机器人传感器

机器人传感器技术

作者指导教师

摘要：随着这些系统能力的增强，作为信息采集系统的前端单元，传感器的作

用越来越重要。传感器已成为自动化系统和机器人技术中的关键部件，作为系统中的一个结构组成，其重要性变得越来越明显。机器人传感器由普通的人类5大感觉器官：视觉嗅觉触觉听觉味觉向特殊的传感器发展如呼吸传感器、电极传感器。传感器的应用领域从工业、医疗、科学等涉及到生活的方方面面。

关键词：传感器：视觉：嗅觉：触觉：呼吸传感器：电极传感器

Robot Sensor Technology

Wang Lin Wang Xiaoxuan of instructor

Abstract:With the increased ability of these systems as front-end data acquisition system and sensors, an increasingly important role. Automation systems and sensors has become a key component in robotics as a system of composition, its importance is becoming increasingly apparent. Robot Sensor Top 5 by ordinary human sensory organs: visual hearing taste smell touch sensors to the development of special sensors, such as respiration and electrode sensors. Sensor applications in areas ranging from industrial, medical and science related to all aspects of life.

Keywords:Sensors: Vision: Smell: Tactile: Respiratory Sensors: electrode sensor

前言：目前，全球的传感器市场在不断变化的创新之中呈现出快速增长的趋势。传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高，各国将竞相加速新一代传感器的开发和产业化，竞争也将日益激烈。

最广义地来说，传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。国际电工委员会(IEC:International Electrotechnical Committee)的定义为：“传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号”。按照Gopel等的说法是：“传感器是包括承载体和电路连接的敏感元件”，而“传感器系统则是组合有某种信息处理(模拟或数字)能力的传感器”。传感器是传感器系统的一个组成部分，它是被测量信号输入的第一道关口。

信息处理技术取得的进展以及微处理器和计算机技术的高速发展，都需要在传感器的开发方面有相应的进展。微处理器现在已经在测量和控制系统中得到了广泛的应用。随着这些系统能力的增强，作为信息采集系统的前端单元，传感器的作用越来越重要。传感器已成为自动化系统和机器人技术中的关键部件，作为系统中的一个结构组成，其重要性变得越来越明显。

图1 传感器系统的框图

传感器系统的框图示于图1，进入传感器的信号幅度是很小的，而且混杂有干扰信号和噪声。为了方便随后的处理过程，首先要将信号整形成具有最佳特性的波形，有时还需要将信号线性化，该工作是由放大器、滤波器以及其他一些模拟电路完成的。在某些情况下，这些电路的一部分是和传感器部件直接相邻的。成形后的信号随后转换成数字信号，并输入到微处理器。

1.传统机器人传感器的发展

各种物理效应和工作机理被用于制作不同功能的传感器。传感器可以直接接触被测量对象，也可以不接触。用于传感器的工作机制和效应类型不断增加，其包含的处理过程日益完善。常将传感器的功能与人类5大感觉器官相比拟：化学

传感器——味觉，声敏传感器——听觉其应用领域较为有限不作介绍；

1.1激光传感器——视觉;

先进的激光在线检测系统在汽车制造中不同领域的应用，在某种程度上改变了汽车制造中的某些传统工艺流程，它对于推动汽车制造业的发展有着及其重要意义。

车身的关键尺寸主要是风挡玻璃窗尺寸、车门安装处棱边位置、定位孔位置及各分总成的位置关系等，因此视觉传感器主要分布于这些位置附近，测量其相应的棱边、孔、表面的空间位置尺寸等，一般为固定式测量系统。在生产线上设计一个测量工位，将定位好后的车身置于一框架内，框架由纵、横分布的金属柱、杆构成，可根据需要在框架上灵活安装视觉传感器。传感器的数量通常由被测点的数量来确定，同时根据被测点的形式不同，传感器通常又分为双目立体视觉传感器、轮廓传感器等多种类型。

1.1.1工作原理

在实际应用中，通常是将多个视觉传感器组成一个视觉检测站，每个传感器首先计算出被测点在当前的传感器坐标系中的坐标，然后将所有视觉传感器坐标系汇聚在系统坐标系下，从而完成测量。系统的工作主要建立在摄像机模型和立体视觉传感器三维测量模型的基础上。为了得到被测点在车身定位坐标系中的坐标，需要以标准坐标系为中介，把被测点在传感器坐标系中的坐标转换到被测点在车身定位坐标系中，这就需要把传感器坐标系、车身定位坐标系与标准坐标系统一起来，称为中介坐标统一法。

完成上述工作是通过局部标定和全局标定的过程来实现的。局部标定是利用透镜透视原理，标定出从世界坐标系到传感器三维坐标系的12个外部参数；全局标定采用的是中介坐标系方案（图2），通过采用靶标，求出测量传感器所对应的传感器坐标系到经纬仪坐标系的转换矩阵，完成坐标系的统一。

图2 全局标定示意图

1.1.2先进的数字控制系统

激光视觉检测系统采用先进的CBVM测控软件，可以通过图形化的操作界面实现检测站的所有功能，即使不熟练的操作者也可以方便使用。同时，数据管理与分析软件负责测量数据的管理以及完成局域网用户对测量数据的查询和分