专题十九 机器人中的传感器（教案）-浙江省职教高考《传感器及应用》第2版-讲练测

专题十九.机器人中的传感器（讲义）-《传感器及应用》第2版 专题复习讲练测 [考纲要求] 1.能够概述机器人与传感器的关系：理解机器人作为智能设备，传感器作为机器人的感知器官的概念，以及传感器在机器人中的重要性和作用。 2. 能够对机器人传感器进行分类：了解传感器的分类方法，掌握视觉传感器、触觉传感器、接近觉传感器以及其他机器人传感器各自的特点和应用领域。 3. 能够理解视觉传感器在机器人中的应用：了解视觉传感器通过获取图像和视觉信息来帮助机器人感知和理解环境，掌握视觉传感器在自动驾驶、机器人导航、目标识别等方面的应用。 4. 能够掌握不同类型的触觉传感器及其应用：了解接触觉传感器、压觉传感器、力觉传感器和滑觉传感器的原理和功能，掌握它们在机器人中感知接触力、质地和形状等特征的应用。 5. 能够了解其他机器人传感器：了解接近觉传感器以及其他常见的机器人传感器，如声音传感器、惯性传感器等的原理和应用，了解它们在机器人感知和交互中的作用。 [课时安排] 2课时 [知识梳理] 1.机器人与传感器 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。 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与过程控制用传感器不同，感觉传感器既能检测信息，又有随环境状态大幅度变化的功能，因此信息收集能力强；④传感器对敏感材料的柔性和功能有特定要求。 2.机器人传感器的分类 机器人传感器可分为内部检测传感器和外界检测传感器两大类。 内部检测传感器以机器人本身的坐标轴来确定其位置，安装在机器人自身中用来感知它自己的状态，以调整和控制机器人的行动。内部检测传感器通常由位置、加速度、速度及压力传感器组成。 外界检测传感器用于机器人获取周围环境、目标物的状态特征信息，使机器人与环境能发生交互作用，从而使机器人对环境有自校正和自适应能力。外界检测传感器通常包括视觉、触觉、接近觉等传感器。 3. 视觉传感器 1）机器人视觉 对机器人来说视觉传感器也是最重要的传感器。视觉作用的过程：三维实物——传感器——图像处理——景像描述。 客观世界中的三维实物经由传感器(如摄像机)成为平面的二维图像，再经处理部件给出景象的描述。 2） 视觉传感器 (1)人工网膜 人工网膜是用光电管阵列代替视网膜感受光信号。其最简单的形式是3×3的光电管矩阵，多的可达256×256个像素的阵列甚至更高。 (2)光电探测器件 最简单的单个光探测器是光导管和光敏二极管，光导管的电阻随所受的光照度而变化，而光敏二极管像太阳能电池一样是一种光生伏特器件。 3）机器人视觉传感器的组成 典型机器人视觉传感器的组成原理 光电变换——A/D转换——数据预处理——状态量特性量的计算——识别 光电变换和A/D转换组成视觉检测部分。数据预处理包括对图像数据的存储与分析。第四部分中的状态量是指对象物体的位置和方向，根据需要还可算出移动速度等。一般根据重心来确定对象的位置，根据状态量机器人可进行操作。特性量的计算即从物体图像中提取特征的过程，称为描绘技术。识别是一个标明的过程，识别算法功能是给景物中每个描绘中的物体一个标号，例如扳手、螺栓、螺帽等。 4.触觉传感器 视觉用于掌握对象及其周围环境等大范围的状况，它被用作诸如确定操作步骤等的宏观判断。而触觉则用来承担执行操作过程的微观判断，它可用于操作步骤细微变动时对机器人的实时控制。机器人触觉可分为接触觉，压觉，力觉，滑觉等四种。以下简要介绍这四种传感器的原理与结构。 1）接触觉传感器 接触觉(简称“触觉”)传感器用来检测机器人的某些部位与外界物体是否接触。 机器人触觉传感器最简单的形式是，将滚轮与控制杆等特殊形状的传动装置安装在微动开关上。这种开关配置在机器人手腕的各部位，如内外侧、上下侧及手指的指端左右。开关获得的信息决定于臂的动作，抓握状态由手指内侧开关确定。 2）压觉传感器 压觉传感器用来检测机器人手爪握持面上承受的压力大小和分布。分布式压觉传感器是前述分布式触觉传感器的引申。目前，按所用的功能材料不同，压觉传感器有以下几种类型： ①用内阻随压力变化的压敏导电橡胶或导电塑料，将多个这种传感器密集配置成阵列，即可检测压力的分布。 ②用偏聚二氟乙烯(PVE,) 等压电薄膜的压觉传感器。这种传感器的感觉功能类似于人的皮肤，它有耐腐蚀、频带宽和灵敏度高等优点，缺点是无直流响应，不能直接检测静态信号。 ③ 将半导体力敏器件与信号处理电路集成在一起，构成集成压敏传感器。它体积小、能批量生产、易于同计算机接口，是今后传感器的发展方向。 ④磁弹式压磁传感器，其阵列的扫描方式与针式差动变压器型接触传感器相同。压磁器件有较强