機器人設計教程

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1、機 器 人 原 理 及 應 用 機 器 人 的 感 覺Senses of Robotics4.1 傳 感 器 的 種 類4.2 觸 覺 信 息 的 獲 取4.3 視 覺 信 息 的 獲 取4.4 距 離 信 息 的 獲 取 Senses of Robotics 4.1 傳 感 器 的 種 類 1.傳 感 器 的 分 類 內(nèi) 部 傳 感 器 ： 檢 測 機 器 人 本 身 狀 態(tài) （ 手 臂 間 角 度等 ） 的 傳 感 器 。 外 部 傳 感 器 ： 檢 測 機 器 人 所 處 環(huán) 境 （ 是 什 么 物 體 ，離 物 體 的 距 離 有 多 遠 等 ） 及 狀 況 （ 抓 取 的 物 體 滑

2、 落 等 ）的 傳 感 器 。 外 部 傳 感 器 分 為 末 端 執(zhí) 行 器 傳 感 器 和 環(huán) 境 傳 感 器 。 末 端 執(zhí) 行 器 傳 感 器 ： 主 要 裝 在 作 為 末 端 執(zhí) 行 器 的手 上 ， 檢 測 處 理 精 巧 作 業(yè) 的 感 覺 信 息 。 相 當 于 觸 覺 。 環(huán) 境 傳 感 器 ： 用 于 識 別 物 體 和 檢 測 物 體 與 機 器 人的 距 離 。 相 當 于 視 覺 。 4.1 傳 感 器 的 種 類 2.內(nèi) 部 狀 態(tài) 的 感 覺 （ 1） 位 置 和 角 度 傳 感 器 典 型 的 傳 感 器 是 電 位 計 。 檢 測 的 是 以 電 阻 中心

3、為 基 準 位 置 的 移 動 距 離 。 E： 輸 入 電 壓 L： 最 大 移 動 距 離 觸 頭 X： 向 左 端 移 動 的 距 離 E： 電 阻 右 側(cè) 的 輸 出 電 壓Senses of Robotics E EeL )2( 4.1 傳 感 器 的 種 類 2.內(nèi) 部 狀 態(tài) 的 感 覺 （ 1） 位 置 和 角 度 傳 感 器 另 有 光 電 傳 感 器 。 Senses of Robotics 4.1 傳 感 器 的 種 類 2.內(nèi) 部 狀 態(tài) 的 感 覺 (2)角 度 傳 感 器 ： 回 轉(zhuǎn) 式 編 碼 器 。Senses of Robotics Senses of Rob

4、otics 4.1 傳 感 器 的 種 類 3.外 部 狀 況 的 感 覺 （ 1） 物 體 識 別 傳 感 器 典 型 的 是 視 覺 傳 感 器 。 如 攝 像 機 。 視 覺 是 利 用 光 （ 機 器 人 可 用 紅 外 線 等 ） 的 非 接 觸 方 式 。 觸 覺 也 能 識 別 物 體 。 機 器 人 可 以 用 觸 覺 傳 感 器 來 實 現(xiàn) 這 種 機 能 。 Senses of Robotics 4.1 傳 感 器 的 種 類 3.外 部 狀 況 的 感 覺 （ 2） 物 體 探 測 傳 感 器 視 覺 傳 感 器 是 一 種 識 別 物 體 而 且 知 道 其 存 在 的

5、 傳 感 器 。 例 如 光 電 開 關 。 視 覺 傳 感 器 、 光 電 開 關 和 超 聲 波 傳 感 器 ， 即 使 物 體 較 遠 也 能 探 測 其 存 在 。 Senses of Robotics 4.1 傳 感 器 的 種 類 3.外 部 狀 況 的 感 覺 （ 3） 極 近 物 體 探 測 傳 感 器 探 測 非 常 近 的 物 體 存 在 的 傳 感 器 稱 為 接 近 傳 感 器 。 Senses of Robotics 4.1 傳 感 器 的 種 類 3.外 部 狀 況 的 感 覺 （ 4） 距 離 傳 感 器 攝 像 機 做 距 離 傳 感 器 。 具 體 留 待 5

