第六章 机器人感知
机器人智能感知的工作原理
机器人智能感知的工作原理机器人智能感知是指机器人通过各种传感器获取外界信息，并能理解和分析这些信息的能力。
这种感知能力对于机器人的自主行动以及与环境的交互至关重要。
下面将介绍机器人智能感知的工作原理。
一、感知信息的采集机器人智能感知的第一步是通过各种传感器采集环境中的信息。
传感器可以是机器人身上直接集成的，也可以是通过外部设备进行连接。
常见的传感器包括视觉摄像头、声音麦克风、触摸传感器、陀螺仪、加速度计等。
这些传感器可以感知到光线、声音、触摸、姿态等各种信息。
二、感知信息的处理与分析机器人通过感知信息的采集，获取到了大量的原始数据。
接下来需要对这些数据进行处理和分析，提取出有用的信息。
这个过程需要借助计算机视觉、信号处理、模式识别等相关技术。
例如，对于视觉传感器采集到的图像，可以通过图像处理算法进行边缘检测、目标识别等操作，从而识别出环境中的物体和场景。
三、环境建模与感知融合机器人智能感知不仅仅是对感知信息的处理，还包括对环境的建模和对多种感知信息的融合。
机器人需要将感知到的信息与已有的知识进行融合，生成对环境的全面认知。
在环境模型中，机器人可以存储和更新地图、障碍物信息、对象属性等。
同时，机器人还需要将来自不同传感器的信息进行融合，以提高感知的准确度和可靠性。
四、决策与行动执行通过智能感知，机器人获取了对环境的全面认知，接下来需要根据感知结果进行决策，并执行相应的行动。
这涉及到机器人的路径规划、动作控制等方面。
机器人可以根据环境模型和任务需求，制定最佳的行动策略，并通过执行相应的动作完成任务。
五、学习与优化机器人智能感知的工作原理中，还包括机器人自主学习和优化的过程。
通过不断与环境的交互和感知信息的反馈，机器人可以逐步改进自身的感知能力和行动能力。
例如，通过机器学习算法，机器人可以从大量的训练数据中学习到更有效的感知和决策模式。
这样，机器人的智能水平将不断提高。
六、应用领域与前景机器人智能感知的工作原理在各个领域都有广泛应用。
机器人的感觉系统(1)
内部传感器则装入机器人内部。
如转角编码器，
内部传感器是用来确定机器人在其自身坐标系内的姿态位置的
如用来测量位移、速度、加速度和应力的通用型传感器。
外部传感器则用于机器人本身相对其周围环境的定位。
外部传感机构的使用使机器人能以柔性方式与其环境互相作用。 负责检验诸如距离、接近程度和接触程度之类的变量，便于机器
确实是机器人领域中一项活跃的研究和开发课题 。
二、机器人传感器的分类
几乎所有的机器人都使用内部传感器， 如为测量回转关节位置的编码器，和测量速度以控制其运动的测速计。 大多数控制器都具备接口能力，故来自输送装置、机床以及机器人本身 的信号，被综合利用以完成一项任务。
然而，机器人的感觉系统通常指机器人的外部传感器， 这些传感器使机器人能获取外部环境的有用信息，可为更高层次的机器 人控制提供更好的适应能力， 也就是使机器人增加了自动检测能力，提高机器人的智能，
系统。如转角编码器，
从检测对象上看，机器人的传感器分属和。
内部状态传感器：机器人要感知它自己的内部状态，用以调整并控制机器人的行 动，就要检测机器人本身的坐标轴来确定其位置，
它通常由位置、加速度、速度及压力传感器组成内部传感器。，
外部状态传感器：机器人还要感知周围环境、目标构成等状态信息，要使机器人 对环境有自校正和自适应能力，就要检测外部环境信息，
人的引导及物体的识别和处理。
二、机器人传感器的分类
尽管接近觉、触觉和力觉传感器在提高机器人性能方 面具有重大的作用。
但视觉被认为是机器人重要的感觉能力。
机器人视觉可定义为从三维环境的图像中提取、显示 和说明信息的过程。
这一过程通常也称为机器视觉或计算机视觉，
机器人的感知和认知能力
机器人的感知和认知能力随着科技的发展，机器人在人类社会中扮演着越来越重要的角色。
机器人的感知和认知能力是其核心功能，决定了其在各个领域的应用和表现。
本文将就机器人的感知和认知能力进行探讨，包括机器人的感知方式、认知能力的发展以及与人类的对比等方面。
一、机器人的感知方式机器人的感知方式主要通过传感器和摄像头等装置来获取外界信息。
传感器可以感知物体的温度、压力、湿度等参数，从而了解周围环境的变化。
而摄像头可以捕捉图像和视频，并通过图像识别技术来识别和理解图像中的内容，如人脸、物体等。
这些感知方式为机器人提供了对外界信息的基本认识。
二、机器人的认知能力发展机器人的认知能力是指其理解和分析外界信息的能力。
随着人工智能技术的不断进步，机器人的认知能力在逐渐提高。
机器学习和深度学习等技术使机器人能够通过大量的数据进行学习和训练，进而改善其感知和认知能力。
例如，机器人可以通过学习人类行为和语言来理解人类的意图，并做出相应的回应。
同时，机器人还可以通过与环境的交互和反馈来实时调整和完善自己的认知能力。
三、机器人与人类的对比尽管机器人的感知和认知能力不断提升，但相比于人类来说，还存在一定的差距。
首先，机器人的感知能力虽然可以通过传感器获取各种信息，但与人类的感知器官相比仍有限制。
例如，机器人无法像人类一样触觉敏感，无法感受到温度的变化和细微的压力。
其次，机器人的认知能力虽然可以通过学习和训练进行改进，但在某些情况下仍无法做出像人类一样的智能决策。
