【正文】 路的特性進(jìn)行選擇其輸出形式。 帶有 RS232數(shù)據(jù)接口激光測(cè)距傳感器 超聲波距離傳感器 紅外線距離傳感器 距離傳感器 攝像機(jī)距離傳感器。 超聲波距離傳感器 。 超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波對(duì)液體、固體的穿透能力很大，尤其是在不透光的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會(huì)產(chǎn)生顯著反射形成反射回波 ， 碰到活動(dòng)物體能產(chǎn)生 多普勒效應(yīng) 。因此超聲波檢測(cè)廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國(guó)防、生物醫(yī)學(xué)等方面。以超聲波作為檢測(cè)手段，必須產(chǎn)生超聲波和接收超聲波。 可用于魚群探測(cè)、金屬內(nèi)部探傷等方面。 激光距離傳感器 ： 利用激光傳輸時(shí)間來(lái)測(cè)量距離的基本原理是，通過(guò)測(cè)量激光往返目標(biāo)所需時(shí)間來(lái)確定目標(biāo)距離。 5. 力覺(jué)傳感器 力覺(jué)傳感器使用的主要元件是 電阻應(yīng)變片 。 （ 3）裝在機(jī)器人手爪指關(guān)節(jié)（或手指上）的力傳感器，稱為 指力傳感器 。 通常我們將機(jī)器人的力傳感器分為三類： （ 1）裝在關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器上的力傳感器，稱為 關(guān)節(jié)力傳感 器 。用于控制中的力反饋。 （ 2）裝在末端執(zhí)行器和機(jī)器人最后一個(gè)關(guān)節(jié)之間的力傳感器，稱為 腕力傳感器 。 SRI （ Stanford Research Institute）研制的 六維腕力傳感器 ，如圖所示。它由一段直徑為 75mm的鋁管銑削而成，具有八個(gè)窄長(zhǎng)的彈性梁，每個(gè)梁的頸部只傳遞力，扭矩作用很小。梁的另一頭貼有應(yīng)變片。圖中從 Px+到 Qy代表了 8根應(yīng)變梁的變形信號(hào)的輸出。 SRI傳感器 日本大和制衡株式會(huì)社林純一研制的 腕力傳感器 。它是一種整體輪輻式結(jié)構(gòu)，傳感器在十字梁與輪緣聯(lián)結(jié)處有一個(gè)柔性環(huán)節(jié)，在四根交叉梁上共貼有 32個(gè)應(yīng)變片（圖中以小方塊），組成 8路全橋輸出 。 非徑向中心對(duì)稱三梁腕力傳感器 傳感器的內(nèi)圈和外圈分別固定于機(jī)器人的手臂和手爪，力沿與內(nèi)圈相切的三根梁進(jìn)行傳遞。每根梁上下、左右各貼一對(duì)應(yīng)變片，三根梁上共有 6對(duì)應(yīng)變片，分別組成六組半橋，對(duì)這 6組電橋信號(hào)進(jìn)行解耦可得到六維力（力矩）的精確解。 其他類型傳感器 語(yǔ)音識(shí)別傳感器 。分析振動(dòng)聲音探測(cè)機(jī)械故障的 點(diǎn)傳感器 。 熱傳感器： 溫度傳感器 。 通過(guò)分析敲打的聲音 測(cè)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(cè)定水果甜度的 傳感器 機(jī)器人需要的感覺(jué)能力 ? 觸覺(jué)能力 ： ? 主要指確定工作對(duì)象 是否存在 ， 以及它的 尺寸大小 和 形狀 等 。 ? 接近覺(jué) 能力 ： ? 主要用于探測(cè)機(jī)器人自身與周圍物體之間 相對(duì)位置 或 距離 。 接近覺(jué)界于觸覺(jué)與視覺(jué)之間 。 ? 視覺(jué) 能力 ： ? 孔 、 邊 、 拐角的 檢測(cè) 及工作對(duì)象 形狀 的檢測(cè)等 。 ? 壓覺(jué) 能力 ： ? 主要用于檢測(cè)機(jī)器人與作業(yè)對(duì)象之間接觸面的 法向壓力值 的大小 。 ? 滑覺(jué) 能力 ： ? 主要用于檢測(cè)物體因自 重相對(duì)于機(jī)器人手爪的 滑移量 的大小 。 1．接觸覺(jué)傳感器： ? 接觸覺(jué)傳感器檢測(cè)機(jī)器人是否 接觸目標(biāo)或環(huán)境 ， 用于尋找物體或感知碰撞 。 ? 工作 原理 ： ? 在電極和柔性導(dǎo)體之間留有間隙 ， 當(dāng)施加外力時(shí) ， 受壓部分的柔性導(dǎo)體和柔性絕緣體發(fā)生變形 ， 利用柔性導(dǎo)體和電極之間的接通狀態(tài)形成接觸覺(jué) 。 機(jī)器人的觸覺(jué) 一般認(rèn)為觸覺(jué)包括 接觸覺(jué)、壓覺(jué)、滑覺(jué) 、力覺(jué)四種，狹義的 觸覺(jué)按字面上來(lái)看是指前三種感知接觸的感覺(jué)。 特點(diǎn)： ?外形尺寸十分大 ?空間分辨率低 利用 陣列 這一概念已開發(fā)了許多重要的傳感器。 開關(guān)式觸覺(jué)傳感器 ( 柔性絕緣體 ) ( 柔性導(dǎo)體 ) 碳?xì)郑?CSA） 靈敏度高，具有較強(qiáng)的耐過(guò)載能力。缺點(diǎn)是有遲滯，線性差。 導(dǎo)電橡膠 的電阻也會(huì)隨壓力的變化而變化，因此也常用來(lái)作為觸覺(jué)傳感器的 敏感材料 。 壓阻式陣列觸覺(jué)傳感器 碳?xì)郑?CSA） 2．壓覺(jué)傳感器 ： ? 壓覺(jué)傳感器檢測(cè)傳感器面上受到的作用力，它由 彈性體 及檢測(cè)彈性位移的 敏感元件 構(gòu)成。用彈簧支承的平板作為機(jī)械手的物體夾持面。在平板上加負(fù)載時(shí)，平板發(fā)生位移，該位移量由電位器檢測(cè)。 ? 如果已知彈簧的剛性系數(shù)，則可根據(jù)位移計(jì)的輸出求出力的大小。 壓覺(jué)傳感器圖例： 3. 滑覺(jué)傳感器 機(jī)械手一般采用兩種抓取方式：硬抓取和軟抓取。 硬抓取（無(wú)感知時(shí)采用） ：末端執(zhí)行器利用最大的夾緊力抓取工件。 軟抓取 （有滑覺(jué)傳感器時(shí)采用）：末端執(zhí)行器使夾緊力保持在能穩(wěn)固抓取工件的最小值，以免損傷工件。 采用壓覺(jué)傳感器實(shí)現(xiàn)滑覺(jué)感知 檢測(cè)垂直加壓方向的 力和位移 ? 滑覺(jué)傳感器有 滾輪式 和 球式 。 物體在傳感器表面上滑動(dòng)時(shí) ， 和滾輪或球相接觸 ， 把滑動(dòng)變成轉(zhuǎn)動(dòng) 。 滑動(dòng)物體引起滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng) ，用磁鐵和靜止的磁頭進(jìn)行檢測(cè) 。 它 由一個(gè)金屬球和觸針組成 ，金屬球表面分成許多個(gè)相間排列的導(dǎo)電和絕緣小格。觸針頭很細(xì)，每次只能觸及一格。當(dāng)工件滑動(dòng)時(shí)，金屬球也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，在觸針上輸出脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)的頻率反映了滑移速度，個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)滑移的距離。 根據(jù)振動(dòng)原理制成的滑覺(jué)傳感器 。鋼球指針與被抓物體接觸。若工件滑動(dòng)，則指針振動(dòng)，線圈輸出信號(hào)。 力和壓力傳感器 ：壓電材料受壓后會(huì)產(chǎn)生一定電壓。 ：阻值隨垂直施加在表面的力的增加而降低。 力敏電阻 惠斯通電橋 壓阻式壓力傳感器 采用集成電路工藝技術(shù)，在硅片上制造出四個(gè)等值的薄膜電阻并組成電橋電路，當(dāng)不受力作用時(shí)，電橋處于平衡狀態(tài)，無(wú)電壓輸出 。當(dāng)受到壓力作用時(shí)，電橋失去平衡而輸出電壓（ AB之間產(chǎn)生微小電位差），且輸出的電壓與壓力成比例。 