1、ppt课件1机器人传感技术 ppt课件2参考书籍ppt课件3ppt课件4你了解自己的手机吗？v手机横/竖屏幕切换v微信摇一摇v自动调整屏幕亮度v射击游戏v电子地图、导航vv重力感应传感器v加速度传感器v光线感应器v三轴陀螺仪vGPS/电子罗盘ppt课件51 1、传感器在工业检测和自动控制系统中的应用、传感器在工业检测和自动控制系统中的应用超声波检测超声波检测电容指纹识别电容指纹识别指纹形成电容器指纹形成电容器,凹凸不同凹凸不同ppt课件6ppt课件72 2、传感器与家用电器、传感器与家用电器ppt课件8ppt课件9感应水龙头感应水龙头自动门自动门ppt课件10传感器在机器人上的应用传感器在机器
2、人上的应用l触觉能力：触觉能力：n主要指确定工作对象主要指确定工作对象是否存在是否存在，以及它的，以及它的尺寸大小尺寸大小和和形状形状等。等。l接近觉：接近觉：n主要用于探测机器人自身与周围物体之间主要用于探测机器人自身与周围物体之间相对位置相对位置或或距离距离的传感器。的传感器。接近觉界于触觉与视觉之间。接近觉界于触觉与视觉之间。l视觉：视觉：n孔、边、拐角的孔、边、拐角的检测检测及工作对象及工作对象形状形状的检测等。的检测等。l压觉：压觉：n主要用于检测机器人与作业对象之间接触面的主要用于检测机器人与作业对象之间接触面的法向压力值法向压力值的大小。的大小。l滑觉：滑觉：n主要用于检测物体因
3、自重相对于机器人手爪的主要用于检测物体因自重相对于机器人手爪的滑移量滑移量的大小。的大小。ppt课件11多指灵巧手手指传感器系统指尖力指尖力/力矩传感器力矩传感器 温度传感器手指关节力矩传感器 关节位置传感器 电机霍尔传感器 基关节力矩传感器 ppt课件12仿人灵巧手的精细抓取操作ppt课件13仿生控制（EEG）ppt课件14v传感器：传感器：获取信息（视觉、力觉、触觉、听觉、嗅获取信息（视觉、力觉、触觉、听觉、嗅觉、味觉等），实现机器人自动化觉、味觉等），实现机器人自动化5-1 概述转换电路转换电路物理信息物理信息化学信息化学信息生物信息生物信息电信号电信号光信号光信号敏感元件敏感元件传感器
4、传感器ppt课件15传感器的定义传感器的定义传感器传感器（Transducer/SensorTransducer/Sensor）的定义是：）的定义是：“能够感受规定能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置置”。定义包含的意思：定义包含的意思：传感器是测量装置，能完成检测任务；传感器是测量装置，能完成检测任务；它的输入量是某一种被测量，可能是物理量，也可能是化它的输入量是某一种被测量，可能是物理量，也可能是化 学量、生物量等。学量、生物量等。它的输出量是某种物理量，这种量应便于传输、转换、处它的输出量是某种物理量，这种量应
5、便于传输、转换、处 理、显示等等，这种量不一定是电量，还可以是气压、光理、显示等等，这种量不一定是电量，还可以是气压、光 强等物理量，但主要是电物理量；强等物理量，但主要是电物理量；输出与输入之间有确定的对应关系，且能达到一定的精输出与输入之间有确定的对应关系，且能达到一定的精 度。度。ppt课件16输出量为电量的传感器，一般由敏感元件、转换元输出量为电量的传感器，一般由敏感元件、转换元件、基本转换电路三部分组成件、基本转换电路三部分组成。敏感元件：敏感元件：它是直接感受被测量，并输出与被测量成确它是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。定关系的某一物理量的元件。转换元件
6、：转换元件：将敏感元件的输出转换成一定的电路参数。将敏感元件的输出转换成一定的电路参数。有时敏感元件和转换元件的功能是由一个元有时敏感元件和转换元件的功能是由一个元件（敏感元件）实现的。件（敏感元件）实现的。基本转换电路：基本转换电路：将敏感元件或转换元件输出的电路参数将敏感元件或转换元件输出的电路参数转换、调理成一定形式的电量输出。如电压、转换、调理成一定形式的电量输出。如电压、电流等电流等 敏感敏感元件元件基本转基本转换电路换电路转换转换元件元件被测量被测量中间量中间量输出电量输出电量ppt课件17传感器按照原理分类电位器式传感器电位器式传感器应变式传感器应变式传感器压阻式传感器压阻式传感
