机器人传感器(1)资料
机器人传感器知识要点梳理
机器人传感器知识要点梳理机器人传感器是指机器人系统中用于感知和获取外部环境信息的装置。
传感器的准确使用和理解对于机器人设计和应用至关重要。
本文将从机器人传感器的分类、原理和常用技术等方面进行梳理，以帮助读者更好地理解和应用机器人传感器。
一、机器人传感器的分类机器人传感器可以根据其感知的信息类型、工作原理和应用环境等因素进行分类。
在这里，我将介绍几种常见的机器人传感器分类方式。
1. 按照感知的信息类型分类：1.1 触觉传感器：用于感知机器人与物体之间的接触力、接触面积和物体形状等信息。
常见的触觉传感器包括压力传感器、力传感器和力敏电阻。
1.2 视觉传感器：用于感知机器人周围的可见光图像信息，例如拍摄照片、识别物体和人脸等。
常见的视觉传感器包括摄像头、光电传感器和图像传感器。
1.3 声音传感器：用于感知机器人周围的声音和音频信息。
常见的声音传感器包括麦克风和声波传感器。
1.4 温度传感器：用于感知机器人周围的温度信息。
常见的温度传感器包括热电偶和温度传感器芯片。
1.5 其他传感器：还有其他类型的传感器，例如气体传感器、湿度传感器和加速度传感器等。
2. 按照工作原理分类：2.1 主动传感器：主动传感器是指能主动产生电磁、声、光等信号并获取反馈的传感器。
例如雷达传感器和激光传感器等。
2.2 被动传感器：被动传感器是指根据周围环境的变化对外部物理量进行感知的传感器。
例如光电传感器、温度传感器和湿度传感器等。
3. 按照应用环境分类：3.1 室内传感器：主要应用于室内环境的机器人，例如家庭服务机器人、工业机器人和教育机器人等。
3.2 室外传感器：主要应用于室外环境的机器人，例如农业机器人、勘探机器人和航空航天机器人等。
二、机器人传感器的工作原理了解机器人传感器的工作原理对于正确选择和使用传感器至关重要。
在这一部分，我们将重点介绍几种常见的机器人传感器工作原理。
1. 光电传感器：光电传感器工作原理基于光敏元件的光电效应。
工业机器人内部传感器
根据码盘上透光区域与不透光区域分布的不同，光电编码器又可分为 相对式（增量式）和绝对式两种类型。
1）相对式光电编码器
测量旋转运动最常见的传感器是相对式光电编码器，其圆形码盘（见图4-9）上的 透光区与不透光区相互间隔，均匀分布在码盘边缘，分布密度决定测量的解析度。在 码盘两边分别装有光源及光敏元件。
1.2 速度传感器
1．测速发电机
测速发电机是一种模拟式速度传感器，它实际上是一台小型永磁式直流发电机，其 结构原理如图4-13所示。
图4-13 直流输出测速发电机结构原理图
当通过线圈的磁通量恒定时，位于磁场中的线圈旋转使线圈两端产生的电压 u（感应电动势） 与线圈（转子）的转速 成正比，即
u A
1）模拟方式
在模拟方式下，必须有一个频率/电压（F/V）变换器，用来将编码器测得的脉冲 频率转换成与速度成正比的模拟电压，其原理如图4-14所示。F/V变换器必须有良好 的零输入、零输出特性和较小的温度漂移才能满足测试要求。
图4-14 模拟方式的相对式光电编码器测速
2）数ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ方式
数字方式测速是利用数学方式通过计算软件计算出速度。角速度是转角对时间的一阶导数，
工业机器人基础
工业机器人内部传感器
1.1 位移传感器
1．电位器式位移传感器
电位器式位移传感器一般用于测量工业机器人的关节线位移和角位移，是 位置反馈控制中必不可少的元件，它可将机械的直线位移或角位移输入量转 换为与其成一定函数关系的电阻或电压输出。
电位器式位移传感器主要由电阻元件、骨架及电刷等组成。根据滑动 触头·运动方式的不同，电位器式位移传感器分为直线型和旋转型两种。
式中，A 为常数。
扫地机器人传感器简介
光电编码器是扫地机器人上的位置和速度检测的传 感器，扫地机器人上的光电编码器通过减速器和驱 动轮的驱动电机同轴相连，并以增量式编码的方式 记录驱动电机旋转角度对应的脉冲。由于光电编码 器和驱动轮同步旋转，利用码盘、减速器、电机和 驱动轮之间的物理参数，可将检测到的脉冲数转换 成驱动轮旋转的角度，即机器人相对于某一参考点 的瞬时位置，这就是所谓的里程计。光电编码器已 经成为在电机驱动内部、轮轴，或在操纵机构上测 量角速度和位置的最普遍的装置。因为光电编码器 是本体感受式的传感器，在机器人参考框架中，它 的位置估计扫地机器人的回充传感器位于扫地机器人正前方，由4组
