【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) 。因此超聲波檢測廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學(xué)等方面。以超聲波作為檢測手段，必須產(chǎn)生超聲波和接收超聲波。 可用于魚群探測、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)間來測量距離的基本原理是，通過測量激光往返目標(biāo)所需時(shí)間來確定目標(biāo)距離。 5. 力覺傳感器 力覺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)變梁的變形信號的輸出。 SRI傳感器 日本大和制衡株式會社林純一研制的 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、左右各貼一對應(yīng)變片，三根梁上共有 6對應(yīng)變片，分別組成六組半橋，對這 6組電橋信號進(jìn)行解耦可得到六維力（力矩）的精確解。 其他類型傳感器 語音識別傳感器 。分析振動(dòng)聲音探測機(jī)械故障的 點(diǎn)傳感器 。 熱傳感器： 溫度傳感器 。 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 機(jī)器人需要的感覺能力 ? 觸覺能力 ： ? 主要指確定工作對象 是否存在 ， 以及它的 尺寸大小 和 形狀 等 。 ? 接近覺 能力 ： ? 主要用于探測機(jī)器人自身與周圍物體之間 相對位置 或 距離 。 接近覺界于觸覺與視覺之間 。 ? 視覺 能力 ： ? 孔 、 邊 、 拐角的 檢測 及工作對象 形狀 的檢測等 。 ? 壓覺 能力 ： ? 主要用于檢測機(jī)器人與作業(yè)對象之間接觸面的 法向壓力值 的大小 。 ? 滑覺 能力 ： ? 主要用于檢測物體因自 重相對于機(jī)器人手爪的 滑移量 的大小 。 1．接觸覺傳感器： ? 接觸覺傳感器檢測機(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 。 機(jī)器人的觸覺 一般認(rèn)為觸覺包括 接觸覺、壓覺、滑覺 、力覺四種，狹義的 觸覺按字面上來看是指前三種感知接觸的感覺。 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)的耐過載能力。缺點(diǎn)是有遲滯，線性差。 導(dǎo)電橡膠 的電阻也會隨壓力的變化而變化，因此也常用來作為觸覺傳感器的 敏感材料 。 壓阻式陣列觸覺傳感器 碳?xì)郑?CSA） 2．壓覺傳感器 ： ? 壓覺傳感器檢測傳感器面上受到的作用力，它由 彈性體 及檢測彈性位移的 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。 ? 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。 壓覺傳感器圖例： 3. 滑覺傳感器 機(jī)械手一般采用兩種抓取方式：硬抓取和軟抓取。 硬抓?。o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。 采用壓覺傳感器實(shí)現(xiàn)滑覺感知 檢測垂直加壓方向的 力和位移 ? 滑覺傳感器有 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 。 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，脈沖信號的頻率反映了滑移速度，個(gè)數(shù)對應(yīng)滑移的距離。 根據(jù)振動(dòng)原理制成的滑覺傳感器 。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。 力和壓力傳感器 ：壓電材料受壓后會產(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)力傳感器可以測出這兩個(gè)力，根據(jù)所測力的大小可計(jì)算出力矩。 用六個(gè)傳感器測量三個(gè)彼此獨(dú)立的軸上的力和力矩 測距儀 與接近覺傳感器不同，測距儀用于測量較長的距離，它可以探測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。常用的測量方法是 三角法 和 測量傳輸時(shí)間法 。 三角法： 測量原理如圖所示 測量原理 ：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。 測量傳輸時(shí)間法 ： 信號傳輸?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行進(jìn)距離的一半，知道了傳播速度，通過測量信號的往返時(shí)間即可計(jì)算出距離。 ?超聲波測距儀 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)間測量的準(zhǔn)確性，時(shí)間測量精度，聲速精度，背景噪聲。 ?光測距儀 原理 ：基于光（包括激光），采用 直接延遲時(shí)間測量法、間接幅值調(diào)制法和三角法 等方法測量到物體的距離。 嗅覺傳感器 原理： 對特定的氣體敏感，當(dāng)探測到這些氣體時(shí)就發(fā)出信號。 視覺系統(tǒng) 視覺系統(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，視覺獲得的感知信息占人對外界感知信息的 80%。 人類視覺細(xì)胞數(shù)量的量級大約為 108，是聽覺細(xì)胞的 300多倍，是皮膚感覺細(xì)胞的 100多倍。 1. 超聲波傳感器 超聲波探測原理比較簡單，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)器人視覺中的一種。 超聲波傳感器主要用途： （ 1）實(shí)時(shí)地檢測自身所處空間的位置，用以進(jìn)行自定位； （ 2）實(shí)時(shí)地檢測障礙物，為行動(dòng)決策提供依據(jù)； （ 3）檢測目標(biāo)姿態(tài)以及進(jìn)行簡單形體的識別； （ 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、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)分辨率變化對圖像的影響 從圖（ a）到（ f）分辨率為 512 512，灰度級依次為 256 ，64， 16， 8， 4， 2。 b) 灰度變化對圖像的影響 從圖（ a）到（ f）依次為： 256 256， 128級灰度； 181 181， 64級灰度； 128 128， 32級灰度； 90 90， 16級灰度；64 64， 8級灰度； 45 45， 4級灰度。 c)分辨率和灰度同時(shí)變化對圖像的影響 聽覺系統(tǒng)的粗略框圖 機(jī)器人的聽覺 特定人的語音識別系統(tǒng) 特定人語音識別方法 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起來，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。特定人語音識別系統(tǒng)可以識別講話的人是否是事先指定的人，講的是哪一句話。 非特定人的語音識別方法 則需要對一組有代表性的人的語音進(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，從而識別該信號的含義。 非特定人的語音識別系統(tǒng)大致可以分為 語言識別系統(tǒng)，單詞識別系統(tǒng)，及數(shù)字音（ 0~9）識別系統(tǒng)。 非特定人的語音識別系統(tǒng) 多傳感器信息融合 多傳感器信息融合技術(shù) 是通過對這些傳感器及其觀測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 ， 以獲取被觀測對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目標(biāo)和環(huán)境的信息量 。 單傳感器信號處理或低層次的數(shù)據(jù)處理方式只是對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。