7、器电容式传感器电容式传感器变磁路传感器变磁路传感器压电式传感器压电式传感器ppt课件18机器人用传感器的类型（相对的）：机器人用传感器的类型（相对的）：v内部传感器内部传感器:v检测机器人内部状态信息的传感器检测机器人内部状态信息的传感器位置、速位置、速度、力度、力/力矩传感器力矩传感器。v外部传感器外部传感器v检测外部对象和外部环境。检测外部对象和外部环境。v触觉传感器、听觉传感器、视觉传感器等。触觉传感器、听觉传感器、视觉传感器等。ppt课件195-3 传感器的静态特性和动态特性传感器的静态特性和动态特性u 传感器的基本特性：传感器的基本特性：传感器的输入输出关系特传感器的输入输出关系特
8、性。是传感器内部结构参数作用关系的外部表现。性。是传感器内部结构参数作用关系的外部表现。u 输入信号分为：输入信号分为：稳态、动态稳态、动态p 对应传感器特性：静态特性、动态特性对应传感器特性：静态特性、动态特性u 对传感器的要求：对传感器的要求：高精度信号（或能量）无高精度信号（或能量）无失真转换反映被测量的原始特征失真转换反映被测量的原始特征ppt课件20一、传感器的静态特性一、传感器的静态特性 传感器的传感器的静态特性静态特性是指在稳态条件下是指在稳态条件下（传感器无暂态分量）用分析或实验方法所（传感器无暂态分量）用分析或实验方法所确定的输入确定的输入输出关系。这种关系可依不同输出关系。
9、这种关系可依不同情况，用函数或曲线表示，有时也用数据表情况，用函数或曲线表示，有时也用数据表格来表示。格来表示。表征传感器静态特性的主要指标有表征传感器静态特性的主要指标有线性线性度、灵敏度、迟滞、重复性等。度、灵敏度、迟滞、重复性等。ppt课件21 1.线性度线性度 是以一定的拟合直线作基准与校准曲是以一定的拟合直线作基准与校准曲线作比较，其不一致的最大偏差与理论满量程输出线作比较，其不一致的最大偏差与理论满量程输出值的百分比来进行计算：值的百分比来进行计算：max100%YLFSL 式中：式中：YFSymaxymin 满量程输出电压满量程输出电压 ppt课件222迟滞迟滞 迟滞特性说明传感
10、器加载（输入量增大）和卸迟滞特性说明传感器加载（输入量增大）和卸载（输入量减小）输入载（输入量减小）输入输出特性曲线不重合的程输出特性曲线不重合的程度。度。max=100%2HHFSyv 产生原因：传感器机械部分存在摩擦、间隙、松动、积尘产生原因：传感器机械部分存在摩擦、间隙、松动、积尘等等ppt课件233重复性重复性 重复性是指传感器输入按同一方向作全量程连重复性是指传感器输入按同一方向作全量程连续多次变动时所得特性曲线不一致的程度。续多次变动时所得特性曲线不一致的程度。maxFS100%YRR ppt课件244灵敏度灵敏度 yx/kyx 传感器输出变化量传感器输出变化量与引起该变化量的输入
11、变化量与引起该变化量的输入变化量之比即为静态灵敏度。之比即为静态灵敏度。（拟合直线即为斜率）（拟合直线即为斜率）5分辨力分辨力 分辨力是指传感器可能检测出被测信号的最小增量。分辨力是指传感器可能检测出被测信号的最小增量。ppt课件256.漂移p 输出量随时间变化的现象，又称输出量随时间变化的现象，又称时漂；时漂；p 反映传感器的反映传感器的稳定性稳定性指标；指标；p 时间范围：时间范围：1 1小时、小时、1 1天、天、1 1个月、半年或个月、半年或1 1年等。年等。7.温漂p 输出量随温度变化的现象输出量随温度变化的现象p 反映传感器的反映传感器的稳定性稳定性指标；指标；ppt课件26二、传感
12、器的动态特性二、传感器的动态特性1.1.概述概述 传感器的动态特性传感器的动态特性是指传感器对激励（输入）是指传感器对激励（输入）的响应（输出）特性。的响应（输出）特性。2.2.频率特性及其与动态品质之间的关系频率特性及其与动态品质之间的关系 ()H j()A()线性系统在正弦输入作用下的输出幅值与输入幅值线性系统在正弦输入作用下的输出幅值与输入幅值的比值称为系统的幅频特性，以的比值称为系统的幅频特性，以或或两者统称为频率特性。两者统称为频率特性。表示。表示。表示；表示；输出与输入之间随频率而变的相位特性称为相频特输出与输入之间随频率而变的相位特性称为相频特性，以性，以ppt课件27 在研究传
