传感器检测技术及应用课件--新型传感器及其应用.ppt

项目8 新型传感器及其应用
1
机器人传感器
机器人可以被定义为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。
机器人传感器可以被定义为一种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。
2
机器人传感器的应用现状和发展趋势
传感器在机器人的发展过程中起着举足轻重的作用。传感器的运用程度已成为衡量机器人智能高低的重要特征。
我们要求机器人应具有自我学习、自我补偿、自我诊断能力,应能具备神经网络,能从事越来越复杂的工作,对变化的环境能有更强的适应能力,要求能进行更精确的定位和控制,因而对传感器的应用不仅是十分必要的,而且具有更高的要求。机器人大脑(计算机)处理的信息,必须要通过各种传感器来获取,因而智能机器人需要有更多的、性能更好的、功能更强的、集成度更高的传感器。
3
机器人的传感系统
机器人传感系统是机器人与外界进行信息交换的主要窗口,机器人根据布置在机器人身上的不同传感元件对周围环境状态进行瞬间测量,将结果通过接口送入单片机进行分析处理,控制系统则通过分析结果按预先编写的程序对执行元件下达相应的动作命令。传感器接收能源并传送一个信号到显示器或计算机。传感器使用变换器将输入的信号(声音、光线、压力、温度等)改变成机器人可以使用的模拟或数字形式。机器人必须一边对外界信息作出判断,一边采取有效的处理措施。
4
人类五官感觉与各种传感器之间的对应关系
感觉
物理/化学量
传感器用例
视觉(眼)
光
光电二极管、光电三极管,D图像传感器、CMOS图像传感器
听觉(耳)
音
麦克风
嗅觉(鼻)
气体
气体传感器、气味传感器
味觉(舌)
水质
pH传感器
触觉(皮肤)
温度
热敏电阻,热电偶,半导体温度传感器
压力
触觉传感器、半导体压力传感器、应变仪、感压传感器
5
机器人对传感器的要求和分类

(1) 精度高、可靠性高、稳定性好。智能机器人在感知系统的帮助下,自主完成人类指定的工作。如果传感器的精度差,会影响机器人的作业质量;如果传感器不稳定或可靠性不高,很容易导致智能机器人出现故障,轻者导致工作不能正常进行,重者还会造成严重的事故。因此,传感器的可靠性和稳定性是智能机器人对其最基本的要求。
(2) 抗干扰能力强。智能机器人的传感器往往工作在未知的、恶劣的环境中,因此要求传感器具有抗电磁干扰、振动,灰尘和油污等恶劣环境的能力。
(3) 重量轻、体积小。对于安装在机器人手臂等运动部件上的传感器,重量要轻,否则会加大运动部件的惯性,影响机器人的运动性能。对于工作空间受到某种限制的机器人,对体积和安装方向的要求也是必不可少的。
(4) 安全。智能机器人的安全问题包括两个方面,一方面是智能机器人的自我保护,另一方面则是智能机器人为保护人类安全不受侵犯而采取的措施。
6
2. 机器人传感器的分类
7
机器人运动和速度传感器

位置检测和位移检测是机器人最基本的感觉要求。
常用的机器人位移传感器有电阻式、电容式、电感式位移传感器,光电式位移传感器,霍尔元件位移传感器、光栅式、磁栅式位移传感器以及机械式位移传感器等。
8
机器人力觉传感器
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。
常用的机器人力传感器和力矩传感器有电阻应变式力传感器、压电式力传感器、电容式力传感器、电感式力传感器以及各种外力传感器等。
力觉传感器的共同特点是,首先通过弹性敏感元件将被测力(或力矩)转换成某种位移量或变形量,然后通过各自的敏感介质把位移量转换成能够输出的电量。
9
力觉传感器特点
力觉传感器用于感知机器人的指、肢和关节在工作和运动中所受力的大小和方向。
特点:检测多维作用力。
主要部件:应变片、压电传感器、电容式传感器、光电式传感器和电磁式力传感器。
按位置分为三种形式:关节力传感器、腕力传感器、基座传感器。
10