人类拥有复杂的思维和情感体验，而机器人仍然只能依靠程序和算法执行任务。
综上所述，机器人的感知和认知能力在科技发展中占据重要地位。
感知方式的不断创新和认知能力的提升使机器人能够更好地适应和应对复杂的环境和任务。
然而，与人类相比，机器人在感知器官和认知能力上仍存在差距。
未来随着科技的进步和人工智能的发展，相信机器人的感知和认知能力会继续得到提升，为人类社会带来更多的便利和效益。
机器人技术基础课件第六章 机器人传感器
物理量
电量
目前，传感器转换后的信号大多为电信号。 因而从狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信 号转换成电信号的装置。
6.1 机器人传感器概述
6.1.1 传感器的基本概念
2、传感器的组成
传感器一般由敏感元件、转换部分组成
基
被 测 量
敏 感 元 件
转 换 元 件
本 转 换 电
电 信 号
路
6.1 机器人传感器概述
6.2 内传感器
增量式编码器
6.2.1 位移（位置）传感器
（1）信号性质
输出信号为一串脉冲，每一个脉
冲对应一个分辨角，对脉冲进行计 数N，就是对 的累加，即，角位移 ＝N。
如： ＝0.352，脉冲N＝1000，
则：
＝ 0.352×1000＝ 352
增量式编码器的信号性质
6.2 内传感器
增量式编码器
6.2 内传感器
6.2.1 位移（位置）传感器
2、光电编码器
光电编码器是角度（角速度）检测装置，通过光 电转换，将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲 数字量的传感器。具有体积小，精度高，工作可靠 等优点，应用广泛。
编码器
6.2 内传感器
6.2.1 位移（位置）传感器
2、光电编码器
轴式
套式
电信号
二进制编码
• 满足机器人控制的要求 • 满足机器人自身安全和机器人使用者的安全性要求
6.1 机器人传感器概述
6.1.4 机器人传感器的分类
1)按被测物理量分类 常见的被测物理量
机械量:长度,厚度,位移,速度,加速度, 旋转角,转数,质量,重量,力,力矩;
热工量:温度、热量、比热容、热流、 热 分布、压力（压强）、压差、真空度、流 量、流速、物位、 液位、界面、噪声
钱钧机器人_06机器人感知
6.1 机器人内部传感器
角度测量传感器
旋转变压器
3 pairs of poles Absolutely accurate position control within a third of a revolution of the motor
Resolution with 12 bits (4096 increments) Power infeed approx. 16 Vpp 8 kHz
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第六章 机器人感知技术
6.1 机器人内部传感器 6.2 机器人外部传感器 6.3 机器人传感器应用实例
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第六章 机器人感知技术
内部传感器
本体感受型(Proprioceptive)，测量系统的内部 变量。 外部感受型(Exteroceptive)，测量系统所在的环 境变量。
外部传感器
焊缝搜索定位
搜索定位焊缝，在焊接前平移机器人或专机的编程路径，确保焊缝精 确地熔敷在接头上的过程。 指在焊接位置前方进行实时跟踪。这不仅可以校正机器人或专机的轨 迹，而且可以实现自适应控制，例如通过调整电压、送丝速度或行走 速度来改变焊缝成形。
焊缝跟踪
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6.3 机器人传感器应用实例
基于激光测距的物体轮廓扫描检测系统
交流：同步、异步（常用）测速发电机 直流：电磁式、永磁式测速发电机
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6.1 机器人内部传感器
速度测量传感器
测速发电机用于转速自动调节系统
调节转速给定电压，可以使系统保持期望的转速。当电动机的 转速由于某种原因（如负载转矩增大）减小，此时测速发电机 的输出电压减小，转速给定电压和测速反馈电压的差值增大， 差值电压信号经放大器放大后，使电动机的电压增大，电动机 开始加速，直到达到所要求的转速为止。因此，只要转速给定 电压不变，无论由于何种原因企图改变电动机的转速，由于测 速发电机的反馈作用，使系统能自动调节到所要求的转速。
第6章 RobotBasic传感器
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6.2 红外传感器
rlocate 400,300 //定义机器人在屏幕上的位置 while rfeel()=0 rForward 1 wend end rFeel()比rBumper()探测物体的效果更好,因为最好是不发生碰 撞. 缺点:有可能探测不到小的物体(或大物体的边角),因此,当想避免 障碍物时,推荐同时使用rFeel和rBumper状态数据进行分析.
