新型传感器第七章优秀课件
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u有和人类的五官对应的功能: 能安装在机器人 上
n传感器的信号获取与处理过程：
u信号获取→信号处理→信号提取→数据解释等几个层次 的处理；
u并非所有传感器的信号处理都要经过这四个 全过程；
u如视觉和高密度压觉传感器一般需经过③和④的 的过程；
u位置、接近觉和压觉等传感器仅经过②过程； u接触觉传感器多半是经过①过程。
气体传感器、射线传感器
离 子 敏 传 感 器 、 ph 计
应
用
物体识别、判断
移动控制
位置决定、控制
检查，异常检测
判断对象有无
物料识别，颜色选择
控制速度、位置，姿态确定
控制握力，识别握持物体
张力控制，指压控制
姿态、形状判别
装配力控制
控制手腕，伺服控制双向力
修正握力，测量重量或表面特征
作业程序控制
路径搜索、控制，避障
第二代：采用传感器
第三代：电脑化 三、应用
第一节 机器人传感器功能与分类
n机器人传感器的特点是：
u 对敏感材料的柔性和功能有特定要求: 因此，机器人传感 器既包括传感器本身，也包含传感器的信号处理。它由获 取信息和处理信息两部分有机地构成。
u获取的信息实时地用于控制: 用以决定机器人的行 动。 u有别于其它种类的传感器: 机器人传感器信息收集能力 强, 既能获取信息，又紧随环境状态进行大幅度变化。
3）、为移动机器人进行导航。
4、人眼的立体视觉
n人的双眼从不同的方位获取同一景物的信息，各自 得到关于景物的二维图像，这左右两幅图像有着微小 的区别，这种区别就叫做视差。
n人的大脑通过对左右两幅图 像、以及两幅图像的视差进行 分析和处理后，可以得到关于 景物的光亮度、形状、色彩、 空间分布等等信息。
1、激光扫描法 n结构分析。 n根据发射光线的空间角度β和反 射光线空间角度α，以及发射源与 电视摄像机之间的相对位置b的几 何关系，就可以确定反射点的空 间坐标Z：
tgαl ) × tgα= x × ( Z + Ll ) / Lf MOlaser = Z×ctgβ
平衡，位置控制
语音识别、人机对话
移动控制
化学成分分析
化学成分分析
第二节 机器人视觉传感器 一、人眼与视觉
人的80%以上的外界信息通过视觉所获取。对于机器 人来说，视觉传感器也是最重要的传感器。
1、 人眼的结构
n 眼球壁： 外层（角膜、巩膜） 中层（虹膜、睫状体、脉络膜） 内层（视网膜）
n 屈光系统： 角膜、房水、睫状肌、晶状体
机器人传感器的分类及应用
传感器 视觉
触觉
接近觉 听觉 嗅觉 味觉
检测对象 空间形状 距离 物体位置 表面形态 光亮度 物体颜色 接触 握力 负荷 压力大小 压力分布 力矩 滑动 接近程度 接近距离 倾斜度 声音 超声 气体成分 气体浓度 味道
传感器装置 面 阵 CCD、 SSPD、 TV 摄 像 机 激光、超声测距 PSD、 线 阵 CCD 面 阵 CCD 光电管、光敏电阻 色 敏 传 感 器 、 彩 色 TV 摄 像 机 微型开关、光电传感器 应变片、半导体压力元件 应变片、负载单元 导电橡胶、感压高分子元件 应变片、半导体感压元件 压阻元件、转矩传感器 光电编码器、光纤 光敏元件、激光 光敏元件 超声换能器、电感式传感器 麦克风 超声波换能器
新型传感器第七章
概述
一、机器人与传感器 机器人定义：由计算机控制的能模拟人的感觉、手工操纵 的和具有自动行走能力的而又足以完成有效工作的装置。
机器人传感器定义：能把机器人目标物特性（或参量）变 换为电量输出的装置。机器人通过传感器实现类似于人类 的知觉作用。
二、机器人的发展
第一代：机械手--------未采用传感器
n双眼注视无穷远的点，该点 与双目的夹角θ= 0，无穷远的 点经水晶体成的像都落在左右 眼的黄斑处；
n当双眼注视着有限距离点B点时， B在视网膜上的像也落在左右眼的 黄斑位置B1和Br。
nB点相对于左右眼的两视线 的夹角O1BOr称作视差角，用 θb表示。 n为了观看物点B，眼睛将偏转一定量的 会聚角φ，显然，θb = 2φ。