红外接收器组成，可以精准锁定充电座指引信号，大幅度
提升回充效率。扫地机器人所带电池容量有限，所以就需
要在电量低时自动返回充电基座进行充电再返回原位置继
续打扫。当电量低于限定值时，控制器会向红外线发射器
01
发送信号，红外线发射器向四周发射红外线。充电基座安
电子罗盘
电子罗盘是利用地磁场，检测电子罗盘模块相对于地磁场方向的偏转角度的传感器。 电子罗盘模块是由高可靠性的磁性传感器及驱动芯片组成，集成度非常高，实现了 高可靠性、高精度、强抗磁场干扰的数码电子罗盘功能。电子罗盘模块有两个磁性 传感器和一个驱动芯片构成。磁性传感器里面包含一个LR振荡电路，当磁性传感器 与地球磁感线平行方向夹角发生变化时，LR振荡电路的磁感应系数也会发生变化。 驱动芯片通过磁性传感器磁感应系数的变化可以计算出磁性传感器与地球磁感线之 间的夹角，驱动芯片可以连接三个磁性传感器，这三个磁性传感器方向互为垂直， 这样就可以测量在三维方向上与地球磁感线的夹角，从而得到当前的三维方向。电 子指南针模组只要得到水平方向上与地球磁感线的夹角就可以测得方向。
机器人传感器教学课件
展望机器人传感器在未来的进一步应用和发展。
总结
对全文进行简洁明了的总结，并鼓励学习者继续深入研究机器人传感器。
第六章：加速度传感器
1
加速度传感器的定义
解释什么是加速度传感器以及它如何测量物体的加速度。
2
加速度传感器的类型
介绍不同种类的加速度传感器，如压电传感器和微机电系统传感器。
3
加速度传感器的应用
探索加速度传感器在运动测量、导航和医疗诊断中的实际应用。
第七章：总结与展望
机器人传感器的发展历程
追溯机器人传感器从诞生到现在的发展历程。
1 声音传感器的定义
解释声音传感器如何侦测和识别声音信号。
2 声音传感器的类型
介绍不同类型的声音传感器，例如麦克风传感器和声音压力级传感器。
3 声音传感器的应用
探索声音传感器在语音识别、环境监测和安全系统中的应用。
第四章：温度传感器
1
温度传感器的定义
解释温度传感器如何测量周围环境的温度。
2
温度传感器的类型
探索不同类型的温度传感器，例如热电阻和热电偶。
3
温度传感器的应用
介绍温度传感器在气象学、医疗设备和电子设备中的实际应用。
第五章：压力传感器
压力传感器的定义
详细解释压力传感器如何测量物 体器的应用
介绍不同种类的压力传感器，例 如压电式传感器和压阻式传感器。
探索压力传感器在汽车制造业、 医疗领域和液体流量监测中的实 际应用。
机器人传感器的作用
解释机器人传感器在现实世 界中的实际应用。
第二章：光电传感器
光电传感器的定义
详细解析光电传感器的工作原理 和功能。
光电传感器的类型
机器人传感器
即通过把分散敏感元件排列成矩阵式格子来设 计的。 ❖ 导电橡胶、感应高分子、应变计、光电器件和 霍尔元件常被用敏感元件阵列单元。
00:47
压觉传感器原理
❖ 这种传感器是对小型线性调整器的改进。 ❖ 在调整器的轴上安装了线性弹簧。一个传感器有l0mm的有效行
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力觉ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
❖ 力觉传感器的作用 ❖ 关节力传感器 ❖ 腕力传感器 ❖ 基座力传感器
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力觉传感器的作用
1. 感知是否夹起了工件或是否夹持在正确部位； 2. 控制装配、打磨、研磨抛光的质量； 3. 装配中提供信息、以产生后续的修正补偿运
动来保证装配质量和速度 4. 防止碰撞、卡死和损坏机件。
“电脑化”是这代机器人的重要标志。
00:47
机器人传感器的分类
❖ 机器人传感器可分为内部检测传感器及外界检测传感 器两大类。
❖ 内部检测传感器是以机器人本身的坐标轴来确定其位 置，是安装在机器人自身中用来感知它自己的状态， 以调整并控制机器人的行动。它通常由位置、加速度、 速度及压力传感器组成。
❖ 外界检测传感器用于机器人对周围环境、日标构的状
00:47
机器人传感器
00:47
目录
❖ 概述 ❖ 触觉传感器 ❖ 接近觉传感器 ❖ 视觉传感器 ❖ 听觉、嗅觉、味觉及其他传感器