13、感器在研究传感器时域动态特性时域动态特性时，为表征传感器的时，为表征传感器的动态特性常用动态特性常用上升时间上升时间trs、响应时间、响应时间tst、超调量、超调量c等等参数来综合描述。参数来综合描述。上升时间上升时间trs 输出从稳定值的595的时间；响应时间响应时间tst 从开始到稳定值所规定的范围内所需要的时间；超调量超调量c 输出第一次达到稳定值的最大偏差。3.3.传感器的动态时域特征传感器的动态时域特征 ppt课件284.4.传感器的动态频域特征传感器的动态频域特征 p特性关系式：特性关系式：p拉氏变换：拉氏变换：p变形：变形：p传递函数：传递函数：xbdtdxbdtxdbdtxdb
14、yadtdyadtydadtydammmmmmnnnnnn0111101111)()(01110111bsbsbsbsXasasasasYmmmmnnnn11101110()()mmmmnnnnb sbsbsbY sX sa sasa sa)()()()()(sXsYtxLtyLsHppt课件295-4 内部传感器（Proprioceptive Sensors）v一、位置和姿态传感器v1.1 电位器（Potentiometer）电位器是典型的位置传感器，将机械位移或其它能转换为位移的非电量转换为与其有一定函数关系的电阻值的变化，从而引起输出电压的变化。v是一种电阻式传感器ppt课件30线绕电位
15、器式传感器工作原理及结构线绕电位器式传感器工作原理及结构线绕电位器结构图线绕电位器结构图电阻系数很高的导线绕在绝缘骨架上，用电刷（活动触点）调节阻值。电阻系数很高的导线绕在绝缘骨架上，用电刷（活动触点）调节阻值。特点特点：结构简单，尺寸小，输出特性精度高（可达：结构简单，尺寸小，输出特性精度高（可达0.1%）。寿命短，）。寿命短，分辨力也较低。分辨力也较低。ppt课件31线绕电位器实物图线绕电位器实物图UiRx0Rx(等效电路等效电路)ppt课件321.2 1.2 光电式传感器光电式传感器原理原理 首先把被测量的变化转换成光信号的变化，首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后通过光电器件变换
16、成电信号。然后通过光电器件变换成电信号。辐射源光学通路光电器件输出输出被测量被测量特性特性 频谱宽、非接触测量、体积小、重量轻等ppt课件33分类：分类：增量式增量式：需要一个计数系统，旋转的码盘通过敏感：需要一个计数系统，旋转的码盘通过敏感 元件给出一系列脉冲，它在计数器中对某个基数元件给出一系列脉冲，它在计数器中对某个基数进行加或减，从而记录了旋转的位移量。进行加或减，从而记录了旋转的位移量。绝对式绝对式：它可以在任意位置给出一个固定的与位置：它可以在任意位置给出一个固定的与位置相对应的数字码输出。相对应的数字码输出。ppt课件34 光学码盘式传感器是用光电方法把被测角位光学码盘式传感器是
17、用光电方法把被测角位移转换成以数字代码式表示的电信号的转换部件。移转换成以数字代码式表示的电信号的转换部件。下图是工作原理示意图。下图是工作原理示意图。1-光源；光源；2-柱面镜；柱面镜；3-码盘；码盘；4-狭缝；狭缝；5-元件。元件。二、工作原理二、工作原理ppt课件35ppt课件36ppt课件37 1、下图所示是一个、下图所示是一个6位的二进制码盘。位的二进制码盘。码盘和码制码盘和码制ppt课件38二进制码盘二进制码盘v大型码盘是大型码盘是10到到20圈。圈。ppt课件392、二进制码盘的误差问题、二进制码盘的误差问题 1）编码器的精度取决于码盘的编码器的精度取决于码盘的，分辨率，分辨率则
18、决定于码道的则决定于码道的。措施：需要增大码盘的尺寸以容纳更多的码道措施：需要增大码盘的尺寸以容纳更多的码道 （对工艺提出很高要求）（对工艺提出很高要求）2）同步困难：相邻两码之间若有一个码道提前）同步困难：相邻两码之间若有一个码道提前或延后，会造成读码误差。或延后，会造成读码误差。a、编码技术；、编码技术；b、扫描技术、扫描技术 ppt课件403、循环码盘循环码盘(Gray码盘码盘)右图为右图为6位循环码码盘。位循环码码盘。（1）n位循环码有位循环码有2n种不同种不同 编码；编码；（2）循环码为无权码；）循环码为无权码；（3）循环码码盘相邻区域）循环码码盘相邻区域 的编码只有一位变化。的编码
19、只有一位变化。ppt课件413、格雷、格雷Gray码盘码盘v 二进制高位变，低位也变，变化位数不定。二进制高位变，低位也变，变化位数不定。格雷码进位时只有一位变化。超过两位变化有错，格雷码进位时只有一位变化。超过两位变化有错，纠错。纠错。v计算机内部存有格雷码与自然二进制码转换表计算机内部存有格雷码与自然二进制码转换表ppt课件42DBGDBG十进制十进制二进制二进制循环码循环码 十进制十进制二进制二进制循环码循环码012345670000000100100011010001010110011100000001001100100110011101010100591011121314151000