n 感光系统： 视网膜、视神经、视中枢
n 眼球的构造类似一台照相机： 屈光系统＝镜头、感光系统＝底片
2、人的视觉功能 1）、立体感觉能力 2）、测定物体大小及其所在位置远近的能力。 3）、自动跟踪和观察运动目标对象的能力。 4）、人的视神经有快速接受和传输视觉信息的能力 5）、感觉色彩的能力。
3、机器人视觉系统主要应用
OM + MOlaser = b
n综合上式计算得： Z = ( b Lf – x L l ) /( x + L f tgβ)
A点的另外两个坐标值： X = x ( b tgβ+ Ll ) / ( x tgβ+Lf )
Y = y ( b tgβ+ Ll ) / ( x tgβ+Lf )
n机械扫描装置把激光光束投向景物 空间，按照一定的顺序对景物空间进 行二维扫描，即可得到景物空间各点 的距离信息。
1）、用视觉进行产品检验，代替人的目检。包括： 形状检验棗检查和测量零件的几何尺寸。形状和位置； 缺陷检验检查零件是否损坏，划伤；齐全检验棗检查 部件上的零件是否齐全。
2）、在机器人进行装配、搬运等工作时，用视觉系 统对一组需装配的零、部件逐个进行识别，并确定它 在空间的位置和方向，引导机器人的手准确地抓取所 需的零件，并放到指定位置，完成分类、搬运和装配 任务。
n传感器的分类：
u内部检测传感器：以机器人本身的坐标轴来确定其 位置，用来感知运动学参数。通过内部检测传感器， 机器人可以了解自己的工作状态，调整和控制自己按 照一定的位置、速度、加速度、压力和轨迹等进行工 作。
u 外部检测传感器：用于获取机器人周围环境或 者目标物状态特征的信息，是机器人与周围进 行交互工作的信息通道。其功能是让机器人对 环境有自校正和自适应能力，很好地执行工作。 接近觉、视觉、听觉、嗅觉、味觉等传感器。
nB相对于人眼的距离Z b为： Zb = b / tgφ n空间中任意一点A的左右像点分别为 A1和A r ，设线视差分别为Δl 、Δr。 A点在左、右眼上的线视差为：
n 线视差是描述物点在空间中位置的重要参数，在机 器人立体视觉中，视差也是一个十分重要的判定景 物空间分布的因素之一。
二、机器人视觉方法
n传感器的信号获取与处理过程：
u信号获取→信号处理→信号提取→数据解释等几个层次 的处理；
u并非所有传感器的信号处理都要经过这四个 全过程；
u如视觉和高密度压觉传感器一般需经过③和④的 的过程；
u位置、接近觉和压觉等传感器仅经过②过程； u接触觉传感器多半是经过①过程。
气体传感器、射线传感器
离 子 敏 传 感 器 、 ph 计
应
用
物体识别、判断
移动控制
位置决定、控制
检查，异常检测
判断对象有无
物料识别，颜色选择
控制速度、位置，姿态确定
控制握力，识别握持物体
张力控制，指压控制
姿态、形状判别
装配力控制
控制手腕，伺服控制双向力
修正握力，测量重量或表面特征
作业程序控制
路径搜索、控制，避障
第二代：采用传感器
第三代：电脑化 三、应用
第一节 机器人传感器功能与分类
n机器人传感器的特点是：
u 对敏感材料的柔性和功能有特定要求: 因此，机器人传感 器既包括传感器本身，也包含传感器的信号处理。它由获 取信息和处理信息两部分有机地构成。
u获取的信息实时地用于控制: 用以决定机器人的行 动。 u有别于其它种类的传感器: 机器人传感器信息收集能力 强, 既能获取信息，又紧随环境状态进行大幅度变化。
3）、为移动机器人进行导航。
4、人眼的立体视觉
n人的双眼从不同的方位获取同一景物的信息，各自 得到关于景物的二维图像，这左右两幅图像有着微小 的区别，这种区别就叫做视差。
n人的大脑通过对左右两幅图 像、以及两幅图像的视差进行 分析和处理后，可以得到关于 景物的光亮度、形状、色彩、 空间分布等等信息。
1、激光扫描法 n结构分析。 n根据发射光线的空间角度β和反 射光线空间角度α，以及发射源与 电视摄像机之间的相对位置b的几 何关系，就可以确定反射点的空 间坐标Z：
tgαl ) × tgα= x × ( Z + Ll ) / Lf MOlaser = Z×ctgβ
平衡，位置控制
语音识别、人机对话
