文档介绍：机械电子学院机械电子学院 School of Mechanical & Electronic Engineering School of Mechanical & Electronic Engineering 工业机器人工业机器人主讲:牛雪娟杜玉红 Industrial Robot 机械电子学院机械电子学院 2第五章第五章机器人的控制系统机器人的控制系统 机器人传感器机器人传感器 驱动与运动控制系统驱动与运动控制系统机械电子学院机械电子学院 3 多传感器在移动机器人中的应用外 界 环 境视觉1 视觉2 超声波传感器红外接近觉立体视觉地标识别障碍探测目标物探测景物识别内部传感器融合力觉触觉环境模型定位避障操作规划学****路径规划任务规划:执行机构控制指令感觉功能 1、机器人传感器概述机械电子学院机械电子学院 4 1、机器人传感器概述机器人传感器: 传感器是一种以一定精度将被测量(如位移、力、加速度、温度等)转换为与之有确定对应关系、易于精确处理和测量的某种物理量(如电量)的测量部件或装置。完整的传感器应包括敏感元件、转换元件、基本转换电路三部分。敏感元件的基本功能是将某种不便测量的物理量转换为易于测量的物理量,转换元件与敏感元件一起构成传感器的结构部分,而基本转换电路是将敏感元件产生的易测量小信号进行变换,使传感器的信号输出符合具体工业系统的要求(如4~20mA 、0~5V) 。机械电子学院机械电子学院 5 种类:: (1) 简单触觉——确定工件对象是否存在。(2) 复合触觉——确定工件对象是否存在以及它的尺寸和形状等。(3) 简单力觉——单维力的测量。(4) 复合力觉——多维力的测量。(5) 接近觉——工作对象的非接触探测。(6) 简单视觉——孔、边、拐角等的检测。(7) 复合视觉——识别工作对象的形状(8) 位置传感器(9) 速度传感器(10) 一些特殊领域应用的机器人还可能需要具有温度、湿度、压力、滑动量、化学性质等感觉能力方面的传感器。机械电子学院机械电子学院 6 视觉 20世纪 50年代后期出现,发展十分迅速,是机器人中最重要的传感器之一。机器视觉从 20世纪 60年代开始首先处理积木世界,后来发展到处理室外的现实世界。 20世纪 70年代以后,实用性的视觉系统出现了。视觉一般包括三个过程: 图像获取、图像处理和图像理解。相对而言,图像理解技术还很落后。力觉机器人力传感器就安装部位来讲,可以分为关节力传感器、腕力传感器和指力传感器。国际上对腕力传感器的研究是从 20世纪70年代开始的,主要研究单位有美国的 DRAPER 实验室、 SRI 研究所、 IBM 公司和日本的日立公司、东京大学等单位。几种主要的机器人传感器简介机械电子学院机械电子学院 7 触觉作为视觉的补充,触觉能感知目标物体的表面性能和物理特性:柔软性、硬度、弹性、粗糙度和导热性等。对它的研究从 20 世纪 80年代初开始,到 20世纪 90年代初已取得了大量的成果。接近觉研究它的目的是使机器人在移动或操作过程中获知目标(障碍)物的接近程度,移动机器人可以实现避障,操作机器人可避免手爪对目标物由于接近速度过快造成的冲击。机械电子学院机械电子学院 8 传感器的性能指标(1) 基本参数:包括量程、测量范围、过载能力、灵敏度、静态精度和动态性能(频率特性及阶跃特性)。(2) 环境参数,包括温度、振动冲击及其他参数(潮湿、腐蚀及抗电磁干扰等)。(3) 使用条件,包括电源、尺寸、安装方式、电信号接口及校准周期等。机械电子学院机械电子学院 9 常用的一些参数指标:1)灵敏度输出信号达到稳定时,输出信号变化与输入信号变化的比值。 2)线性度传感器输出信号与输入信号之间的线性程度常用的线性化方法有割线法、最小二乘法、最小误差法等。机械电子学院机械电子学院 10 3)精度传感器的测量输出值与实际被测量值之间的差值。应该注意传感器精度的使用条件和测量方法。用于校准传感器精度的测量仪器必须具有高一级的精度,精度测试也需要考虑到最坏的工作条件。 4)重复性传感器在其输入信号按同一方式进行全量程连续多次测量时,相应测试结果的变化程度。对于示教-再现型机器人,传感器的重复性至关重要