20、100110101011110011011110111111001101111111101010101110011000困难：循环码变为十进制数电路复杂困难：循环码变为十进制数电路复杂ppt课件43应用应用光学码盘测角原理光学码盘测角原理光光放大放大鉴幅整形鉴幅整形纠错纠错当量变换当量变换 寄存寄存显示译码显示译码 光源光源聚光镜聚光镜码盘码盘狭缝狭缝光电元件光电元件 光源光源1通过大孔径聚光镜通过大孔径聚光镜2形成均匀狭长的光束照射到码盘形成均匀狭长的光束照射到码盘3上。上。根据码盘所处的转角位置，位于狭缝根据码盘所处的转角位置，位于狭缝4后面的一排光电元件后面的一排光电元件5输输出相应的电
21、信号。该信号经过放大、鉴幅、整形后，再经当量出相应的电信号。该信号经过放大、鉴幅、整形后，再经当量变换，最后译码显示。纠错电路和寄存电路在需要时采用。变换，最后译码显示。纠错电路和寄存电路在需要时采用。ppt课件44组成：旋转盘、光源、狭缝板、光电传感器组成：旋转盘、光源、狭缝板、光电传感器(光电二光电二极管、光电晶体管极管、光电晶体管)ppt课件451.3 倾角计（Inclinometer）v倾角传感器用于机器人俯仰、横滚角的测量vAngelStarvAccuStar II/DAS 20 ppt课件461.4 电子罗盘v即数字罗盘。原理：测量地球磁场，水平面内偏转角度的测量。三轴可测俯仰、横
22、滚和偏转。ppt课件471.5 陀螺仪（gyroscope）v根据陀螺的力学性质制成的：角动量守恒原理v分类：压电、光纤、激光陀螺仪。可以同加速度计、磁阻芯片、GPS组合成惯性导航控制系统v应用：飞机，iphoneppt课件481.6 速度传感器v测速发电机（tachogenerator）v原理：将机械转速转变为电压信号，输出电压与输入转速成正比ppt课件49ppt课件501.7 加速度传感器（Acceleration sensor）ppt课件51ppppppp ppn 石英晶体的压电机理石英晶体的压电机理n 对于不存在对称中心的异极晶体加在晶体上的外力除了使晶体发生形变以外，还将改变晶体的极
23、化状态，在晶体内部建立电场，这种由于机械力作用使介质发生极化的现象称为正压电效应 图中图中“”代表代表Si4+，“”代表代表2O2-。ppt课件52v压电式加速度计结构ppt课件53MEMS加速度传感器加速度传感器 图示加速度传感器以图示加速度传感器以MEMSMEMS加工技术为基础，既能测量交加工技术为基础，既能测量交变加速度（振动），也可测量变加速度（振动），也可测量惯性力或重力加速度。其工作惯性力或重力加速度。其工作电压为电压为2.72.75.25V5.25V，加速度测，加速度测量范围为数个量范围为数个g g，可输出与加，可输出与加速度成正比的电压也可输出占速度成正比的电压也可输出占空比正
24、比于加速度的空比正比于加速度的PWM 脉脉冲。冲。ppt课件54MEMSMEMS三轴加速度传感器三轴加速度传感器技术指标：技术指标：灵敏度：灵敏度：500mV/g，量程：量程：10g，频率范围：频率范围：0.5-2000Hz，安装谐振点安装谐振点:8kHz，分辨力：分辨力：0.00004g，重量：重量：200g，安装螺纹：安装螺纹：M5 mm，线性误差：线性误差：1%1%ppt课件55硅微加工加速度传感器原理硅微加工加速度传感器原理 1 1 加速度测试单元加速度测试单元 2 2 信号处理电路信号处理电路 3 3 衬底衬底 4 4 底层多晶硅（下底层多晶硅（下电极）电极）5 5 多晶硅悬臂梁多晶
25、硅悬臂梁 6 6 顶层多晶硅（上顶层多晶硅（上电极）电极）ppt课件56 当它感受到上下振动时，当它感受到上下振动时，C C1 1、C C2 2呈差动变化。与呈差动变化。与加速度测试单元封装在同一壳体中的信号处理电路将加速度测试单元封装在同一壳体中的信号处理电路将C C 转换成直流输出电压。它的激励源也做在同一壳转换成直流输出电压。它的激励源也做在同一壳体内，所以集成度很高。由于硅的弹性滞后很小，且体内，所以集成度很高。由于硅的弹性滞后很小，且悬臂梁的质量很轻，所以频率响应可达悬臂梁的质量很轻，所以频率响应可达1kHz1kHz以上，允以上，允许加速度范围可达许加速度范围可达10g 10g 以上
