机器人学及其智能控制第3章 机器人的感知系统.ppt

机器人学及其智能控制

第三章机器人的感知系统机器人的感知系统常用内部传感器1.位置传感器当前机器人系统中应用的位置传感器一般为编码器。所谓编码器即是将某种物理量转换为数字格式的装置。机器人运动控制系统中编码器的作用是将位置和角度等参数转换为数字量。可采用电接触、磁效应、电容效应和光电转换等机理，形成各种类型的编码器。最常见的编码器是光电编码器。根据其结构形式分类有旋转光电编码器（光电码盘）和直线光电编码器（光栅尺），可分别用于机器人的旋转关节或直线运动关节的位置检测。 机器人的感知系统 透射式旋转光电编码器透射式旋转光电编码器光电转换电路机器人的感知系统常用内部传感器2速度传感器速度传感器是机器人内部传感器之一，是闭环控制系统中不可缺少的重要组成部分，它用来测量机器人关节的运动速度。可以进行速度测量的传感器很多，例如进行位置测量的传感器大多可同时获得速度的信息。但是应用最广泛，能直接得到代表转速的电压且具有良好的实时性的速度测量传感器是测速发电机。在机器人控制系统中，以速度为首要目标进行伺服控制并不常见，更常见的是机器人的位置控制。当然如果需要考虑机器人运动过程的品质时，速度传感器、甚至加速度传感器都是需要的。 机器人的感知系统测速发电机在控制系统中的应用增量编码器用作速度传感器示意图机器人的感知系统常用内部传感器3加速度传感器随着机器人的高速化、高精度化，由机械运动部分刚性不足所引起的振动问题开始得到关注。作为抑制振动问题的对策，有时在机器人的各杆件上安装加速度传感器，测量振动加速度，并把它反馈到杆件底部的驱动器上，有时把加速度传感器安装在机器人末端执行器上，将测得的加速度进行数值积分，加到反馈环节中，以改善机器人的性能。从测量振动的目的出发，加速度传感器日趋受到重视。 机器人的感知系统应变片加速度传感器机器人的感知系统常用内部传感器4倾角传感器倾斜角传感器测量重力的方向，应用于机器人末端执行器或移动机器人的姿态控制中。根据测量原理不同，倾斜角传感器分为液体式和垂直振子式等。 机器人的感知系统液体式倾斜角传感器电解液式倾斜角传感器机器人的感知系统常用内部传感器5力觉传感器力觉是指对机器人的指、肢和关节等运动中所受力的感知，主要包括腕力觉、关节力觉和支座力觉等，根据被测对象的负载，可以把力传感器分为测力传感器（单轴力传感器）、力矩表（单轴力矩传感器）、手指传感器（检测机器人手指作用力的超小型单轴力传感器）和六轴力觉传感器等。 机器人的感知系统筒式6自由度腕力传感器机器人的感知系统常用外部传感器1视觉传感器人工视觉系统中，相当于眼睛视觉细胞的光电转换器件有光电二极管、光电三极管和CCD图像传感器等。过去使用的管球形光电转换器件，由于工作电压高、耗电量多、体积大，随着半导体技术的发展，它们逐渐被固态器件所取代机器人的感知系统CCD图像传感器的信号扫描原理机器人的感知系统常用外部传感器2触觉传感器人的触觉包括接触觉、压觉、冷热觉、滑动觉、痛觉等，这些感知能力对于人类是非常重要的，是其他感知能力（如视觉）所不能完全替代的。接触觉感知是否与其他物体接触，在机器人中使用触觉传感器主要有三个方面作用。第一，使操作动作适宜，如感知手指同对象物之间的作用力，便可判定动作是否适当。还可以用这种力作为反馈信号，通过调整使给定的作业程序实现灵活的动作控制。这一作用是视觉无法代替的。第二，识别操作对象的属性，如大小、质量、硬度等。有时也可以代替视觉进行一定程度的形状识别，在视觉无法起作用的场合，这一点很重要。机器人的感知系统D-截面导电橡胶触觉传感器机器人的感知系统常用外部传感器3接近度传感器接近度传感器是机器人用以探测自身与周围物体之间相对位置和距离的传感器。它的使用对机器人工作过程中适时地进行轨迹规划与防止事故发生具有重要意义。它主要起以下三个方面的作用：（1）在接触对象物前得到必要的信息，为后面动作做准备；（2）发现障碍物时，改变路经或停止，以免发生碰撞；（3）得到对象物体表面形状的信息。机器人的感知系统磁力式传感器