器
霍尔效应传感器的工作 依赖作用于在磁场中运 动的带电粒子上的洛仑 兹力。
该力作用在由带电粒子 的运动方向和磁场方向 所形成平面的垂直轴线 上。
洛仑兹力
若将铁磁体靠近这个由半导体和磁铁 组成的器件，将会使磁场强度降低。 洛仑兹力下降，半导体两端的电压减 小。
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2.3 超声接近觉传感器
前面讨论的接近传感器的响 应和被测物体的材料密切相 关
使用超声接近觉传感器可进 行比较精确的距离测量，并 且对材料的依赖性大为降低
人耳能听到的声波频率在 20~20000Hz之间，超过 20000Hz的声波称为超声波。
超声波的特点：频率高、波长短、绕射小，方向性好、能 成为射线而定向传播
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第二章 接近觉传感器
接近觉传感器采用的原理：
接近觉传感器根据下同的工作原 理有多种实现方式。 光反射式接近觉传感器 感应式接近觉传感器 超声波接近传感器
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一、感应线圈
人们用得最为广泛的 工业接近觉传感器， 依据的是金属物体接 近感应式接近觉传感 器引起的电感变化。
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多个超声波传感器组成 线阵或面阵形成多传感器
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2.3 超声接近传感器
二、信号分析
A控制发射的门信号
B为输出信号及其回 波信号
C发射和接收信号整 形后的脉冲
D时间窗
积分值小于特定的阈值时，二值信号输出为低电位；超过该阈值时，二 值信号输出为高电位
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2.1 感应式接近传感器
二、霍尔效应传感器
霍尔效应指的是金属或半导体片置于磁场中，当有电流流过时， 在垂直于电流和磁场的方向上产生电动势。
霍尔传感器单独使用时，只能检测有磁性物体。当与永久磁体以 图示的结构形式联合使用时，可以用来检测所有的铁磁物体。
磁通量的变化将感应 一个电压脉冲，其幅 值和形状正比于磁通 量的变化率。
在线圈的输出观测到 的电压波形可作为接 近觉传感的有效手段。
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2.1 感应式接近传感器
随着距离的增加，传感器的灵敏度急剧下降，其有效作用距离仅为几分 之一毫米。
存在相对运动时才会产生输出波形，计输出波形积分便可产生二值信号
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2.3 超声接近传感器
一、结构
基本元件为电声变换器：压 电陶瓷变换器或用PVDF材 料制作
树脂层用来保护变换器；也 起声阻抗器的作用
同一变换器既用于发射又用 于接收，
被检测物体距离较小时，需 要声能很快衰减
壳体的设计应能形成一狭窄 的声束，以实现有效的能量 传送和信号定向
E为D为高电位时接收 到回波的信号，A
中发射脉冲的尾部 E回到低电位
F为二值输出，E上升 沿F置1、E为0并A 出现脉冲时F清0
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2.4 光接近觉传感器
根据光波从发射到接收的传播过程中所受到的影 响来检测物体的接近程度。 特点： 速度快 抗干扰强 测量点小 适用范围广 测量原理： 三角测量原理 光强调制原理 相位调整原理
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2.2 电容式接近传感器
感应式接近觉传感器只能检测铁磁材料 电容传感能够检测所有固体和液体材料 电容传感器工作基于检测物体表面靠近传感元件时的电容
变化
敏感元件为电容器，它由传感电极和参考电极组成
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2.2 电容式接近传感器
根据电容的变化检测接近程度的电子学方法有若干 种：
将电容器作为振荡电路的一部分，设计成只有当传感 器的电容值超过某一预定阈值时才产生振荡。然后， 将起振转换成一输出电压，用以表示物体的出现；该 方法给出二值输出，其触发灵敏度取决于阈值。
通常，这种传感器以二值 方式工作。
按照阈值所规定的检测界 限，电容的变化大于阈值， 表明有物体出现；而当电 容变化低于阈值时，表示 没有物体出现。
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2.2 电容式接近传感器
右表为Turck 公司的CP40 型传感器(直 径40mm)的 性能指标
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2.4 光接近觉传感器
1. 基于三角测量原理
基本原理是平面三角几何。 物体移动时，因像点相应移动， 求出位移量。 根据光束与被测物面的夹角不同， 分为斜射和直射两种方法。 斜射法精度较高。 直射法光斑小、光强集中、受干 扰引起的误差小、结构紧凑，机器 人上应用较多。 德国E.Ersu在研究报告表明，探 测范围50～300mm，在100mm时， 精度为0.5％。
电压的降低是感知接近程度的关键。
对传感器设置一电压阈值便可作出是 否有物体接近的二值判定。
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2.1 感应式接近传感器
由于霍尔元件产生的电势差很小，故通常将霍尔元件与放 大器电路、温度补偿电路及稳压电源电路等集成在一个芯 片上，称之为霍尔传感器。
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