移动控制
化学成分分析
化学成分分析
第二节 机器人视觉传感器 一、人眼与视觉
人的80%以上的外界信息通过视觉所获取。对于机器 人来说，视觉传感器也是最重要的传感器。
1、 人眼的结构
n 眼球壁： 外层（角膜、巩膜） 中层（虹膜、睫状体、脉络膜） 内层（视网膜）
n 屈光系统： 角膜、房水、睫状肌、晶状体
机器人传感器的分类及应用
传感器 视觉
触觉
接近觉 听觉 嗅觉 味觉
检测对象 空间形状 距离 物体位置 表面形态 光亮度 物体颜色 接触 握力 负荷 压力大小 压力分布 力矩 滑动 接近程度 接近距离 倾斜度 声音 超声 气体成分 气体浓度 味道
传感器装置 面 阵 CCD、 SSPD、 TV 摄 像 机 激光、超声测距 PSD、 线 阵 CCD 面 阵 CCD 光电管、光敏电阻 色 敏 传 感 器 、 彩 色 TV 摄 像 机 微型开关、光电传感器 应变片、半导体压力元件 应变片、负载单元 导电橡胶、感压高分子元件 应变片、半导体感压元件 压阻元件、转矩传感器 光电编码器、光纤 光敏元件、激光 光敏元件 超声换能器、电感式传感器 麦克风 超声波换能器
新型传感器第七章
概述
一、机器人与传感器 机器人定义：由计算机控制的能模拟人的感觉、手工操纵 的和具有自动行走能力的而又足以完成有效工作的装置。
机器人传感器定义：能把机器人目标物特性（或参量）变 换为电量输出的装置。机器人通过传感器实现类似于人类 的知觉作用。
二、机器人的发展
第一代：机械手--------未采用传感器
n双眼注视无穷远的点，该点 与双目的夹角θ= 0，无穷远的 点经水晶体成的像都落在左右 眼的黄斑处；
n当双眼注视着有限距离点B点时， B在视网膜上的像也落在左右眼的 黄斑位置B1和Br。
nB点相对于左右眼的两视线 的夹角O1BOr称作视差角，用 θb表示。 n为了观看物点B，眼睛将偏转一定量的 会聚角φ，显然，θb = 2φ。
n 感光系统： 视网膜、视神经、视中枢
n 眼球的构造类似一台照相机： 屈光系统＝镜头、感光系统＝底片
2、人的视觉功能 1）、立体感觉能力 2）、测定物体大小及其所在位置远近的能力。 3）、自动跟踪和观察运动目标对象的能力。 4）、人的视神经有快速接受和传输视觉信息的能力 5）、感觉色彩的能力。
3、机器人视觉系统主要应用
OM + MOlaser = b
n综合上式计算得： Z = ( b Lf – x L l ) /( x + L f tgβ)
A点的另外两个坐标值： X = x ( b tgβ+ Ll ) / ( x tgβ+Lf )
Y = y ( b tgβ+ Ll ) / ( x tgβ+Lf )
n机械扫描装置把激光光束投向景物 空间，按照一定的顺序对景物空间进 行二维扫描，即可得到景物空间各点 的距离信息。
1）、用视觉进行产品检验，代替人的目检。包括： 形状检验棗检查和测量零件的几何尺寸。形状和位置； 缺陷检验检查零件是否损坏，划伤；齐全检验棗检查 部件上的零件是否齐全。
2）、在机器人进行装配、搬运等工作时，用视觉系 统对一组需装配的零、部件逐个进行识别，并确定它 在空间的位置和方向，引导机器人的手准确地抓取所 需的零件，并放到指定位置，完成分类、搬运和装配 任务。
n传感器的分类：
u内部检测传感器：以机器人本身的坐标轴来确定其 位置，用来感知运动学参数。通过内部检测传感器， 机器人可以了解自己的工作状态，调整和控制自己按 照一定的位置、速度、加速度、压力和轨迹等进行工 作。
u 外部检测传感器：用于获取机器人周围环境或 者目标物状态特征的信息，是机器人与周围进 行交互工作的信息通道。其功能是让机器人对 环境有自校正和自适应能力，很好地执行工作。 接近觉、视觉、听觉、嗅觉、味觉等传感器。
nB相对于人眼的距离Z b为： Zb = b / tgφ n空间中任意一点A的左右像点分别为 A1和A r ，设线视差分别为Δl 、Δr。 A点在左、右眼上的线视差为：
n 线视差是描述物点在空间中位置的重要参数，在机 器人立体视觉中，视差也是一个十分重要的判定景 物空间分布的因素之一。
二、机器人视觉方法