机器人传感讲解
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采用与压觉传感器合并，用同一种传感器，既可 得到有无物体，又可得到对物体所施加的压力或 物体对机器人的作用力。
传感器阵列：采用高密度的传感器阵列，可得到 பைடு நூலகம்体的形状及压力分布等信息。
接触觉传感器
接触觉传感器实例
• 高密度智能压觉传感器 P266 图14-6 • 硅电容压觉传感器阵列 P266 图14-7
十字梁腕力传感器
日本大和制衡株式会社林纯 一研制的腕力传感器。它是一 种整体轮辐式结构，传感器在 十字梁与轮缘联结处有一个柔 性环节，在四根交叉梁上共贴 有32个应变片（图中以小方 块），组成8路全桥输出 。
三梁腕力传感器
传感器的内圈和外圈分别固定于 机器人的手臂和手爪，力沿与内圈 相切的三根梁进行传递。每根梁上 下、左右个贴一对应变片，三根梁 上共有6对应变片，分别组成六组半 桥，对这6组电桥信号进行解耦可得 到六维力（力矩）的精确解。
其实并不是人们不想给机器人一个完整的定义，自机器人 诞生之日起人们就不断地尝试着说明到底什么是机器人。而随 着机器人技术的飞速发展和信息时代的到来，机器人所涵盖的 内容越来越丰富，机器人的定义也不断充实和创新。
我国科学家对机器人的定义是：“机器人是一种自动化的 机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能 力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具 有高度灵活性的自动化机器。”
接触觉传感器实例
开关式触觉传感器
特点： ▪外形尺寸十分大 ▪空间分辨率低
接触觉传感器实例
压阻式阵列触觉传感器
碳毡 （CSA）
碳毡（CSA）灵敏度高，具有较强的耐过载能力。缺点是有迟滞，线性差。 导电橡胶的电阻也会随压力的变化而变化，因此也常用来作为触觉传感器的敏 感材料。
接触觉传感器信号处理
对于非阵列接触觉传 感器，信号的处理主要是 为了感知物体的有无。由 于信息量较少，处理技术 相对比较简单、成熟；
下图a为手指抓住物体的状态；b为手指从a状态稍微握紧的状态。
压觉传感器实例
高密度智能压觉传感器 （压阻式）
3. 力觉传感器
力觉传感器使用的主要元件是电阻应变片。 通常我们将机器 人的力传感器分为三类：
（1）关节力传感器 装在关节驱动器上的力传感器，称为关节力传感器，用于控 制运动中的力反馈。
应变式关节力传感器结构
2. 利用压电晶体的压电效应检测外界压力； 3.利用半导体压敏器件与信号电路构成集成压敏传感器； 4.利用压磁传感器和扫描电路与针式接触觉传感器构成压觉 传感器。
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的有效行程。在此范围内，将力的变化转换为遵从胡克定 律的长度位移，以便进行俭测。在一侧手指上，每个6mm×8mm的面积分布 一个传感器来计算，共排列了28个(四行七排)传感器。左右两侧总共有56个传 感器输出。用四路A/D转换器，高速多路调制器对这些输出进行转换后进入计 算机。
角度传感器
2. 外部传感器
外部传感器主要用来检测机器人所处环境及目标状况，如是什 么物体，离物体的距离有多远，抓取的物体是否滑落等。从而使 得机器人能够与环境发生交互作用并对环境具有自我校正和适应 能力。
广义来看，机器人外部传感器就是具有人类五官的感知能力的 传感器。
1.2 机器人的触觉
一般认为触觉包括接触觉、压觉、力觉、滑觉四种，狭义的 触觉按字面上来看是指前三种感知接触的感觉。
接触觉：手指与被测物是否接触，接触图形的检测。 压觉：垂直于机器人和对象物接触面上的力感觉。 力觉：机器人动作时各自由度的力感觉。 滑觉：物体向着垂直于手指把握面的方向移动或变
形。
1. 接触觉传感器
当表面作用有超过阈值的压力时传感器输出一个 电信号，可用来确定在手指间是否有零件。它的 功能相当于一个开关，输出的是“0”和“1”两 种信号。有各种类型的传感器，包括电触点开关、 光——机械开关、磁开关等。
对于阵列式接触觉传感器，其目的是辨识物体接触面的轮廓。 这种信号的处理将涉及到图像处理、计算机图形学、人工智 能、模式识别等学科，目前还不成熟，有待进一步研究。