小结
00:47
概述
❖ 机器人与传感器 ❖ 机器人传感器分类
00:47
机器人与传感器 ❖ 机器人及机器人传感器的定义 ❖ 机器人的发展历史
00:47
机器人及机器人传感器的定义
人工皮肤触觉传感器的研究重点
00:47
常见的工业机器人传感器类型和作用介绍
常见的工业机器人传感器类型和作用介绍工业机器人是现代工业生产中的重要设备，它可以自动完成各种工艺操作，提高生产效率和质量。
而机器人要实现自主操作和与环境的交互，就必须依赖传感器来获取各种信息。
下面将介绍一些常见的工业机器人传感器类型及其作用。
1.视觉传感器：视觉传感器是机器人中应用最广泛的传感器之一，可以帮助机器人获取周围环境的图像信息，实现目标识别、位置定位、检测等功能。
常见的视觉传感器包括CCD相机、CMOS相机等，其分辨率越高，精度越高。
2.力传感器：力传感器可以测量机器人与周围环境之间的力和力矩，实现精确控制和操作。
常见的力传感器有电容式、压阻式、电感式等，可以应用于装配、抓取、力控处置等任务。
3.距离传感器：距离传感器可以测量机器人与物体之间的距离，实现避障、定位等功能。
常见的距离传感器包括激光传感器、超声波传感器、红外线传感器等，可以用于测距、测量高度等任务。
4.光电传感器：光电传感器可以检测物体的存在、颜色、形状等特性，实现物体识别、分类、定位等功能。
常见的光电传感器有光电开关、光幕、光电编码器等，可以应用于自动分拣、装配等任务。
5.温度传感器：温度传感器可以测量机器人周围环境的温度变化，实现温度控制、安全保护等功能。
常见的温度传感器包括热敏电阻、热电偶等，可以用于焊接、烤箱等工作环境中。
6.声音传感器：声音传感器可以检测周围环境中的声音，实现语音交互、声音控制等功能。
常见的声音传感器有麦克风、声纳等，可以应用于机器人导航、语音识别等任务。
7.气体传感器：气体传感器可以检测周围环境中的气体浓度和成分，实现气体分析、安全监测等功能。
常见的气体传感器有气体传感电阻、气体传感器阵列等，可以应用于有害气体探测、环境监测等任务。
8.触摸传感器：触摸传感器可以感知机器人与物体接触的力和位置，实现精确控制和安全保护。
常见的触摸传感器有电容触摸传感器、压阻触摸传感器等，可以用于装配、物体操纵等任务。
机器人传感器
1. 机器人传感器
（8）机器人嗅觉传感器：
原理：机器嗅觉是一种模拟生物嗅觉工作原理的新颖仿生检测技术，机器嗅觉系统通
常由交叉敏感的化学传感器阵列和适当的计算机模式识别算法组成，阵列中的
气体传感器各自对特定气体具有较高的敏感性，由一些不同敏感对象的传感器 构成的阵列可以测得被测样品挥发性成分的整体信息，与人的鼻子一样，闻到
，而且可以进行任务规划、路径规划以完成既定的工作任务和工作目标。
机器人视觉
机器人触觉
机器人力觉
1. 机器人传感器
（2）机器人传感器的分类：
a.内部传感器:
主要感知与机器人自身参数相关的内部信息，如位移、速度、加速度等。
主要有位置传感器、速度和加速度传感器、陀螺等。 b.外部传感器: 主要感知本体以外的外界物理信息，如障碍物的位置、形状、颜色、距离、接触 受力等。主要包括视觉传感器、听觉传感器、触觉传感器、力觉传感器、滑觉传 感器、陀螺传感器、接近觉传感器、距离传感器、嗅觉传感器、味觉传感器以及 生物传感器。
1. 机器人传感器
（5）机器人触觉传感器：
1，触觉传感器十年前已开始实用化，而且具有非常高的性能，业界正在进行以下三大 方面的新技术开发：大面积化。使用场所及应用的多样化；研发类似人类皮肤的触 觉传感，不仅检测位置，还要同时检测力度、压力、温度、表面凸凹、有无摩擦等； 利用CMOS等工艺进行集成。 2，美国麻省理工学院视觉科学学科联合波士顿东北大学研究团队成功研制了一种触觉 传感器GelSight，比人类手指更加灵活敏感。GelSight不是以机器来辨识触觉，而
1. 机器人传感器
1，将识别对象的声音从周围杂音中分离出来的音源分离技术，是听觉传感器得以普及
（4）机器人听觉传感器：
机器人的传感器及其应用
机器人的传感器及其应用近年来，人工智能和机器人技术得到了飞速的发展，它们的应用也逐渐渗透到各个领域。
机器人的传感器是机器人最重要的组成部分之一，它能够帮助机器人感知周围环境，从而更好地完成任务。
本文将围绕机器人的传感器及其应用展开探讨。
一、机器人常用的传感器机器人常用的传感器有红外线传感器、超声波传感器、激光传感器、视觉传感器等，这些传感器分别有不同的功能。