26、。以上。如果在壳体内的三个相互垂直方向安装三个加速如果在壳体内的三个相互垂直方向安装三个加速度传感器，就可以测量三维方向的振动或加速度。度传感器，就可以测量三维方向的振动或加速度。ppt课件57加速度传感器在汽车中的应用加速度传感器在汽车中的应用 加速度传感器安装在轿车上，可以作为碰撞传感器。当测加速度传感器安装在轿车上，可以作为碰撞传感器。当测得的负加速度值超过设定值时，得的负加速度值超过设定值时，微处理器微处理器据此判断发生了碰撞，据此判断发生了碰撞，于是就启动轿车前部的折叠式安全气囊迅速充气而膨胀，托住于是就启动轿车前部的折叠式安全气囊迅速充气而膨胀，托住驾驶员及前排乘员的胸部和头部。驾
27、驶员及前排乘员的胸部和头部。装有传感器装有传感器的假人的假人气囊气囊ppt课件58汽车气囊的保护作用汽车气囊的保护作用 使用加速度传感器可以在汽车发生碰撞时，经使用加速度传感器可以在汽车发生碰撞时，经控制系统使气囊迅速充气控制系统使气囊迅速充气。ppt课件59ppt课件60？思考题？思考题n为什么为什么BCD码制的码盘会产生误差？码制的码盘会产生误差？n循环码的特点。循环码的特点。n一个一个10码道的循环码码盘，其最小分辨力码道的循环码码盘，其最小分辨力为多少？为多少？ppt课件61二、力/力矩传感器(Force/Torque Sensors)ppt课件622.1 2.1 应变式传感器应变式传
28、感器 应变式式传感器是基于金属应变式式传感器是基于金属电阻的应变电阻的应变效应效应制成。制成。1、金属的电阻应变效应、金属的电阻应变效应 金属导体的金属导体的电阻电阻随着随着机械变形机械变形（伸长或（伸长或缩短）的大小发生变化的现象称为金属的电缩短）的大小发生变化的现象称为金属的电阻应变效应。阻应变效应。ppt课件63ppt课件64ppt课件65llrrFF 设一根长为设一根长为l，截面积为，截面积为S，电阻系数为，电阻系数为的电阻丝，其电阻值的电阻丝，其电阻值R为：为：lRSldlSdSd导线两端受到力导线两端受到力F作用时作用时ppt课件66dRddldSRlS2dSdrSr2Srdrdl
29、rl dll将上式取对数再微分，则引起电阻值变化将上式取对数再微分，则引起电阻值变化dR：因因，由材料力学可知：由材料力学可知：（径向变化）（径向变化），式中，式中泊松比泊松比表示电阻丝轴向的相对变化，也就是表示电阻丝轴向的相对变化，也就是应变应变。ppt课件67(12)(12)dRddldRl dRRK(12)dKdRddldSRlS令令则则K金属电阻丝金属电阻丝的相对灵敏度系数。的相对灵敏度系数。金属电阻丝的相对灵敏度系数受两个因素影响：金属电阻丝的相对灵敏度系数受两个因素影响：（1）受力后材料的几何尺寸变化所引起的；即）受力后材料的几何尺寸变化所引起的；即（2）受力后材料的电阻率发生变化
30、引起的；即）受力后材料的电阻率发生变化引起的；即(12)d项项项项ppt课件682、应变片的结构、应变片的结构 应变片由电阻丝（敏感栅）、基底、引线和粘合剂组成。应变片由电阻丝（敏感栅）、基底、引线和粘合剂组成。ppt课件69 敏感栅由很细的电阻丝（敏感栅由很细的电阻丝（0.010.05mm）或箔式）或箔式金属片（厚度为金属片（厚度为310m）组成。）组成。敏感栅常用下列材料制成：敏感栅常用下列材料制成：（1）康铜（铜镍合金）康铜（铜镍合金）：最常用；：最常用；（2）镍鉻合金镍鉻合金：多用于动态；：多用于动态；（3）镍鉻铝合金镍鉻铝合金：作中、高温应变片；：作中、高温应变片；（4）镍鉻铁合金镍
31、鉻铁合金：疲劳寿命要求高的应变片；：疲劳寿命要求高的应变片；（5）铂及铂合金铂及铂合金：高温动态应变测量。：高温动态应变测量。ppt课件70ppt课件710 xRRK电阻应变片电阻应变片的灵敏度系数定义为：的灵敏度系数定义为：x为轴向应变。为轴向应变。其中其中 实验证明，实验证明，电阻丝电阻丝的应变灵敏度系数不等的应变灵敏度系数不等于于电阻丝应变片电阻丝应变片的应变灵敏度系数，即的应变灵敏度系数，即0KK。ppt课件72l0PPyx2bar图图4 放大的栅状电阻应变片及弯角放大的栅状电阻应变片及弯角 部分示意图部分示意图yx 纵向应变纵向应变 造成电阻增加，横向应造成电阻增加，横向应变变 造成
