机器人触须传感器的设计
机器人触须传感器的设计
来源：???字体：[ 大 中 小 ]? 2007-03-23
图2 PSD X -输出曲线?
??? 在控制机器人的运动时,针对X 值设定一阈值,即可保证机器人与墙壁的接近距离d;根据X 值的变化率,则可调整运动的方向,保持机器人与墙壁的平行。
??? 3.2 物体的识别
??? 机器人通过摆动触须可以探知周围的环境和识别物体的形状,触须识别物体的部位采用前部较软的部分。当触须传感器扫描待测物体时,接触点将形成一系列的直线或圆弧,利用高性能的计算机处理触须传感器得到的信息,将一系列的直线和圆弧转化为待测物体上的位置点,就能成功构筑出物体的表面形状。
??? 在识别物体实验中,可选用一些形状各异的待测物体作为实验对象,这些待测物体的表面由平面、柱面、球面构成。为构筑被识别物体,触须的扫描可分层进行,以获取足够的轮廓信息量。
??? 为识别物体,触须传感器多采取水平扫描方式获取信息,在扫描过程中,触须传感器与待测物体距离相对固定。
??? 其中,表面为平面的物体识别较为简单,一般只有水平X向信号的输出, PSD输出的信号随触须的摆动而变化,如图3所示。图中的角度表示平面的位置,逆时针为正,扫描方向由左至右。输出信号的影响因素包括平面距离的远近、平面的方位。通过与不同的平面相接触,分析其输出信号变化率的不同,即可实现扫描平面形状的判断。
? 图3 触须与平面接触输出曲线?
??? 同样,当触须与圆球面或空间异型面时,由于接触平面与扫描平面不垂直,会造成接触点的滑移,此时, PSD的输出包含了X, Y向的信号。触须传感器系统采集PSD输出的二维信号,与实验对象数据相比较,机器人就能够自动识别待测物体的形状、大小及所处位置。
??? 4 结论
??? 触须传感器的工作过程依赖于大量实验数据的获取和分析,数据的离散性较大,传感器的制作,尤其是触须的制作工艺,实验的对象都会对实验结果造成较大影响。因此,触须材料的选用、传感器标定,数据处理方面的工作还有待于进一步开展。随着触须传感器技术研究的深入,机器人实现利用触觉来自主识别待测物体、寻路探路将不再是梦想。
图2 PSD X -输出曲线?
??? 在控制机器人的运动时,针对X 值设定一阈值,即可保证机器人与墙壁的接近距离d;根据X 值的变化率,则可调整运动的方向,保持机器人与墙壁的平行。
??? 3.2 物体的识别
??? 机器人通过摆动触须可以探知周围的环境和识别物体的形状,触须识别物体的部位采用前部较软的部分。当触须传感器扫描待测物体时,接触点将形成一系列的直线或圆弧,利用高性能的计算机处理触须传感器得到的信息,将一系列的直线和圆弧转化为待测物体上的位置点,就能成功构筑出物体的表面形状。
??? 在识别物体实验中,可选用一些形状各异的待测物体作为实验对象,这些待测物体的表面由平面、柱面、球面构成。为构筑被识别物体,触须的扫描可分层进行,以获取足够的轮廓信息量。
??? 为识别物体,触须传感器多采取水平扫描方式获取信息,在扫描过程中,触须传感器与待测物体距离相对固定。
??? 其中,表面为平面的物体识别较为简单,一般只有水平X向信号的输出, PSD输出的信号随触须的摆动而变化,如图3所示。图中的角度表示平面的位置,逆时针为正,扫描方向由左至右。输出信号的影响因素包括平面距离的远近、平面的方位。通过与不同的平面相接触,分析其输出信号变化率的不同,即可实现扫描平面形状的判断。
? 图3 触须与平面接触输出曲线?