2. 压觉传感器
压觉用于握力控制与手的支撑力检测，实际是接触觉的延伸。 现有压觉传感器一般有以下几种：
1. 利用某些材料的压阻效应制成压阻器件，将它们密集配 置成阵列，即可检测压力的分布；
联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义： “一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作 机；或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专 门系统。”
二 机器人组成
内部传感器
任
务 控制器
输 入
外部传感器
动力源
驱
（电气、液压）
动
器
控
制
对
象
三 机器人传感器
传感器使得机器人初步具有类似于人的感知能力，不同类 型的传感器组合构成了机器人的感觉系统。
机器人传感器主要可以分为视觉、听觉、触觉、力觉和接 近觉五大类。不过从人类生理学观点来看，人的感觉可分为内 部感觉和外部感觉，类似的，机器人传感器也可分为内部传感 器和外部传感器。
机器人传感器的分类
1. 内部传感器
机器人内部传感器的功能是测量运动学和力学参数，使机 器人能够按照规定的位置、轨迹和速度等参数进行工作，感知 自己的状态并加以调整和控制。内部传感器通常由位置传感器、 角度传感器、速度传感器、加速度传感器等组成。
机器人传感器
组员：李梦霞 雷元竹 黄智娟 徐粉聪 唐颖 张春玲 郭肖颖 魏童
1.1 概述—机器人与机器人传感器
一 机器人的定义
在科技界，科学家会给每一个科技术语一个明确的定义， 机器人问世已有几十年，但对机器人的定义仍然没有一个统一 的意见，主要是因为机器人涉及到了人的概念，成为一个难以 回答的哲学问题。
（2）腕力传感器
装在末端执行器和机器人最后一个关节之间的力传感器，称 为腕力传感器。
SRI六维腕力传感器
SRI （Stanford Research Institute）研制的六维腕力传感器， 如图所示。它由一只直径为75mm 的铝管铣削而成，具有八个窄长的 弹性梁，每个梁的颈部只传递力， 扭矩作用很小。梁的另一头贴有应 变片。图中从Px+到Qy-代表了8根应 变梁的变形信号的输出。
传感器阵列：采用高密度的传感器阵列，可得到 பைடு நூலகம்体的形状及压力分布等信息。
接触觉传感器
接触觉传感器实例
• 高密度智能压觉传感器 P266 图14-6 • 硅电容压觉传感器阵列 P266 图14-7
十字梁腕力传感器
日本大和制衡株式会社林纯 一研制的腕力传感器。它是一 种整体轮辐式结构，传感器在 十字梁与轮缘联结处有一个柔 性环节，在四根交叉梁上共贴 有32个应变片（图中以小方 块），组成8路全桥输出 。
三梁腕力传感器
传感器的内圈和外圈分别固定于 机器人的手臂和手爪，力沿与内圈 相切的三根梁进行传递。每根梁上 下、左右个贴一对应变片，三根梁 上共有6对应变片，分别组成六组半 桥，对这6组电桥信号进行解耦可得 到六维力（力矩）的精确解。
其实并不是人们不想给机器人一个完整的定义，自机器人 诞生之日起人们就不断地尝试着说明到底什么是机器人。而随 着机器人技术的飞速发展和信息时代的到来，机器人所涵盖的 内容越来越丰富，机器人的定义也不断充实和创新。
我国科学家对机器人的定义是：“机器人是一种自动化的 机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能 力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具 有高度灵活性的自动化机器。”
接触觉传感器实例
开关式触觉传感器
特点： ▪外形尺寸十分大 ▪空间分辨率低
接触觉传感器实例
压阻式阵列触觉传感器
碳毡 （CSA）
碳毡（CSA）灵敏度高，具有较强的耐过载能力。缺点是有迟滞，线性差。 导电橡胶的电阻也会随压力的变化而变化，因此也常用来作为触觉传感器的敏 感材料。
接触觉传感器信号处理
对于非阵列接触觉传 感器，信号的处理主要是 为了感知物体的有无。由 于信息量较少，处理技术 相对比较简单、成熟；
下图a为手指抓住物体的状态；b为手指从a状态稍微握紧的状态。
压觉传感器实例
高密度智能压觉传感器 （压阻式）
