第十二讲 机器人感知与智能课件.ppt

第六章 机器人感知与智能
第一节 根本概念与相关理论
第二节 机器人的感觉与传感器
第三节 机器人信息识别、表达与融合
第四节 机器人智能
第五节 应用系统举例
山东大学机械工程学院机电工程研究所2021/09/02
第
第一节 根本概念与相关理论
到20世纪80年代，国际上基于知觉控制的机器人已经开始走向实用化阶段，基于知识的智能机器人的研究仍处于比较低级的层次。
目前，智能机器人的研究重点在通过多传感器信息融合等技术，提高机器人的性能和可靠性，扩大机器人的应用领域。
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第二节 机器人知觉与传感器
位置、转角传感器
当前，常用的位置、转角传感器有：
1、光栅尺： 2、光电角编码器。
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一、光栅尺
根据摩尔条纹原理，通过光电转换，以数字方式表示线性位移量的高精度位移传感器。具有检测范围大，检测精度高，响应速度快的特点。
1、光栅与莫尔条纹
通过印刷技术在不透明的介质上形成密集的透明条纹〔刻痕〕，条纹间的距离称为栅距〔节距〕，每毫米刻痕的多少称为光栅常数。
莫尔条纹：当指示光栅上的线纹和标尺光栅上的线纹之间形成一个小角度θ，并且两个光栅尺刻面相对平行放置时，在光源的照射下，位于几乎垂直的栅纹上，形成明暗相间的条纹。这种条纹称为“莫尔条纹〞；两光栅相互运动时间看到的是莫尔条纹运动。
第二节 机器人知觉与传感器
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第二节 机器人知觉与传感器
严格地说，莫尔条纹排列的方向是与两片光栅线纹夹角的平分线相垂直。莫尔条纹中两条亮纹或两条暗纹之间的距离称为莫尔条纹的宽度，以W表示，设光栅的栅距为d，两光栅的夹角为θ，那么：
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两光栅交点由栅线序数N、M组成。
K=M－N
第二节 机器人知觉与传感器
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长光栅光闸莫尔条纹
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莫尔条纹的特点：
1〕、莫尔条纹的变化规律
两片光栅相对移过一个栅距，莫尔条纹移过一个条纹距离。由于光的衍射与干预作用，莫尔条纹的变化规律近似正(余)弦函数，变化周期数与光栅相对位移的栅距数同步。
2〕、放大作用
在两光栅栅线夹角较小的情况下，莫尔条纹宽度W和光栅栅距d、栅线角θ之间有以下关系：
　　 W= d /θ
由于栅线角θ很小，W>>d。
第二节 机器人知觉与传感器
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3〕、误差平均。
莫尔条纹是由假设干光栅条纹共用形成，这样栅距之间的相邻误差就被平均化了，消除了由于栅距不均匀、断裂等造成的误差。
2、分类
按照制造方法和光学原理的不同，分为透射光栅尺和反射光栅尺。
透射光栅尺的光源与接收装置分别放置在光栅尺的两侧，通过接收光栅尺透过来的衍射光变化来反响位置变化。比较通用的是玻璃光栅。.
反射光栅指的是光源与接收装置安装在光栅尺的同一侧，通过接收光栅尺反射回来的衍射光变化来反响位置变化。比较通用的有钢带光栅。
第二节 机器人知觉与传感器
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透射式光栅
第二节 机器人知觉与传感器
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反射式光栅
第二节 机器人知觉与传感器
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3、检测与数据处理
　随着光栅的移动，莫尔条纹也随之上下移动。这样就把对光栅栅距的测量转换为对莫尔条纹个数的测量。
　 在一个莫尔条纹宽度内，按照一定间隔放置4个光电器件就能实现电子细分与判向功能。
两路相位不同的光电信号，其相位差为π/2，为得到判向和计数脉冲，需对这两路信号整形为方波。然后，通过对方波的相位进行判别比较，就可以得到光栅尺的移动方向。通过对方波脉冲进行计数，可以得到光栅尺的位移和速度。
第二节 机器人知觉与传感器
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4、技术参数
● 测量范围：50mm～3000mm ●测量精度：±6um/m～±10um/m ●测量基准〔栅距〕：光栅周期20µm的光学玻璃尺。 ●光学测量方式：透射式、反射式
●反响速度：