壓力使得圓形金屬筒以及電阻應(yīng)變片變形，從而使電阻應(yīng)變片的電阻值產(chǎn)生變化。 力矩傳感器 原理： 如果在軸上施加力矩， 力矩將在軸上產(chǎn)生兩個(gè)方向相反的力和兩個(gè)方向相反的形變 ，兩個(gè)力傳感器可以測(cè)出這兩個(gè)力，根據(jù)所測(cè)力的大小可計(jì)算出力矩。 用六個(gè)傳感器測(cè)量三個(gè)彼此獨(dú)立的軸上的力和力矩 測(cè)距儀 與接近覺(jué)傳感器不同，測(cè)距儀用于測(cè)量較長(zhǎng)的距離，它可以探測(cè)障礙物和物體表面的形狀，并且用于向系統(tǒng)提供早期信息。常用的測(cè)量方法是 三角法 和 測(cè)量傳輸時(shí)間法 。 三角法： 測(cè)量原理如圖所示 測(cè)量原理 ：僅在發(fā)射器以特定角度發(fā)射光線時(shí)，接收器才能檢測(cè)到物體上的光斑，利用發(fā)射角的角度可以計(jì)算出距離。 測(cè)量傳輸時(shí)間法 ： 信號(hào)傳輸?shù)木嚯x 包括從發(fā)射器到物體和被物體反射到接收器兩部分。傳感器與物體之間的距離是信號(hào)行進(jìn)距離的一半，知道了傳播速度，通過(guò)測(cè)量信號(hào)的往返時(shí)間即可計(jì)算出距離。 ?超聲波測(cè)距儀 工作原理： 發(fā)射器發(fā)射 高頻超聲波脈沖 ，它在介質(zhì)中行進(jìn)一段距離，遇到障礙物后返回，由接受器接受，發(fā)射器和物體之間的距離等于超聲波行進(jìn)距離的一半，行進(jìn)距離則等于傳輸時(shí)間與聲速的乘積。 特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、簡(jiǎn)單、廉價(jià)并且能耗低，但是分辨率和最大工作距離受到限制。 關(guān)鍵技術(shù)： 時(shí)間測(cè)量的準(zhǔn)確性，時(shí)間測(cè)量精度，聲速精度，背景噪聲。 ?光測(cè)距儀 原理 ：基于光（包括激光），采用 直接延遲時(shí)間測(cè)量法、間接幅值調(diào)制法和三角法 等方法測(cè)量到物體的距離。 嗅覺(jué)傳感器 原理： 對(duì)特定的氣體敏感，當(dāng)探測(cè)到這些氣體時(shí)就發(fā)出信號(hào)。 視覺(jué)系統(tǒng) 視覺(jué)系統(tǒng)是應(yīng)用在機(jī)器人中最復(fù)雜的傳感器 有研究結(jié)果表明，視覺(jué)獲得的感知信息占人對(duì)外界感知信息的 80%。 人類視覺(jué)細(xì)胞數(shù)量的量級(jí)大約為 108，是聽覺(jué)細(xì)胞的 300多倍，是皮膚感覺(jué)細(xì)胞的 100多倍。 1. 超聲波傳感器 超聲波探測(cè)原理比較簡(jiǎn)單，一般是采用 時(shí)差法 。 ｄ =ｃ Δt ／ 2 其中ｃ（Ｔ的函數(shù)）為超聲波波速，Ｔ為環(huán)境攝氏溫度。 從廣義上講，也把它算成機(jī)器人視覺(jué)中的一種。 超聲波傳感器主要用途： （ 1）實(shí)時(shí)地檢測(cè)自身所處空間的位置，用以進(jìn)行自定位； （ 2）實(shí)時(shí)地檢測(cè)障礙物，為行動(dòng)決策提供依據(jù)； （ 3）檢測(cè)目標(biāo)姿態(tài)以及進(jìn)行簡(jiǎn)單形體的識(shí)別； （ 4）用于導(dǎo)航目標(biāo)跟蹤。 2. CCD圖像傳感器 1） CCD（電荷耦合器件： charge coupled devices） CCD （電荷耦合器件）的基本結(jié)構(gòu)是一個(gè)間隙很小的光敏電極陣列，即無(wú)數(shù)個(gè) CCD單元組成，也稱為像素點(diǎn)（如 448 380）。它可以是一維的線陣，也可以是二維的面陣。 優(yōu)點(diǎn)： 體積小、質(zhì)量輕、壽命長(zhǎng)、抗沖擊、耗電極少，一般只需幾十毫瓦就可以啟動(dòng)。 （ 1）基本結(jié)構(gòu) 共 256級(jí)灰度，從圖（ a）到（ f）分辨率依次為 512 512， 256 256， 128 128， 64 64， 32 32， 16 16。 （ 2）圖像處理 a)分辨率變化對(duì)圖像的影響 從圖（ a）到（ f）分辨率為 512 512，灰度級(jí)依次為 256 ，64， 16， 8， 4， 2。 b) 灰度變化對(duì)圖像的影響 從圖（ a）到（ f）依次為： 256 256， 128級(jí)灰度； 181 181， 64級(jí)灰度； 128 128， 32級(jí)灰度； 90 90， 16級(jí)灰度；64 64， 8級(jí)灰度； 45 45， 4級(jí)灰度。 c)分辨率和灰度同時(shí)變化對(duì)圖像的影響 聽覺(jué)系統(tǒng)的粗略框圖 機(jī)器人的聽覺(jué) 特定人的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng) 特定人語(yǔ)音識(shí)別方法 是將事先指定的人的聲音中的每一個(gè)字音的特征矩陣存儲(chǔ)起來(lái)，形成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模板（或叫模板），然后再進(jìn)行匹配。它首先要記憶一個(gè)或幾個(gè)語(yǔ)音特征，而且被指定人講話的內(nèi)容也必須是事先規(guī)定好的有限的幾句話。特定人語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)可以識(shí)別講話的人是否是事先指定的人，講的是哪一句話。 非特定人的語(yǔ)音識(shí)別方法 則需要對(duì)一組有代表性的人的語(yǔ)音進(jìn)行訓(xùn)練，找出同一詞音的共性，這種訓(xùn)練往往是開放式的，能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行不斷的修正。在系統(tǒng)工作時(shí)，將接收到的聲音信號(hào)用同樣的辦法求出它們的特征矩陣，再與標(biāo)準(zhǔn)模式相比較?？此c哪個(gè)模板相同或相近，從而識(shí)別該信號(hào)的含義。 非特定人的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)大致可以分為 語(yǔ)言識(shí)別系統(tǒng)，單詞識(shí)別系統(tǒng)，及數(shù)字音（ 0~9）識(shí)別系統(tǒng)。 非特定人的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng) 多傳感器信息融合 多傳感器信息融合技術(shù) 是通過(guò)對(duì)這些傳感器及其觀測(cè)信息的合理支配和使用 ， 把多個(gè)傳感器在時(shí)間和空間上的冗余或互補(bǔ)信息依據(jù)某種準(zhǔn)則進(jìn)行組合 ， 以獲取被觀測(cè)對(duì)象的一致性解釋或描述 。 多傳感器融合系統(tǒng) 主要特點(diǎn)是： （ 1） 提供了冗余 、 互補(bǔ)信息 。（ 2） 信息分層的結(jié)構(gòu)特性 。 （ 3） 實(shí)時(shí)性 。 （ 4） 低代價(jià)性 。 多傳感與單傳感的比較： 多傳感器數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)可更大程度獲取被探測(cè)目標(biāo)和環(huán)境的信息量 。 單傳感器信號(hào)處理或低層次的數(shù)據(jù)處理方式只是對(duì)人腦信息處理的一種低水平模仿 。 多傳感器融合常用的方法有： 加權(quán)平均法、貝葉斯估計(jì)、卡爾曼濾波、 DS證據(jù)推理、模糊邏輯、產(chǎn)生式規(guī)則、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法。 三種結(jié)構(gòu)形式：串聯(lián)、并聯(lián)和混合融合形式。