6、.4節(jié) 介 紹 。 超 聲 波 做 距 離 傳 感 器 。 可 用 于 魚 群 探 測 、 金 屬 內(nèi) 部 探 傷 等 方 面 。 Senses of Robotics 4.1 傳 感 器 的 種 類 3.外 部 狀 況 的 感 覺 （ 5） 力 覺 傳 感 器 力 覺 傳 感 器 是 檢 測 力 和 力 矩 的 施 加 地 點 大 小 方 向 三 個 兩 的 傳 感 器 。 力 的 檢 測 主 要 是 用 電 阻 應 變 片 （ 參 看 5.2節(jié) ） 。 Senses of Robotics 4.1 傳 感 器 的 種 類 3.外 部 狀 況 的 感 覺 （ 6） 其 他 傳 感 器 利 用

7、 聲 波 ： 語 音 識 別 傳 感 器 。 分 析 振 動 聲 音 探 測 機 械 故 障 的 點 傳 感 器 。 熱 傳 感 器 ： 點 檢 傳 感 器 。 通 過 分 析 敲 打 的 聲 音 測 定 果 品 成 熟 程 度 的 傳 感 器 。 根 據(jù) 近 紅 外 線 的 糖 度 吸 收 程 度 測 定 水 果 甜 度 的 傳 感 器 東 南 大 學 遠 程 教 育機 器 人 原 理 及 應 用第 二 十 七 講主 講 教 師 ： 王 興 松 Senses of Robotics 4.2 觸 覺 信 息 的 獲 取 1.接 觸 覺 傳 感 器 接 觸 覺 傳 感 器 ： 探 測 是 否 接

8、 觸 到 物 體 ， 傳 感 器 接受 由 于 接 觸 產(chǎn) 生 的 柔 量 。 微 動 開 關 ： 按 下 開 關 就 能 進 入 電 信 號 的 簡 單 機 構(gòu) 。 貓 胡 須 傳 感 器 ： 如 圖 a,b Senses of Robotics 4.2 觸 覺 信 息 的 獲 取 2.壓 覺 傳 感 器 壓 覺 傳 感 器 ： 檢 測 物 體 同 手 爪 間 產(chǎn) 生 的 壓 力 和 力以 及 其 分 布 情 況 。 利 用 壓 電 元 件 或 彈 簧 。 如 圖 是 使 用 彈 簧 的 平 面 傳 感 器 。 Senses of Robotics 4.2 觸 覺 信 息 的 獲 取 3.滑

9、 覺 傳 感 器 滑 覺 傳 感 器 ： 檢 測 垂 直 加 壓 力 方 向 的 力 和 位 移 。 東 南 大 學 遠 程 教 育機 器 人 原 理 及 應 用第 二 十 八 講主 講 教 師 ： 王 興 松 Senses of Robotics 4.2 觸 覺 信 息 的 獲 取 4.力 覺 傳 感 器 力 覺 傳 感 器 主 要 利 用 電 阻 應 變 片 。 原 理 ： 金 屬 絲 拉 伸 時 電 阻 變 大 。 Senses of Robotics 4.2 觸 覺 信 息 的 獲 取 圖 中 電 壓 與 電 流 關 系 ： 則 ： 所 以 ： 2211 21;)( 2)2( RIVI

10、RRV RIIRRV R RVVVV 4 21 V VRR 4 Senses of Robotics 4.2 視 覺 信 息 的 獲 取 1.PSD（ position sensitive device） 傳 感 器 PSD傳 感 器 ： 當 光 束 照 射 到 1維 的 線 和 2維 的 平 面 時 ，檢 測 光 照 射 的 位 置 。L ： 電 極 1與 電 極 2的 距 離 。I 1： 流 過 電 極 1的 電 流 。I2： 流 過 電 極 2的 電 流 。X： 光 照 射 點 與 電 極 1的 距 離 。 211 IILx 東 南 大 學 遠 程 教 育機 器 人 原 理 及 應 用第

11、 二 十 九 講主 講 教 師 ： 王 興 松 Senses of Robotics 4.3 視 覺 信 息 的 獲 取 2.視 覺 傳 感 器 機 器 人 通 過 攝 像 機 以 圖 像 的 形 式 獲 得 環(huán) 境 的 信 息 。 （ 1） CCD(charge coupled device)傳 感 器 。 CCD陣 列 ， 二 維 掃 描 ， 對 表 示 灰 度 的 電 壓 采 樣 ， 二 值 數(shù) 字 化 處 理 。 每 一 定 時 間 間 隔 掃 描 一 遍 。 Senses of Robotics 4.3 視 覺 信 息 的 獲 取 2.視 覺 傳 感 器 （ 2） 圖 像 的 投 影