3. 力觉传感器
力觉传感器使用的主要元件是电阻应变片。 通常我们将机器 人的力传感器分为三类：
（1）关节力传感器 装在关节驱动器上的力传感器，称为关节力传感器，用于控 制运动中的力反馈。
应变式关节力传感器结构
2. 利用压电晶体的压电效应检测外界压力； 3.利用半导体压敏器件与信号电路构成集成压敏传感器； 4.利用压磁传感器和扫描电路与针式接触觉传感器构成压觉 传感器。
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的有效行程。在此范围内，将力的变化转换为遵从胡克定 律的长度位移，以便进行俭测。在一侧手指上，每个6mm×8mm的面积分布 一个传感器来计算，共排列了28个(四行七排)传感器。左右两侧总共有56个传 感器输出。用四路A/D转换器，高速多路调制器对这些输出进行转换后进入计 算机。
角度传感器
2. 外部传感器
外部传感器主要用来检测机器人所处环境及目标状况，如是什 么物体，离物体的距离有多远，抓取的物体是否滑落等。从而使 得机器人能够与环境发生交互作用并对环境具有自我校正和适应 能力。
广义来看，机器人外部传感器就是具有人类五官的感知能力的 传感器。
1.2 机器人的触觉
一般认为触觉包括接触觉、压觉、力觉、滑觉四种，狭义的 触觉按字面上来看是指前三种感知接触的感觉。
接触觉：手指与被测物是否接触，接触图形的检测。 压觉：垂直于机器人和对象物接触面上的力感觉。 力觉：机器人动作时各自由度的力感觉。 滑觉：物体向着垂直于手指把握面的方向移动或变
形。
1. 接触觉传感器
当表面作用有超过阈值的压力时传感器输出一个 电信号，可用来确定在手指间是否有零件。它的 功能相当于一个开关，输出的是“0”和“1”两 种信号。有各种类型的传感器，包括电触点开关、 光——机械开关、磁开关等。
对于阵列式接触觉传感器，其目的是辨识物体接触面的轮廓。 这种信号的处理将涉及到图像处理、计算机图形学、人工智 能、模式识别等学科，目前还不成熟，有待进一步研究。
2. 压觉传感器
压觉用于握力控制与手的支撑力检测，实际是接触觉的延伸。 现有压觉传感器一般有以下几种：
1. 利用某些材料的压阻效应制成压阻器件，将它们密集配 置成阵列，即可检测压力的分布；
联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义： “一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作 机；或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专 门系统。”
二 机器人组成
内部传感器
任
务 控制器
输 入
外部传感器
动力源
驱
（电气、液压）
动
器
控
制
对
象
三 机器人传感器
传感器使得机器人初步具有类似于人的感知能力，不同类 型的传感器组合构成了机器人的感觉系统。
机器人传感器主要可以分为视觉、听觉、触觉、力觉和接 近觉五大类。不过从人类生理学观点来看，人的感觉可分为内 部感觉和外部感觉，类似的，机器人传感器也可分为内部传感 器和外部传感器。
机器人传感器的分类
1. 内部传感器
机器人内部传感器的功能是测量运动学和力学参数，使机 器人能够按照规定的位置、轨迹和速度等参数进行工作，感知 自己的状态并加以调整和控制。内部传感器通常由位置传感器、 角度传感器、速度传感器、加速度传感器等组成。
机器人传感器
组员：李梦霞 雷元竹 黄智娟 徐粉聪 唐颖 张春玲 郭肖颖 魏童
1.1 概述—机器人与机器人传感器
一 机器人的定义
在科技界，科学家会给每一个科技术语一个明确的定义， 机器人问世已有几十年，但对机器人的定义仍然没有一个统一 的意见，主要是因为机器人涉及到了人的概念，成为一个难以 回答的哲学问题。
（2）腕力传感器
装在末端执行器和机器人最后一个关节之间的力传感器，称 为腕力传感器。
SRI六维腕力传感器
SRI （Stanford Research Institute）研制的六维腕力传感器， 如图所示。它由一只直径为75mm 的铝管铣削而成，具有八个窄长的 弹性梁，每个梁的颈部只传递力， 扭矩作用很小。梁的另一头贴有应 变片。图中从Px+到Qy-代表了8根应 变梁的变形信号的输出。