32、电阻减少。造成电阻减少。xyppt课件73000(1)(1)2(1)xrnnRlRKKrnnl经推导得：经推导得：n直线部分栅丝的数目；直线部分栅丝的数目；n-1弯角部分的个数。弯角部分的个数。可见可见 ，即应变片存在横向效应使应变片的灵即应变片存在横向效应使应变片的灵敏度系数小于电阻丝的应变灵敏度系数敏度系数小于电阻丝的应变灵敏度系数。0KKppt课件74小结小结dRdlKRl应用较多应用较多 金属丝式应变片金属丝式应变片使用最早，但由于金属丝式应变片蠕变较大，金属使用最早，但由于金属丝式应变片蠕变较大，金属丝易脱胶，有逐渐被箔式所取代的趋势。但其价格便宜，多用于应变、丝易脱胶，有逐渐被箔式
33、所取代的趋势。但其价格便宜，多用于应变、应力的大批量、一次性试验。应力的大批量、一次性试验。箔式应变片箔式应变片与片基的接触面积大得多，散热条件较好，在长时间测与片基的接触面积大得多，散热条件较好，在长时间测量时的蠕变较小，一致性较好，能将温度影响减小到最小的程度，适合量时的蠕变较小，一致性较好，能将温度影响减小到最小的程度，适合于大批量生产。于大批量生产。ppt课件75ppt课件76ppt课件77ppt课件783101234()RRUURRRR3124RRRRppt课件79ppt课件804131124113(1)(1)RRRR URRRRRR1R311011234()RRRUURRRRR31
34、01234()RRUURRRRppt课件811021(1)RnUUnR0211(1)uUnKURnRppt课件820211(1)uUnKURnRppt课件83104RUUR0211(1)uUnKURnR311udKndnn4uUK ppt课件8411011(1)(1)RnRUURnnR1021(1)RnUUnR11110001RRnRRUUUL 1111212RRRRL L ppt课件85RKR1111212RRRRL ppt课件86R1RBMMppt课件87R1RBMMppt课件88R1RBMM3110112234()RRRUURRRRRR121234,RRRRRR 112oRUUR11RR
35、Uoppt课件89ppt课件90原理将物品重量通过悬臂梁转化成结构变形再通过应变片转化为电量输出。ppt课件91ppt课件92ppt课件93ppt课件945-5 外部传感器（Exteroceptive Sensors）v1.视觉传感器ppt课件95例：二值视觉ppt课件96图像传感器的工作原理v特点：以电荷作为信号；v基本功能：电荷的存储和转移；v基本工作原理：信号电荷的产生 信号电荷的存贮 信号电荷的传输 信号电荷的检测ppt课件97视觉传感系统的应用视觉传感系统的应用1.零件识别、检测与定位（生产线、工业机器人）零件识别、检测与定位（生产线、工业机器人）视觉传感系统在生产线上的应用ppt课
36、件98视觉传感系统的应用视觉传感系统的应用2.产品检验产品检验视觉传感系统应用于产品检验ppt课件99视觉传感系统的应用视觉传感系统的应用3.移动机器人导航移动机器人导航视觉传感系统应用于Rocky7火星机器人导航ppt课件100视觉传感系统的应用视觉传感系统的应用3.移动机器人导航移动机器人导航Rocky7火星机器人视觉传感系统获得的障碍物图像ppt课件101视觉传感系统的应用视觉传感系统的应用4.遥感监测遥感监测5.医学检测医学检测6.安全监控安全监控7.国防领域国防领域5.其他其他五角大楼遥感图像及其三维重建ppt课件102立体视法立体视法立体视法立体视法(Stereoscopy)就是指
37、同一物体的两张具有轻微角度就是指同一物体的两张具有轻微角度差别的照片放在一起（分别用左右双眼）观看，得到一种深度差别的照片放在一起（分别用左右双眼）观看，得到一种深度的感觉，从而产生常规立体视觉的方法。那么（最基本的）立的感觉，从而产生常规立体视觉的方法。那么（最基本的）立体摄影就是（模拟双眼的位置）从左右两个具有轻微角度差异体摄影就是（模拟双眼的位置）从左右两个具有轻微角度差异的观察点分别拍摄同一个物体，然后将这两幅照片以同样的方的观察点分别拍摄同一个物体，然后将这两幅照片以同样的方式展示出来，让左右摄像机分别采集左视觉和右视觉的照片，式展示出来，让左右摄像机分别采集左视觉和右视觉的照片，通