第6章 RobotBasic传感器
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第6章 RobotBasic传感器
利用缓冲器进行避障 红外传感器 测距传感器 机器人视觉 信号探测
指南针
全球定位 电池电量水平
第6章 RobotBasic传感器
RobotBasic传感器使机器人对周围的环境有了感知的 能力。 控制算法通过传感器来分析环境，然后使机器人采取行 动避障，并能发现、定位目标。 本章介绍部分传感器，并探索如何应用从传感器上获得 的数据对机器人进行编程，使其获得有效的行为。
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6.1 利用缓冲器进行避障
RobotBASIC机器人有4个缓冲器,前面和后面的分别形成 130°圆弧,侧面的仅形成50°。 通过rBumper()获得4个缓冲器状态的数据。
缓冲器
位
值
后
右 前 左
20
21 22 23
1
2 4 8
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机器人的感知与认知
机器人的感知与认知随着科技的不断进步和发展，机器人逐渐成为人们生活中的重要组成部分。
机器人的感知与认知能力被认为是其核心技术，它决定了机器人能否与人类有效地交互和合作。
本文将探讨机器人的感知与认知，并分析其在各个领域的应用。
一、机器人感知技术机器人能够通过各种传感器感知周围环境，并将感知到的信息转化为可供计算机处理的数据。
常见的机器人感知技术包括视觉感知、听觉感知、触觉感知和位置感知。
1. 视觉感知机器人通过摄像头等设备获取图像信息，并通过图像处理算法进行分析和识别。
例如，机器人可以通过视觉感知技术辨别物体的形状、颜色和大小，实现物体抓取或目标追踪等功能。
2. 听觉感知机器人通过麦克风等设备获取声音信号，并通过声音处理算法分析和理解。
例如，语音识别技术使得机器人能够听懂人类的指令，并做出相应的反应。
3. 触觉感知机器人通过触摸传感器等设备获取触摸信号，并通过触摸感知算法进行分析和处理。
例如，机器人可以通过触摸感知技术判断物体的硬度、温度和纹理等属性。
4. 位置感知机器人通过全球定位系统（GPS）、惯性导航等技术获取自身的位置信息。
这些技术帮助机器人在运动中准确定位，实现精确导航和路径规划。
二、机器人认知技术机器人的认知能力是其理解和处理感知信息的能力。
机器人的认知技术主要包括智能推理、知识表示和机器学习。
1. 智能推理机器人通过推理技术，通过已有的知识和规则进行逻辑推理，从而做出合理的决策。
例如，机器人可以通过智能推理技术在复杂环境中找到最佳路径或解决问题。
2. 知识表示机器人通过知识表示技术将获取到的知识进行存储和组织，便于后续的处理和利用。
常见的知识表示方法包括逻辑表示、本体表示和语义网络等。
3. 机器学习机器学习技术使得机器人能够通过观察和经验来学习并不断改进自己的性能。
例如，机器人可以通过机器学习算法提取出感知信息中的关键特征，并用于目标识别和分类等任务。
三、机器人在各领域的应用机器人的感知与认知技术在各个领域都有着广泛的应用。
机器人感知系统知识要点梳理
机器人感知系统知识要点梳理机器人感知系统是指机器人通过感知技术获取环境信息，并将其用于决策和执行任务的过程。
它是机器人技术中至关重要的一个组成部分，对于机器人能够智能地感知和理解周围环境具有重要意义。
本文将就机器人感知系统的知识要点进行梳理，包括感知技术的分类、工作原理和应用领域等。
1. 感知技术的分类感知技术主要分为以下几类：- 视觉感知：机器人利用摄像头、相机等视觉设备获取图像或视频信息，并进行分析和处理。
视觉感知技术可以实现对物体形状、颜色、运动轨迹等特征的识别和跟踪。
- 声音感知：通过麦克风等声音设备采集声音信号，并利用声音处理算法分析声音的频率、强度、方向等信息。
声音感知技术可以实现声源定位、语音识别等功能。
- 触觉感知：机器人利用传感器获取触觉信息，如力传感器可以测量物体施加的力或压力，触觉传感器可以模拟人手的触觉感知，实现对物体形状和材质的感知。
- 气味感知：利用气体传感器感知气味分子的浓度和种类，实现对气味的辨别和追踪。
2. 感知系统的工作原理机器人感知系统的工作原理主要包括感知数据采集、数据处理和决策执行三个步骤：- 感知数据采集：机器人通过感知设备获取环境信息，如摄像头获取图像、麦克风获取声音、传感器获取触觉信息等。
- 数据处理：感知数据被传输到机器人的中央处理单元（CPU）进行处理。
通过算法和模型，对获取的数据进行分析、识别和分类，提取有用的特征信息。
- 决策执行：基于数据处理的结果，机器人进行决策和执行相应的任务。
例如，当机器人在视觉感知中检测到目标物体时，可以根据目标物体的特征进行决策，如抓取、避障等。
3. 感知系统的应用领域机器人感知系统在各个领域都得到了广泛应用，包括：- 工业制造：在工厂生产线上，机器人可以通过视觉感知识别产品的质量缺陷、完成装配或检测任务，提高生产效率和品质。
- 家庭服务：智能家居机器人通过声音感知、视觉感知等技术，能够理解用户指令、识别用户行为，并提供相应的服务，如扫地、煮饭等。