??? 同样,当触须与圆球面或空间异型面时,由于接触平面与扫描平面不垂直,会造成接触点的滑移,此时, PSD的输出包含了X, Y向的信号。触须传感器系统采集PSD输出的二维信号,与实验对象数据相比较,机器人就能够自动识别待测物体的形状、大小及所处位置。
??? 4 结论
??? 触须传感器的工作过程依赖于大量实验数据的获取和分析,数据的离散性较大,传感器的制作,尤其是触须的制作工艺,实验的对象都会对实验结果造成较大影响。因此,触须材料的选用、传感器标定,数据处理方面的工作还有待于进一步开展。随着触须传感器技术研究的深入,机器人实现利用触觉来自主识别待测物体、寻路探路将不再是梦想。
关键词：传感器
可以用不同的观点对传感器进行分类：它们的转换原理(传感器工作的基本物理或化学效应)；它们的用途；它们的输出信号类型以及制作它们的材料和工艺等。 根据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器二大类 传感器工作原理的分类物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。 化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。 有些传感器既不能划分到物理类，也不能划分为化学类。大多数传感器是以物理原理为基础运作的。化学传感器技术问题较多，例如可*性问题，规模生产的可能性，价格问题等，解决了这类难题，化学传感器的应用将会有巨大增长。 常见传感器的应用领域和工作原理列于表1.1。 按照其用途，传感器可分类为： 压力敏和力敏传感器 位置传感器 液面传感器 能耗传感器 速度传感器 热敏传感器 加速度传感器 射线辐射传感器 振动传感器 湿敏传感器 磁敏传感器 气敏传感器 真空度传感器 生物传感器等。 以其输出信号为标准可将传感器分为： 模拟传感器——将被测量的非电学量转换成模拟电信号。 数字传感器——将被测量的非电学量转换成数字输出信号(包括直接和间接转换)。 膺数字传感器——将被测量的信号量转换成频率信号或短周期信号的输出(包括直接或间接转换)。 开关传感器——当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时，传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。 在外界因素的作用下，所有材料都会作出相应的、具有特征性的反应。它们中的那些对外界作用最敏感的材料，即那些具有功能特性的材料，被用来制作传感器的敏感元件。从所应用的材料观点出发可将传感器分成下列几类： (1)按照其所用材料的类别分 金属 聚合物 陶瓷 混合物 (2)按材料的物理性质分 导体 绝缘体 半导体 磁性材料 (3)按材料的晶体结构分 单晶 多晶 非晶材料 与采用新材料紧密相关的传感器开发工作，可以归纳为下述三个方向： (1)在已知的材料中探索新的现象、效应和反应，然后使它们能在传感器技术中得到实际使用。 (2)探索新的材料，应用那些已知的现象、效应和反应来改进传感器技术。 (3)在研究新型材料的基础上探索新现象、新效应和反应，并在传感器技术中加以具体实施。 现代传感器制造业的进展取决于用于传感器技术的新材料和敏感元件的开发强度。传感器开发的基本趋势是和半导体以及介质材料的应用密切关联的。表1.2中给出了一些可用于传感器技术的、能够转换能量形式的材料。 按照其制造工艺，可以将传感器区分为： 集成传感器薄膜传感器厚膜传感器陶瓷传感器 集成传感器是用标准的生产硅基半导体集成电路的工艺技术制造的。通常还将用于初步处理被测信号的部分电路也集成在同一芯片上。 薄膜传感器则是通过沉积在介质衬底(基板)上的，相应敏感材料的薄膜形成的。使用混合工艺时，同样可将部分电路制造在此基板上。 厚膜传感器是利用相应材料的浆料，涂覆在陶瓷基片上制成的，基片通常是Al2O3制成的，然后进行热处理，使厚膜成形。 陶瓷传感器采用标准的陶瓷工艺或其某种变种工艺(溶胶-凝胶等)生产。 完成适当的预备性操作之后，已成形的元件在高温中进行烧结。厚膜和陶瓷传感器这二种工艺之间有许多共同特性，在某些方面，可以认为厚膜工艺是陶瓷工艺的一种变型。 每种工艺技术都有自已的优点和不足。由于研究、开发和生产所需的资本投入较低，以及传感器参数的高稳定性等原因，采用陶瓷和厚膜传感器比较合理。
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