下面我们将逐一介绍其功能。
1. 红外线传感器红外线传感器是将红外线能量转换为信号输出的一种传感器，它主要用于检测温度、避障及追踪等功能。
对于机器人而言，红外线传感器可用于自动寻线和避障，对于机器人走过的路程也起到了记录的作用。
2. 超声波传感器超声波传感器是一种利用声波输入和输出信号来确定物体距离的传感器。
它通常用于测距和避障系统中，该传感器能够定位、测距、检测物体运动方向和速度。
3. 激光传感器激光传感器是一种利用激光束在空气中反射和散射的信号来识别障碍物的传感器。
它能够测量物体的距离和位置，用于机器人的室内定位、三维建模等方面。
4. 视觉传感器视觉传感器可以进一步分为单目和双目视觉传感器，它们能够模拟人眼视角，识别并测量物体位置和方向。
对于机器人而言，由于视觉传感器可以帮助机器人识别环境和对象，因此在研发自主导航和智能抓取等方面具有重要的应用前景。
二、机器人传感器的应用机器人由于其优异的性能，具有广泛的应用前景。
下面我们将围绕机器人的传感器在各个领域中的应用进行探讨。
1. 工业制造领域在工业制造领域中，机器人的传感器可以帮助机器人自主检测产品、进行装配、检测缺陷等任务，在生产线协作中发挥更大的作用。
2. 医疗领域机器人在医疗领域中的应用同样具有巨大潜力，比如手术机器人能够为病人实现精准手术，减少手术风险；机器人助手能够照顾需要护理的老人或残障人士，提高其生活质量。
3. 农业领域机器人在农业领域中的应用主要是在农作物种植、养殖等方面。
机器人可利用红外线传感器检测作物生长情况，激光传感器则可用于精准喷药、精准除草等。
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机器人传感器概述
二
章
内传感器
机
外传感器
器
人Байду номын сангаас
传感器的性能指标
传
感
多传感器信息融合技术
器 小结
南京大学金陵学院信息科学与工程学院智能机器人实验室
一、机器人传感器概述 1、传感器的定义和组成
(1)机器人传感器可狭义的定义为：“将外界 的输入信号变换为电信号的一类元件。”如下 图所示：
来自外界的信号 传感器 电信号
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传感器与感知
感知任务: 获取(感知)自身状态或环境的信息 传 感 器: 用于定量感知自身状态或
环境特定物质属性的
电子/机械/化学设备
感知在移动机器人系统中的地位
定位
建 模
感知
位置地图
环 境
认知
规 划
控制
传感器与感知
感知功能特征
人类/生物感知器官
- 视觉: 眼 (光信息感知, 光) - 听觉: 耳 (声响信息感知, 声音) - 触觉: 皮肤 (物理信息感知, 热) - 嗅觉: 鼻 (气味信息感知, 化学) - 味觉: 舌 (液味信息感知, 化学)
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一、机器人传感器概述
1、传感器的定义和组成 （2）传感器一般由敏感元件、转换部分组成：
➢ 敏感元件（Sensitive element）：直接感受 被测量，并输出与被测量成确定关系的某一 物理量的元件。
➢ 转换部件（Transducer）：以敏感元件的输 出为输入，把输入转换成电路参数。
试着想想对应 的传感器
传感器与感知
人所不及的传感能力
可视光谱外的视觉感知能力
红外摄像, 夜间能见
主动视觉
雷达或激光测距
20 Hz – 20 kHz 范围外的声响感知能力
超声测距
超级嗅觉/味觉感知:
化学分析，射线: a, b, g-射线, 中子, 等
一、机器人传感器概述 2、机器人传感器原理与策略
触觉传感器的二维阵列或其等效
温点 度面
热电偶，红外线传感器 红外线传感器的二维阵列或等效
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一、机器人传感器概述
4、传感器的要求
➢足够的量程——传感器的工作范围或量
程足够大；具有一定的过载能力。
➢灵敏度高，精度适当——即要求其输出
信号与被测信号成确定的关系（通常为 线性），且比值要大；传感器的静态响 应与动态响应的准确度能满足要求。
系的状态---位移、位置、速度、加速度、力和应力等等 • 机器人的外部传感器用来感知外部环境和对象的状况---
