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機器人傳感器:內部檢測傳感器和外部檢測傳感器(視覺、觸覺、接近覺、聽覺 、嗅覺、味覺)

來源:機器人感知與應用      編輯:創澤      時間:2026/3/25      主題:其他   [加盟]

隨著傳感器技術的發展,傳感器逐漸趨于小型化和集成化,從而產生了適 合安裝在機器人上的傳感器。為了檢測作業對象及環境或機器人與它們的關 系,在機器人上安裝了觸覺傳感器、視覺傳感器、壓力傳感器、接近覺傳感 器、超聲傳感器等,大大改善了機器人工作狀況,使其能夠更充分地完成復雜 的工作。

根據檢測對象的不同可將機器人傳感器分為內部檢測傳感器和外部檢測傳感器兩大類。

內部檢測傳感器是用來檢測機器人自身狀態的傳感器,以機器人本身的坐 標軸來確定其位置,用來感知運動學參數。通過內部檢測傳感器機器人可以了 解自己的工作狀態,調整和控制自身按照一定的位置、角度、速度、加速度等 進行工作。

外部檢測傳感器是用來檢測機器人所處環境及狀況或目標物狀態特征的傳感器,是機器人與周圍進行交互工作的信息通道。其功能使機器人對環境有自 校正和自適應能力,可適應不斷變化的外部環境,從而更好地進行工作。由于 外部檢測傳感器為集多種學科于一身的產品,有些方面還在探索之中,隨著外 部傳感器的進一步完善,機器人的功能越來越強大,將在許多領域為人類作出 更大貢獻。

外部檢測傳感器主要包括視覺傳感器、觸覺傳感器、接近覺傳感器、聽覺 傳感器、嗅覺傳感器、味覺傳感器等。

1. 視覺傳感器:用于檢測空間形狀、距離、物體位置、表面形態、光亮 度、物體顏色等。主要應用在判斷目標對象有無、目標物體位置控制、物體顏 色選擇、異型物體檢測等方面。

2. 觸覺傳感器:用于檢測接觸、握力、負荷、壓力大小、壓力分布、力 矩、滑動等。主要應用在識別握持物體、目標物體形狀判斷、裝配力控制、測量質量或表面特征等方面。

3. 接近覺傳感器:用于檢測接近程度、接近距離、傾斜度等。主要應用 在作業程度控制、避障控制、平衡控制等方面。

4. 聽覺傳感器:用于檢測聲音和超聲。主要應用在語音識別及控制、人 機對話等方面。

5. 嗅覺傳感器:用于檢測氣體成分和氣體濃度。主要應用在化學成分分 析等方面。

6. 味覺傳感器:用于檢測味道。主要應用在化學成分分析等方面。







機器人傳感器的組成:敏感元件和轉換元件

傳感器由敏感元件和轉換元件組成,傳 感器的信號調理與轉換電路可能安裝在傳感器的殼體里或與敏感元件一起集成 在同一 芯片上,信號調理轉換電路以及傳感器工作必須有輔助的電源

機器人模塊化控制器硬件平臺:X86控制器平臺,ARM的硬件平臺

基于X86 機器人控制器平臺滿足軟硬件的兼容性和承繼性;基于ARM的硬件平臺結合DSP 等其他處理器,設計了分布式機器人控制器,以提高其控制系統,降低控制器成本

機器人實時操作系統RGMP-ROS:VNET管道通信,擁有獨立的外設

通過標準的ROS 通信協議實現實時節點與實時節點、實 時節點與非實時節點之間的通信,并且傳遞符合ROS協議規范的消息,實時節點和實時系統掛載的外部設備進行交互

智能復合機器人的成本構成:硬件本體,場景定制化,軟性服務

移動平臺的負載越大,對底盤結構、 電機要求越高,成本顯著增加;機械臂的軸數與負載,軸數與負載價格通常越高;末端執行器是定制化的復雜工具就成本高

機器人的四大組成部分:主控制器,傳感器,驅動器和執行器

機器人的大腦—主控制器,是機器人最核心的部件;機器人的眼睛、耳朵和觸角—傳感器,能夠根據環境的變化做出反應;機器人的足—驅動器,機器人的手—執行器

機器人柔性關節的作用:自由度,防撞擊、防振動等保護作用

柔性關節將使機器人獲得更高的自由度,柔性關節因其吸能作用,對于機器人系統,特 別是移動式機器人系統,具有防撞擊、防振動等保護作用

柔性機器人的研究目的:科學的目的,工程的目的

(1)科學的目的。出于科學研究的需要(如仿生學研究的需要)而設計構造柔性機器人系統;(2)工程的目的。出于工程實踐的需要(如特定功能的需求及實現)而設計構造柔性機器人系統。

兩輪機器人的運動原理:4個自由度:2個平面支撐運動自由度,2個姿態角運動自由度

兩輪機器人的運動平衡控制問題涉及兩個方面,一是“平衡”,即姿態平衡控制的問題;二是“運動”,即運動軌跡控制的問題;兩輪機器人的運動軌跡控制問題,是其行進速度和行進方向的控制問題

兩輪機器人的基本構造:機體,底盤和輪系

底盤主要用于安裝或連接機體與輪系,攜帶和固定驅動系統;機體可裝載各種電子設備;輪系通過輪軸或傳動機構安裝在底盤的左右兩側,分別由左電機和右電機驅動

機器人的矩陣傳感器:采用壓電元件,人工皮膚

矩陣傳感器網絡就能夠提供物體形狀的復雜數據,這種信息分析技術叫做形狀識別 ,采用壓電元件的矩陣傳感器,能夠獲得物體作用力形成的映像

機器人的觸覺傳感器:應用微限位開關,隔離式雙態接觸傳感器,單模擬量傳感器

微型開關可能是接觸傳感器最經濟和最常用的類型,護物體不受到過大的作用力;隔離式雙態接觸傳感器系統主要由雙穩態開關組成,重復度可達1μm, 分辨度為2 μm

機器人的力覺傳感器:金屬電阻型,半導體型,轉矩

金屬電阻型力覺傳感器測定電阻絲的阻值變化,就可知道物體的形變量,進而求出外作用力;半導體型力覺傳感器的應變系數可達100~200,尺寸小,靈敏度高,因而可靠性很高
 
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