第八章_机器人传感技术_20090603-1

机器人与信息自动化研究所InstituteofRobotics&AutomaticInformationSystem本课程知识结构图第一章：绪论(3学时)机器人学的由来机器人学的发展及分类预备知识(0～3学时)数学基础控制基础第三章：机器人运动学（6学时）引言机器人正运动学机器人逆运动学第四章：机器人动力学（3学时）引言拉格朗日－欧拉形式机器人动力学操作臂的机械结构设计第五章：机器人的轨迹规划（6学时）引言轨迹规划的一般性问题关节插值轨迹规划笛卡儿路径轨迹规划第七章：机器人编程语言（6学时）引言特点和分类VAL机器人语言遥操作软件环境第六章：机器人控制（12学时）引言PUMA机器人手臂控制机器人控制器设计的一般原则第八章：机器人传感器及机器人应用工程（3学时）传感器的定义、组成及在机器人中的作用。传感器的分类。几类传感器的原理介绍传感器技术的未来发展机器人应用工程现场实验演示教学（3～9学时）第二章：空间表达与变换(6学时)位置，映射；变换算法；变换方程；姿态的描述复习与讨论（代替第八章）（3学时）第八章：机器人传感器及机器人应用工程（3学时）传感器的定义、组成及分类;传感器在机器人中的作用;几类典型传感器的原理介绍;传感器技术的未来发展机器人应用工程2机器人与信息自动化研究所南开大学人机接口界面机器人语言的基本特点、分类工业机器人语言实例PUMA机器人语言VALRH6机器人语言第七章RobotProgrammingLanguage3机器人与信息自动化研究所南开大学第八章机器人传感器技术引言传感器特性、分类感知器的相关概念位置传感器速度传感器加速度传感器力和压力传感器力矩传感器微动开关可见光和红外传感器接触和触觉传感器接近觉传感器测距仪嗅觉传感器语音识别装置语音合成器4机器人与信息自动化研究所南开大学内部传感器：感受与其自身参数有关的内部信息，如位移、速度、加速度等；外部传感器：感受本体以外的外界物理信息，如形状、位置、受力、视觉、语音等。机器人传感器的分类机器人传感器为什么如此重要?5机器人与信息自动化研究所南开大学感知器的相关概念人类智能与人工智能器官功能与传感器信息载体机器人感觉器官的必要性6机器人与信息自动化研究所南开大学人类智能与人工智能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。7机器人与信息自动化研究所南开大学各种感觉的重要程度有差异吗?重要性由什么决定?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:痛觉热觉接近觉？气功？特异功能？天眼？8机器人与信息自动化研究所南开大学视力的原理9机器人与信息自动化研究所南开大学听力的原理10机器人与信息自动化研究所南开大学什么是传感器?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。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???ClandeShannon(1948)：信息是熵的减少，信息是一种减少不确定量的量。Ｗiener(1948)：“信息就是信息，不是物质，也不是能量”。Informationisinformation,notmatterorenergy.Nomaterialismwhichdoesnotadmitthiscansurviveatthepresentday.11机器人与信息自动化研究所南开大学信息载体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。其主要参数是某一材料的浓度、晶体结构和凝聚态。12机器人与信息自动化研究所南开大学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。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。3.人机交互的需要，接受指令，表达感情。CognitiveRobotics4.降低对机器人及其工作对象精度的要求。13机器人与信息自动化研究所南开大学传感器的特性成本、尺寸、重量输出的类型量程接口可重复性和分辨率精度、重复精度硬件可靠性、灵敏度响应时间频率响应可靠性14机器人与信息自动化研究所南开大学按特性和性能可将传感器作如下分类1.自生型——来自输入信号的能量直接变换成输出信号。如硒光电池2.调制型——主要能量供给不是输入信号．而是一个辅助能源，适合检测弱信号。3.绝对型——传感器的输出在任何时候都代表传感器的输入。这种传感器的典型例子是电位计。4.增量型——传感器的输出仅代表传感器输人的改变，这些改变的积累才是真实传感器输入。使用传感器以前要求定标，以保证积累值跟真实传感器输入一致。增量型编码器是这类传感器的实例。15机器人与信息自动化研究所南开大学二次表加工处理过程：信息预处理：滤波、平滑、线性化、数据分组等信号变送：将微弱的一次检测信号变为抗干扰性强的标准信号，如0～5v或4～20mA信息处理：内容非常丰富。被测信号测量仪器的构成广义传感器输出信号处理部分放大/变换输入匹配测量环境狭义传感器检出器16机器人与信息自动化研究所南开大学几种典型传感器还有林林种种的传感器……17机器人与信息自动化研究所南开大学位置传感器——用于测量角位移和线位移电位器—通过把位置信息转化为随位置变化的电压。18机器人与信息自动化研究所南开大学位置传感器——用于测量角位移和线位移19机器人与信息自动化研究所南开大学编码器—增量式和绝对式在圆盘上有规则地刻有透光和不透光的线条，在圆盘两侧，安放发光元件和光敏元件。绝对式编码器与增量式编码器不同之处在于圆盘上透光、不透光的线条图形，绝对编码器可有若干编码，根据读出码盘上的编码，检测绝对位置。位置传感器——用于测量角位移和线位移20机器人与信息自动化研究所南开大学绝对位置光轴编码器21机器人与信息自动化研究所南开大学绝对编码器4位二进制编码9位格林码22机器人与信息自动化研究所南开大学编码的重要性23机器人与信息自动化研究所南开大学3线位移差动变压器线位移差动变压器（LVDT）实际上就是个变压器，他的铁心随被测位移移动，同时将随位移变化的模拟电压输出作为位移的测量结果。24机器人与信息自动化研究所南开大学速度传感器通过对控制器编程，可以将指定时间内脉冲信号的个数转化为速度信息。