38、过计算机的合成处理，我们就获得了与人眼直接观看被摄物通过计算机的合成处理，我们就获得了与人眼直接观看被摄物体完全一致的、有立体深度的立体画面。体完全一致的、有立体深度的立体画面。ppt课件103 人类的眼睛就像是一套功能完整的摄影系统，具有变焦镜头、人类的眼睛就像是一套功能完整的摄影系统，具有变焦镜头、可变光圈以及能将光信号转变成大脑可以识别的电信号。可变光圈以及能将光信号转变成大脑可以识别的电信号。人类的两只眼睛，都长在前面的脸部，呈左右排列，间隔约为人类的两只眼睛，都长在前面的脸部，呈左右排列，间隔约为65mm。在我们观察物体时，由于两只眼睛所处的角度有略微不。在我们观察物体时，由于两只眼
39、睛所处的角度有略微不同，两只眼睛看到的图像还是有略微差别的，我们的大脑将这两同，两只眼睛看到的图像还是有略微差别的，我们的大脑将这两幅画面综合在一起，形成一种有深度的视觉画面。而一只眼睛看幅画面综合在一起，形成一种有深度的视觉画面。而一只眼睛看到的画面是没有前后深度的。到的画面是没有前后深度的。更为重要的是，大脑能够根据接受到的两幅图像中同一物体更为重要的是，大脑能够根据接受到的两幅图像中同一物体之间位差的大小判断出此物体的深度和远近，距离眼睛越远，位之间位差的大小判断出此物体的深度和远近，距离眼睛越远，位差就越小，反之就越大。示意图中显示了这个过程的工作原理：差就越小，反之就越大。示意图中显
40、示了这个过程的工作原理：（当我们观看无穷远的景物时）遥远的太阳在两幅图像中的位置（当我们观看无穷远的景物时）遥远的太阳在两幅图像中的位置（几乎）是相同，但是近处的树的位置就有（几乎）是相同，但是近处的树的位置就有1/4英寸的差别了。英寸的差别了。小科普：人类视觉原理小科普：人类视觉原理ppt课件104ppt课件105ppt课件106ppt课件107ppt课件108应用：仿人机器人头部ppt课件109触觉作用触觉作用:使操作动作适宜，视觉无法代替使操作动作适宜，视觉无法代替 识别操作对象的属性，如大小、重量等识别操作对象的属性，如大小、重量等 用于安全保护，躲避障碍，防止事故用于安全保护，躲避障
41、碍，防止事故触觉传感器触觉传感器 一般认为触觉包括接触觉、压觉、滑觉、力觉四种，狭义的一般认为触觉包括接触觉、压觉、滑觉、力觉四种，狭义的触觉按字面上来看是指前三种感知接触的感觉。触觉按字面上来看是指前三种感知接触的感觉。ppt课件110接触觉接触觉 触觉传感器应包含：触觉传感器应包含：(1)(1)提供使传感器跟待检测物体接触的手段；提供使传感器跟待检测物体接触的手段；(2)(2)通过附加额外传感器确定触觉传感器的位置通过附加额外传感器确定触觉传感器的位置 和取向；和取向；(3)(3)实现获取和解释触觉信息的实现获取和解释触觉信息的“智能智能”功能。功能。因此，触觉器官应考虑手爪、致动器、换因
42、此，触觉器官应考虑手爪、致动器、换能器、信息处理等环节。能器、信息处理等环节。最简单也是最早使用的接触觉传感器是微最简单也是最早使用的接触觉传感器是微动开关，但其需较大作用力，又响应时间长。动开关，但其需较大作用力，又响应时间长。ppt课件111接触觉传感器接触觉传感器常用的接触传感器有常用的接触传感器有机械式机械式(微动开关用的最多微动开关用的最多)阵列式阵列式ppt课件112开关式触觉传感器开关式触觉传感器接触觉传感器实例接触觉传感器实例ppt课件113触觉传感器压敏电阻阵列与扫描电路触觉传感器压敏电阻阵列与扫描电路 触觉传感器压敏电阻阵触觉传感器压敏电阻阵列列阵列扫描电路阵列扫描电路可以
43、感知物体的轮廓可以感知物体的轮廓ppt课件114压觉压觉压觉传感器其实是接触传感器的引申。压觉感知压力的压觉传感器其实是接触传感器的引申。压觉感知压力的大小。压觉中使人感兴趣的是分布压觉。通过高密度地配置大小。压觉中使人感兴趣的是分布压觉。通过高密度地配置这种传感器，把同物体接触时各点不同的压力，变成相应的这种传感器，把同物体接触时各点不同的压力，变成相应的浓淡画素，获取物体形状的信息。浓淡画素，获取物体形状的信息。ppt课件115滑觉传感器滑觉传感器 一般可将机械手抓取物体的方式分为两种：硬抓取和软抓一般可将机械手抓取物体的方式分为两种：硬抓取和软抓取。取。硬抓取硬抓取（无感知时采用）：末端
44、执行器利用最大的夹紧力（无感知时采用）：末端执行器利用最大的夹紧力抓取工件。抓取工件。软抓取软抓取（有滑觉传感器时采用）：末端执行器使夹紧力保（有滑觉传感器时采用）：末端执行器使夹紧力保持在能稳固抓取工件的最小值，以免损伤工件。此时机器人要持在能稳固抓取工件的最小值，以免损伤工件。此时机器人要抓住物体，必须确定最适当的握力大小。因此需检测出握力不抓住物体，必须确定最适当的握力大小。因此需检测出握力不够时物体的滑动，利用这一信号，在不损坏物体的情况下牢牢够时物体的滑动，利用这一信号，在不损坏物体的情况下牢牢抓住物体。抓住物体。ppt课件116 滑动觉滑动觉 用于检测物体接触面之间相对运动大小和方
