模块十二 传感器技术综合应用（课件）-《传感器检测技术》同步教学（电子工业版）

模块十二 传感器技术综合应用 课题一 机器人传感器 任务：机器人传感器应用实例分析 任务目标 ★ 了解集多种不同传感器为一体的机器人传感器的定义和组成方框图； ★ 了解机器人传感器的特点及应用。 一、机器人传感器概述 到目前为止，前面模块分别介绍了十种不同的传感器的工作原理和应用实例，基本上每个设备设计独立的传感器，其设备功能是单一的。本模块介绍集多种不同类型的传感器为一身且具有一定智能和明显代表性的两种传感技术典型，即机器人传感器和汽车用传感器。 关于机器人的概念，我们都不感到陌生，那什么叫机器人呢？可以给它下个定义即：计算机控制的能模拟人的感觉、手工操纵，具有自动行走能力而又足以完成有效工作的装置，称为机器人。按照其功能机器人已经发展到第三代，而传感器在机器人的发展过程中起着举足轻重的作用。第一代机器人是一种进行重复操作的机械，主要是通常所说的机械手，它虽配有电子存储装置，能记忆重复动作，然而因未采用传感器，所以没有适应外界环境变化的能力。 第二代机器人已初步具有感觉和反馈控制的能力，能进行识别、选取和判断，这是由于采用了传感器，使机器人具备了初步的智能。因而传感器的采用与否已成为衡量第二代机器人的重要特征。第三代机器人为高一级的智能机器人，“电脑化”是这一代机器人的重要标志。然而计算机处理的信息，必须要通过各种传感器来获取，因而这一代机器人需要有更多的性能更好的、功能更强的和集成度更高的传感器。机器人传感器可以被定义为一种能把机器人目标特性（或参量）变换为电量的输出装置。机器人通过传感器实现类似于人类的知觉作用，它具有类似人的肢体及感官功能；动作程序灵活；有一定程度的智能；在工作时可以不依赖人的操纵。 随着技术的发展，机器人应用范围日益扩大，要求它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十分必要，而且具有更高的要求。 二、机器人传感器的特点 机器人传感器可分为机器人内部传感器和机器人外部传感器两大类。 机器人内部传感器的功能是测量运动学及动力学参数，其提供信息的目的是控制机器人按规定的位置、轨迹、速度、加速度和受力大小来工作，以便调整和控制机器人的行为。 机器人外部传感器和人的视、听、嗅、味、触五官感觉相对应，故也称感觉传感器。 机器人感觉传感器的特点是： 1 传感器包括信息获取和处理两部分，并密切结合； 2 传感器检测的信息直接用于控制，以决定机器人的行动； 3 与过程控制传感器不同，感觉传感器具有既能检测信息又能随环境状态大幅度变化的功能，因此收集新信息能力强。 4 传感器对敏感材料的柔性和功能有特定要求。 由此可见感觉传感器不仅包括传感器装置本身，而且必须包含传感器信息处理装置。 传 感 器 检 测 内 容 检 测 器 件 应 用 触觉 接触 把握力 荷重 分布压力 多元力 力矩 滑动 限制开关 应变计、半导体感压 弹簧变位测量计 导电橡胶、感压高分子材料 应变计、半导体感压元件 压阻元件、电动机电流计 光学旋转检测器、光纤 动作顺序控制 把握力控制 张力控制、指压力控制 姿势、形状判别 装配力控制 协调控制 滑动判定、力控制 接近觉 接近 间隔 倾斜 光电开关、LED、激光、 红外光电晶体管、光电二极管 电磁线圈、超声波传感器 动作顺序控制 障碍物躲避 轨迹移动控制、探索 视觉 平面位置 距离 形状 缺陷 ITV摄像机、位置传感器 测距器 线图像传感器 面图像传感器 位置决定、控制 移动控制 物体识别、判别 检查、异常检测 色觉 对象的色彩及浓度 彩色摄像机、滤波器、彩色CCD 利用颜色识别对象的场合 听觉 声音 超声波 麦克风 超声波传感器 语言控制（人机接口） 移动控制 嗅觉 气体成分 气体传感器、射线传感器 化学成分探测 味觉 味道 离子传感器、pH计 化学成分探测 三、机器人传感器的分类 表12-1 机器人用外界检测传感器的分类 1．触觉传感器 机器人的触觉，实际上是人的触觉的某些模仿。它是有关机器人和对象之间直接接触的感觉，包括的内容较多，通常指以下几种： （1） 触觉：手指与被测物是否接触，接触图形的检测。 （2）压觉：垂直于机器人和对象物接触面上的力传感器。 （3）力觉：机器人动作时各自由度的力感觉。 （4） 滑觉：物体向着垂直于手指把握面的方向移动或变形。 若没有触觉，就不能完好平稳地抓住纸做的杯子，也不能握住工具。 机器人的触觉主要有两方面的内容： ① 检测功能：对操作物进行物理性质的检测，如表面光洁度、硬度等。其目的是感知危险状态，实施自我保护；另外是灵活地控制手指及关