[工学]第八章机器人感觉技术与传感器

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第八章 机器人感觉技术与传感器
8.2 机器感觉原理、方式与过程
8.2.1 感觉原理 感觉原理即传感器构成原理。 分为结构型和物性型。
8.2.2 感觉方式 8.2.3 感觉过程……阶段性
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第八章 机器人感觉技术与传感器
8.2.1 感觉原理
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《机器人原理与应用》
第八章 机器人感觉技术 与传感器
东北大学人工智能与机器人研究所
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第八章 机器人感觉技术与传感器
主要内容
8.1 感知器的相关概念 8.2 机器感觉原理、方式与过程 8.3 机器人传感器分类与选择 8.4 位移、速度与加速度传感器 8.5 触觉技术 8.6 测距技术 8.7 传感器融合
人类智能的主要表现 感知、记忆、思维、表达、动作、学习……
人工智能 对人类智能的理解与机器实现
人体有两种感觉系统 1)内体感觉系统:检测诸如手足关节角、肌肉扩
张和肌肉拉紧等内部参量。 2)外体感觉系统:对皮肤表面温度和形状的改变
而产生反应，这些参量是直接接触外部物体的 结果。
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其主要参数是某一材料的浓度、晶体结构和凝聚态。
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第八章 机器人感觉技术与传感器
8.1.4 机器人感觉器官的必要性
1、增加机器人功能，提高工作质量，有效完 成任务；机器人传感器能监控所操纵工件的 质量。例如，及时检查出有毛病的工件。
2、适应复杂情况（对象/环境），扩大应用 范围，防止发生意外事故。例如，自动导引 车辆(AGV)式机器人，在道路上不能撞到人。
将被测非电量信号转换成与之有对应关系的电量 输出的器件或装置。
又叫变换器、换能器或探测器。
什么是信息
Clande Shannon：信息是一种减少不确定量的 量。
R·Andrew Russell:信息是增长人类知识的东西。
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第八章 机器人感觉技术与传感器
8.1.3 信息载体
它具有测量准确度高、响应速 度快、结构简单、可靠性高和使用 寿命长等优点。
典型的光码盘有ＴＬＰ50 7Ａ， ＴＬＰ80 0等类型。
为了确保转速测量准确度，使 用单片机系统对脉冲信号处理。
电动机上的绝对编码器
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第八章 机器人感觉技术与传感器
应变片与荷重传感器
线型电阻应变计的结构
第八章 机器人感觉技术与传感器
8.1.2 器官功能与传感器
人类的感觉器官： 视觉、听觉、触觉、味觉、嗅觉 还有什么？
痛觉 热觉 接近觉？气功？ 特异功能？天眼？
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第八章 机器人感觉技术与传感器
什么是传感器
传感器是一种能将具有某种物理表现形式的信息 变换成机器可以处理的输入换能器。
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线型电阻式荷重传感器
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第八章 机器人感觉技术与传感器
8.1 感知器的相关概念
8.1.1 人类智能与人工智能 8.1.2 器官功能与传感器 8.1.3 信息载体 8.1.4 机器人感觉器官的必要性
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3ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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第八章 机器人感觉技术与传感器
8.1.1 人类智能与人工智能
结构型传感器
概念：应用通常的物理定律构成的传感 器，如：运动定律，牛顿定律，欧姆定 律，电磁定律，热力学定律等。
特点：传感原理明确，结构比较复杂， 一般与结构材料无关。
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第八章 机器人感觉技术与传感器
结构型传感器举例
由两个平行板组成的电容器的 电容量为：
C= εA / d 式中ε——电容极板间介质的相对 介电系数，相对于真空，ε=1； A——两平行板所覆盖的面积； d——两平行板之间的距离； C——电容量。
改变平行板间距的传感器可用来测量 微米数量级的位移，而变化面积的传 感器只适合测量厘米数量级的位移。
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第八章 机器人感觉技术与传感器
结构型传感器举例
利用电磁感应把被测的
物理量如位移、压力、流
量、振动等转换成线圈的 自感系数L和互感系数M的 变化，再由测量电路转换
(1) 辐 射 —— 涉 及 全 频 段 的 电 磁 波 。 范 围 包 括 无 线 电 波 到 gama 射线。 辐射的主要参数是强度、频率、偏振和相位。
(2)物理量——论述物质的各种外部参量。 例如，位置、速度、尺寸、厚度、力和真空。
(3)热——温度、温度梯度、热和熵。 (4)电——电压、电流、电阻、电容等电参数。 (5)磁——磁场强度、磁通密度和磁导率。 (6)化学量——论述物质的内部结构的量。
成电压或电流的变化量输
出，实现非电量到电量的 转换。
其特点为：
电感式传感器
1．结构简单，无活动电触点，因此工作可靠寿命长；
2．灵敏度和分辨率高，能测出0.01μm的位移变化；
3．线性度和重复性都比较好。
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结构型传感器举例
光电式码盘是一种非接触性光 电传感器。
3、人机交互的需要，接受指令，表达感情。
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第八章 机器人感觉技术与传感器
4、依靠传感器反馈来补偿误差。
5、降低对机器人及其工作对象精度的要求—— “可以吃粗粮”；
(1)随机安置物体的位置。从而降低购置固定夹具 所需的高额费用；
(2)允许物体的形状变化，可以放宽精度要求，而 不必制成符合自动化装配线需求的高精度，也不 需要高价地制造0.1mm精度的载体。例如，桔 子和蛋等食品，其形状和尺寸是变动的，通过触 觉传感器感知的信息，机器人可抓住它。
极板
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电容式传感器
如果保持其中的两个参数不变而仅改变另一个参数， 就可把该参数的变化转换为电容的变化。因此，电容量 的变化的大小与被测参数的大小成比例。
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第八章 机器人感觉技术与传感器
电容式传感器分为：
变极距型电容式传感器
变极板面积型电容式传感器
变介质型电容式传感器