第四课 机器人传感器
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考试¶
重要的是传感器的原理，比如光电码盘的原理？ 还有可能列举机器人里面的内部传感器？
一个例子¶
1. 定义（重要）¶
用于定量感知环境特定物质属性的电子、机械、化学设备，并能够把各种物理量和化学量等精确地变换为电信号，再经由电子电路或计算机进行分析与处理，从而对这些量进行检测。
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自然界中的物理量或化学量
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电信号
++++++++++++++++++++
信息分析与处理
（电子电路或计算机）
2. 分类-内部传感器（重要）¶
- 测量机器人自身状态；
- 常用语底层运动控制；
| 传感器 | 检测功能 |
|---|---|
| 电位器、旋转变压器、码盘 | 角度、位移 |
| 测速发电机、码盘 | 速度、角速度 |
| 加速度传感器 | 加速度 |
| 倾斜仪 | 倾斜角度 |
| 陀螺仪 | 方位角 |
| 力/力矩传感器 | 力/力矩 |
3. 分类-内部传感器（重要）¶
- 测量机器人所处环境；
- 部分用于底层运动控制，部分用于上层运动规划；
| 传感器 | 感知内容 |
|---|---|
| 视觉 | 环境图像 |
| 触觉、滑动觉 | 物体存在检测、尺寸、形状、材质、硬度、光滑 |
| 接近觉（蝙蝠） | 障碍检测、距离（人其实不能） |
| 热觉 | 温度 |
| 嗅觉 | 气味 |
| 听觉 | 声音 |
| 味觉 | 味道 |
| 力觉 | 力和力矩 |
一个例子¶
4. 传感器的特性¶
静态特性¶
指检测系统的输入为不随输出时间变化的恒定信号时，系统的输出与输入之间的关系；
- 基本要求：输出相对于输入保持一定的对应关系；
- 主要静态特性：
- 灵敏度：对输入信号变化的响应敏感度；
- 信噪比（S/N）：传感器输出信号中信号分量与噪声分量的平方平均值之比；
- 线性：输入与输出量之间为线性比例关系；
- 稳定性：输入量恒定，输出量向一个方向偏移（温漂/零漂）；
- 精度：
- 准确度：测量值对真值的偏离程度；
- 精密度：测量相同对象，每次测量会得到不同测量值；
动态特性¶
指检测系统的输入为随时间变化的信号时，系统的输出与输入之间的关系；
- 也称为响应特性；
- 要检测的输入信号是随时间而变化的，则传感器应能跟踪输入信号的变化；
- 瞬态响应特性；
- 频率响应特性；
5. 传感器选择¶
二、机器人运动传感器¶
要素与分类¶
1. 电位器¶
- 工作原理：算是直接测量；
- 用处
- 通常用作内部反馈传感器，可以检测关节和连杆的位置；
- 类别
- 旋转式：测量角位移；
- 直线式：测量线位移；
- 使用方法
编码器¶
分类¶
- 根据测量介质分
- 光电码盘
- 磁编码器
- 根据测量结果分
- 增量式
- 绝对式
光电码盘 各种例子¶
- 增量式光电编码器
-
绝对式光电编码器
-
两种编码器比较
磁编码器¶
多用于测量可以连续变化的，或者是光电码盘收到影响；
2. 速度传感器¶
测速度都不是直接测，而是求位移比时间；
3. 加速度传感器¶
- 基本原理：利用加速度造成某个介质产生变形，通过测量其变形量并用相关电路转化成电压输出，如电压晶体；
- F = ma，算是直接测量；
- 做三个，就可以在xyz三个方向进行测量；
三、机器人方位角传感器¶
指南针¶
陀螺仪¶
光纤陀螺仪¶
MEMS陀螺仪¶
- 缺点：东南西北分不清；
四、机器人测距传感器¶
接近觉¶
光学接近觉传感器¶
超声波接近觉传感器¶
而且因为是发散的，所以不能分辨障碍物的大小；
激光测距仪¶
五、其他传感器¶
力/力矩传感器¶
触觉传感器¶
- 人体红外传感器
- 远红外传感器（火焰检测/定位）
- 震动传感器
- 语音识别模块
- 颜色传感器
- 有高强度白光LED在目标表面反射，从反射光中分析的RGB值和强度；
- 气体传感器
- 有点化学、物理吸附、光学；
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