45、向的用于检测物体接触面之间相对运动大小和方向的传感器。只限相对运动的检测，非表面状态检测传感器。只限相对运动的检测，非表面状态检测 常用的滑动检测方法：常用的滑动检测方法：、将滑动转换成滚球和滚柱的旋转；、将滑动转换成滚球和滚柱的旋转；、用压敏元件和触针，检测滑动时的微小振动；、用压敏元件和触针，检测滑动时的微小振动；ppt课件117它由一个金属球和触针组成，金属球表面分成许多个相间排列的导电和绝它由一个金属球和触针组成，金属球表面分成许多个相间排列的导电和绝缘小格。触针头很细，每次只能触及一格。当工件滑动时，金属球也随之转动，缘小格。触针头很细，每次只能触及一格。当工件滑动时，金属球也随之转
46、动，在触针上输出脉冲信号，脉冲信号的频率反映了滑移速度，个数对应滑移的距在触针上输出脉冲信号，脉冲信号的频率反映了滑移速度，个数对应滑移的距离。离。滚筒式滑觉传感器滚筒式滑觉传感器ppt课件118滑觉传感器工作原理滑觉传感器工作原理采用压觉传感器实现滑觉感知采用压觉传感器实现滑觉感知ppt课件119从抓取稳定性角度分析,基于摩擦锥理论ppt课件120 力敏电阻：阻值随垂直施加在表面的力的增加而力敏电阻：阻值随垂直施加在表面的力的增加而降低。降低。力敏电阻力敏电阻ppt课件121 接近觉传感器接近觉传感器 接近觉传感器：接近觉传感器：是检测对象物体与传感器距离信息的是检测对象物体与传感器距离信息
47、的一种传感器。利用距离信息测出对象物体的表面状态。一种传感器。利用距离信息测出对象物体的表面状态。接近觉是视觉传感器功能的一部分，但它只给出距离信接近觉是视觉传感器功能的一部分，但它只给出距离信息，接近觉传感器有电磁感应式、光电式、电容式、气息，接近觉传感器有电磁感应式、光电式、电容式、气压式、超声波和微波式等多种。实际使用应根据对象物压式、超声波和微波式等多种。实际使用应根据对象物体性质而定。体性质而定。接近觉感知对象接近的情况，其作用为：接近觉感知对象接近的情况，其作用为：(1)在接触到对象前获取信息，为后续动作先做准备；在接触到对象前获取信息，为后续动作先做准备；(2)发现障碍物，规定行
48、程范围，以免碰撞；发现障碍物，规定行程范围，以免碰撞；(3)得到关于对象表面形状的信息。得到关于对象表面形状的信息。目前常用的接近觉传感器有磁力式和超声波式，前目前常用的接近觉传感器有磁力式和超声波式，前者测距近，后者测距较远。者测距近，后者测距较远。ppt课件122一、电磁感应式接近觉传感器一、电磁感应式接近觉传感器 变化的磁场将在金属体内产生感应电流。这种电流的流线在金属体内是闭变化的磁场将在金属体内产生感应电流。这种电流的流线在金属体内是闭合的，所以称为合的，所以称为涡旋电流涡旋电流（简称（简称涡流涡流），而涡流的大小随金属体表面与线圈的），而涡流的大小随金属体表面与线圈的距离大小而变化
49、。当电感线圈内通以高频电流时，金属体表面的涡流电流反作距离大小而变化。当电感线圈内通以高频电流时，金属体表面的涡流电流反作用于线圈用于线圈L，改变，改变L内的电感大小。通过检测电感便可获得线圈与金属体表面的内的电感大小。通过检测电感便可获得线圈与金属体表面的距离信息。距离信息。ppt课件123二、电容式接近觉传感器二、电容式接近觉传感器 利用平板电容器的电容利用平板电容器的电容C与极板距离与极板距离d成反比的关系。其优点是对物体的颜成反比的关系。其优点是对物体的颜色、构造和表面都不敏感且实时性好；其缺点是必须将传感器本身作为一个极板，色、构造和表面都不敏感且实时性好；其缺点是必须将传感器本身作
50、为一个极板，被接近物作为另一个极板。这就要求被测物体是导体且必须接地，大大降低了其被接近物作为另一个极板。这就要求被测物体是导体且必须接地，大大降低了其实用性。实用性。ppt课件124三、超声波接近觉传感器三、超声波接近觉传感器 由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。位测量仪等都可以通过超声波来实现。ppt课件125四、光电式接近觉传感器四、光电式接近觉传感器ppt课件126注意：这里所说的远近是指红