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（1）1.1 电位计 典型的传感器是电位计。检测的是以 电阻中心为基准位置的移动距离。
L ( 2e E ) E
E：输入电压 L：最大移动距离触头 X：向左端移动的距离 E：电阻右侧的输出电压
1
• 直线型（测量位移） 旋转型（测量角度）
360V E
2
• 1.2 测速发电机
3
• 1.3 光电编码器
光学编码器是机器人关节伺服中常用的一种检 测装置。可以将机械轴的转角值或直线运动的位移 量转化成相应的电脉冲。
增量式
绝对式
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2 外部状况的感觉
（1）物体识别传感器 （2）物体探测传感器 （3）极近物体探测传感器 （4）距离传感器 (5）力觉传感器 （6）其他传感器
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传感器与计算机的接口设计
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V/I、I/V转换电路
4－20mA 远距离传输 0-10V~4-10mA
采样/保持电路
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模拟多路开关
CD4051
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触觉信息处理
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机器人二维图像处理
前处理
滤波 二值化处理
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特征处理
边缘化
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合并与分割
形状的识别
匹配与识别
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三维视觉的分析
双目视觉
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腕力传感器
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接近与距离觉传感器
根据感知距离，接近觉传感器可分为三类；感知近距离（mm级）物 体的有磁力式、气压式、电容式等；感知中距离（大致30mm以内）物体 的有红外式；感知远距离（30CM以外）物体有超声式和激光式。视觉传 感器也可作为接近觉传感器。
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超声波传感器
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机器人视觉可以定义为这样一个过程，利用视觉传感器获取 三维景物的二维图象，通过视觉处理器对对一副或多副图象 进行处理、分析和解释，得到有关景物的符号描述，并为特 定任务提供有用的信息，用于指导机器人的动作。
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摄像器件
CCD
电荷藕合器件图像传感器CCD（Charge Coupled Device），它使用一种高感光度的半导体材料制成，能把光线 转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号，CCD由许 多感光单位组成，通常以百万像素为单位。当CCD表面受到光 线照射时，每个感光单位会将电荷反映在组件上，所有的感光 单位所产生的信号加在一起，就构成了一幅完整的画面。CCD 的组成主要是由一个类似马赛克的网格、聚光镜片以及垫于最 底下的电子线路矩阵所组成。
利用声波：语音识别传感器。分析振动声音探测机械故障的点传感器。 热传感器：点检传感器。 通过分析敲打的声音测定果品成熟程度的传感器。 根据近红外线的糖度吸收程度测定水果甜度的传感器.
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• 2 触觉传感器
8
接触绝传感器
单向微动开关
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接近开关
非接触式接近传感器有高频振荡式、磁感应式、电容感应式、 气动式、光电式等多触觉传感阵列
滑觉传感器
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力觉传感器
力和力矩的一般检测方法
（1）通过检测物体弹性变形测量力。 （2）通过检测物体压电效应检测力。 （3）通过检测物体压磁效应检测力。 （4）采用电动机、液压马达驱动的设备可以通过检测电动 机电流及液压马达油压等方法测量力或转矩。 （5）装有速度、加速度传感器的设备，可以通过速度与加 速度的测量推出作用力。