12、 。O ： 原 點 ， 透 鏡 中 心 。Z軸 ： 光 軸 ， 攝 像 機 的 前 方 。xy軸 ： 組 成 圖 像 面 。P點 ： 物 體 上 一 點 。p點 ：P在 圖 像 面 上 的 投 影 。 ZfYyZfXx , Senses of Robotics 4.3 視 覺 信 息 的 獲 取 3.形 狀 傳 感 器 （ 1） 利 用 CCD攝 像 機 拍 攝 穿 透 光 。 熱 噪 聲 的 干 擾 。 透 明 物 體 不 能 準 確 識 別 。 （ 2） 若 形 狀 有 特 征 ， 可 用 輪 廓 識 別 物 體 。 例 ： 由 手 印 鑒 別 每 個 人 。 由 形 狀 識 別 機 械

13、零 件 。 Senses of Robotics 4.3 視 覺 信 息 的 獲 取 4.光 切 斷 傳 感 器 將 通 過 狹 縫 照 射 的 面 狀 光 投 射 到 物 體 上 ， 再 檢 測反 射 光 。 :狹 縫 光 源 的 俯 角 。2d :投 射 在 物 體 上 的 兩 直 線 光 源 間 的 距 離 。LWH:分 別 是 物 體 的 長 寬 高 。tandH Senses of Robotics 4.3 視 覺 信 息 的 獲 ?。?物 體 與 傳 送 帶 所 成 的 角 度 。 W： 物 體 上 照 射 線 的 長 度 。 l： 物 體 在 傳 送 帶 上 所 占 的 長 度

14、。 coswW sincos WLl 東 南 大 學 遠 程 教 育機 器 人 原 理 及 應 用第 三 十 講主 講 教 師 ： 王 興 松 Senses of Robotics 4.3 視 覺 信 息 的 獲 取 5.全 方 位 視 覺 傳 感 器 （ 1） 使 攝 像 機 回 轉(zhuǎn) 的 方 式 。 （ 2） 帶 有 特 殊 反 射 鏡 的 攝 像 機 。 （ 如 圖 ） Senses of Robotics 4.3 視 覺 信 息 的 獲 取 5.全 方 位 視 覺 傳 感 器 鏡 面 方 程 表 達 式 ：P ： 空 間 內(nèi) 一 點 。p ：P在 攝 像 機 上 所 成 的 像 。O M

15、： 反 射 鏡 的 一 個 焦 點 。OC： 反 射 鏡 的 另 一 個 焦 點 。O ： 坐 標 原 點 。f ： 攝 像 機 透 鏡 的 焦 距 。 : 直 線OM P的 仰 角 。 ： 反 射 鏡 面 反 射 光 的 仰 角 。 1)( 22222 bZaYX Senses of Robotics 4.3 視 覺 信 息 的 獲 取 5.全 方 位 視 覺 傳 感 器： 點p也 是 點P的 方 位 角 cos)( 2sin)(tantan tantan 22 221 221 22 cb bccb yx f cYXZ xyXY 4.4 距 離 信 息 的 獲 取 1.雙 目 視 覺 由 于

16、 視 差 得 到 距 離 感 覺 。O1 ： 攝 像 機 1的 透 鏡 中 心 。O2 ： 攝 像 機 1的 透 鏡 中 心 。P ： 空 間 一 點 。p1 ：P在 攝 像 機1上 的 圖 像 。p2 ：P在 攝 像 機1上 的 圖 像 。Senses of Robotics Senses of Robotics 4.4 距 離 信 息 的 獲 取 2.投 光 法 投 光 法 ： 采 用 主 動 光 照 射 對 象 物 體 ， 用 攝 像 機 把照 射 點 捕 捉 到 圖 像 上 ， 再 用 三 角 測 量 算 出 距 離 。 例 ： 測 距 計 ： 一 種 把 雙 目 視 覺 一 側(cè) 的 攝 像 機 置 換成 投 光 機 的 裝 置 。 一 般 以 激 光 為 光 源 。 Senses of Robotics 4.4 距 離 信 息 的 獲 取 2.投 光 法 （ 1） 點 光 源： 激 光 的 照 射 角 度 。d :透 鏡 中 心 同 光 源 間 的 距 離 。XYZ:P的 三 維 位 置 。 tantan /tan tan /tan1 tanxf dyY xfdX fxdZ Senses of Robotics 4.4 距 離 信 息 的 獲 取 2.投 光 法 （ 2） 狹 縫 光 ： 原 理 如 5.3.4節(jié) （ 3） 符 號 化 光 ： 如 圖