机器人自身在外部坐标系的位移位置等运动参数, 对象 的形状位置障碍情况 接触式传感器或非接触式传感器：非接触式传感器以某 种电磁射线（可见光、X－射线、红外线、雷达波、声 波、超声波和电磁射线等）的形式来测量目标的响应。 接触式传感器则以某种实际接触（如触碰、力或力矩、 压力、位置、温度、磁量、电量等）形式来测量目标的 响应。
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一、机器人传感器概述
➢ 响应速度快，工作稳定，可靠性好。
➢ 使用性和适应性强——体积小，重量轻，
动作能量小，对被测对象的状态影响小； 内部噪声小而又不易受外界干扰的影响； 其输出力求采用通用或标准形式，以便与 系统对接。
➢ 使用经济——成本低，寿命长，且便于使
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一、机器人传感器概述
信号 强点 度面 距点 离
面
声点 感面 力点 触点 觉面
获取各种传感器信号的传感器类型
传感器 光电池、光倍增管、一维阵列、二维阵列
二维阵列或其等效（低维数列扫描） 发射器（激光、平面光）/接收器（光倍增管、一维阵 列、二维阵列、两个一维或二维阵列、声波扫描） 发射器（激光、平面光）/接收器（光倍增管、二维阵 列），二维阵列或其等效 声音传感器 声音传感器的二维阵列或等效 力传感器 微型开关，触觉传感器的二维阵列或其等效
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一、机器人传感器概述 3、传感器的分类 除此之外，目前还有两种常用的分类： • 以被测量来分 • 以传感器的原理来分
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一、机器人传感器概述
按被测量来分类
被测量类别 热工量
被测量
温度、热量、比热；压力、压差、 真空度；流量、流速、风速
用、维修和校准。 南京大学金陵学院信息科学与工程学院智能机器人实验室
二、机器人内传感器
机器人内传感器以其自己的坐标系 统确定其位置，是安装在机器人自身 中用来感知它自己的状态，以调整并 控制机器人的行动。
机器人内传感器包括位移（位置） 传感器、姿态传感器、速度和加速度 传感器、力传感器以及应力传感器等。
状态量
颜色、透明度、磨损量、材 料内部裂缝或缺陷、气体泄 漏、表面质量
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一、机器人传感器概述 按传感器的原理来分类
电阻式，光电式（红外式、光导纤维 式），电感式，谐振式，电容式，霍尔 式（磁式），阻抗式（电涡流式），超 声式，磁电式，同位素式，热电式，电 化学式，压电式，微波式
(1) 变换——通过硬件把相关目标特性 转换为信号。 (2) 处理——把所获信号变换为规划及 执行某个机器人功能所需要的信息,包 括预处理和解释两个步骤。
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一、机器人传感器概述 2、机器人传感器原理与策略
机器人感觉顺序与系统结构
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一、机器人传感器概述
3、传感器的分类
（1）传感器的分类
机器人传感器有多种分类方法，常见的有： 接触式传感器或非接触式传感器 内传感器或外传感器 无源传感器或有源传感器 无扰动传感器或扰动传感器
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一、机器人传感器概述
3、传感器的分类
机器人依赖传感器感知自身的状态和外部环境 • 机器人的内部传感器用来感知各部分相对于自己的坐标
机械量
位移（线位移、角位移），尺寸、 形状；力、力矩、应力；重量、 质量；转速、线速度；振动幅度、
频率、加速度、噪声
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一、机器人传感器概述
按被测量来分类
被测量类别 被 测 量
物性和成分量 气体化学成分、液体化学成 分；酸碱度（PH值）、盐度、 浓度、粘度；密度、比重