机器人触觉传感器概述
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。
触觉传感器在医疗机器人中的应用研究
触觉传感器在医疗机器人中的应用研究随着科技的快速发展，医疗机器人正逐渐成为医疗领域中的重要工具。
医疗机器人的设计与研究旨在提高手术效率、减少患者风险以及协助医生进行更精确的操作。
在医疗机器人中，触觉传感器的应用极为重要，它能够模拟和感知人体的触觉，为机器人提供必要的反馈信息。
本文将对触觉传感器在医疗机器人中的应用进行研究和探讨。
触觉传感器作为一种可以感知物体触感的传感器，已经在医疗机器人中得到广泛应用。
它可以通过测量力的大小、方向和分布来提供对物体触感的精确反馈，从而使机器人能够更加准确地操作和处理物体。
触觉传感器的应用范围非常广泛，包括手术机器人、康复机器人、辅助机器人等。
首先，触觉传感器在手术机器人中的应用研究逐渐得到了重视。
手术机器人通过触觉传感器可以模拟和感知人体器官的触感，为医生提供必要的反馈信息。
一些高精度手术机器人往往需要进行极为精细的操作，触觉传感器可以提供及时的触觉反馈，确保手术的准确性和安全性。
此外，触觉传感器还可以帮助医生在手术过程中监测组织和器官的硬度、粘性和压力等特性，为手术提供更详细的信息。
其次，触觉传感器在康复机器人中的应用也具有重要意义。
康复机器人可以帮助患者进行肢体康复训练，而触觉传感器可以模拟人体的触感，提供真实的物理反馈，帮助患者更好地控制肢体运动。
触觉传感器可以精确地测量患者与康复机器人之间的力度、位置和压力，通过实时的反馈调整机器人的运动和力度，提高康复训练的效果。
此外，触觉传感器还可以监测患者肌肉的收缩情况，提供准确的肌电信号，帮助患者更好地控制肢体运动。
最后，触觉传感器还可以在辅助机器人中发挥重要作用。
辅助机器人主要用于协助医生或患者完成一些繁重或精细的任务，触觉传感器可以为机器人提供准确的触觉反馈，使其能够更好地与环境进行交互。
例如，在护理机器人中，触觉传感器可以检测患者的姿势和支撑力度，为机器人提供正确的位置和力度参考，确保护理过程的准确性和安全性。
触觉传感器的概念
触觉传感器的概念触觉传感器是一种用于感知和测量物体接触或压力的传感器。
其原理是通过测量物体与传感器之间的机械交互力来得到相应的输出信号，从而实现对外界环境的感知与反馈。
触觉传感器广泛应用于机器人技术、虚拟现实、医疗设备、自动化工业等领域，在增强人机交互、物体识别和控制等方面起着重要的作用。
触觉传感器的工作原理主要有三种类型：电容式、电阻式和压力敏感型。
电容式触觉传感器利用物体与传感器接触时产生的电容变化来感知压力，其精度较高。
电阻式触觉传感器则是通过测量物体与传感器接触时的电阻变化来感知压力的，其结构简单且成本较低。
而压力敏感型触觉传感器则是将薄膜或弹性体作为感应元件，通过测量压力对其形变程度来感知压力的大小。
触觉传感器具有以下的特点和优势：一、增强机器人与环境的交互能力：触觉传感器能够使机器人感知和理解外界环境的信息，从而使其更加智能化。
例如，机器人可以通过触觉传感器感知到人体的姿态和力度，从而实现更精准的人机交互。
二、实现精准的力量控制：通过触觉传感器，机器人可以精确感知到对物体施加的力量大小和方向，从而实现对物体的控制和操作。
这对于需要进行精细操作或与人类共同工作的机器人非常重要。
三、提高机器人的安全性：触觉传感器可以帮助机器人感知外界环境和物体，避免与人类或其他物体发生碰撞。
例如，在与人类共同工作的场景中，触觉传感器可以及时感知到接近的人体，从而减少意外伤害的发生。
四、应用于虚拟现实和游戏设备：触觉传感器在虚拟现实和游戏设备中有广泛的应用。
通过触觉传感器，用户可以感受到虚拟世界中的触感和力量变化，增强游戏的沉浸感和交互体验。
五、广泛应用于医疗设备：触觉传感器在医疗设备中起着重要的作用。
例如，在手术机器人中，触觉传感器可以感知外界环境和手术过程中的压力，帮助医生进行准确的手术操作；在假肢和康复设备中，触觉传感器可以感知外界的压力和接触信息，从而实现更自然和精准的运动。
总之，触觉传感器在人机交互、机器人控制和环境感知等方面具有重要的作用和广泛的应用前景。
机器人传感器(1)资料
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
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
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)
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 （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
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。
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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。
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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
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机器人传感器
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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
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概述
❖ 机器人与传感器 ❖ 机器人传感器分类
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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
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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
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机器人传感器分类
机器人传感器分类一、引言随着科技的不断进步，机器人在各个领域得到了广泛的应用，从工业生产到医疗保健，从军事战争到家庭服务，机器人已经成为人们生活中不可或缺的一部分。
而机器人的运动和反应能力，则离不开各种传感器的支持。
传感器是机器人的感官，它能够感知外界的信息，并将其转化为机器人能够理解和处理的信号。
本文将对机器人传感器进行分类和介绍。
二、机器人传感器分类根据机器人传感器的不同功能和应用，可以将其分为以下几类：1. 视觉传感器视觉传感器是机器人获取外界视觉信息的重要工具。
它可以通过摄像头、激光雷达等设备，将环境中的图像转化为数字信号，进而被机器人系统分析和处理。
视觉传感器在机器人导航、目标识别、物体抓取等任务中起着重要作用。
常见的视觉传感器有普通摄像头、红外摄像头、深度相机等。
2. 声音传感器声音传感器是机器人感知声音信号的重要组成部分。
它可以通过麦克风等设备，将声音转化为电信号，进而被机器人系统分析和识别。
声音传感器在语音识别、声源定位、环境监测等任务中发挥着重要作用。
常见的声音传感器有电容式麦克风、电阻式麦克风等。
3. 触觉传感器触觉传感器是机器人获取接触物体信息的重要工具。
它可以通过压力传感器、力传感器等设备，感知接触力的大小和方向，进而被机器人系统分析和处理。
触觉传感器在机器人抓取、物体识别、力控制等任务中起着重要作用。
常见的触觉传感器有压电传感器、电容传感器等。
4. 距离传感器距离传感器是机器人感知周围环境距离信息的重要工具。
它可以通过超声波传感器、红外线传感器等设备，测量机器人与周围物体的距离，进而被机器人系统分析和决策。
距离传感器在避障、导航、地图构建等任务中发挥着重要作用。
常见的距离传感器有超声波传感器、红外线传感器等。
5. 光学传感器光学传感器是机器人感知光线信息的重要工具。
它可以通过光电二极管、光敏电阻等设备，感知光线的亮度和颜色，进而被机器人系统分析和处理。
光学传感器在光线控制、颜色识别、环境感知等任务中起着重要作用。
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：
工业机器人外部传感器
图4-27 超声波式接近觉传感器工作原理图
被测距离L有：
L VT 2
1.4 视觉传感器
1．视觉传感器概述
视觉传感器又称为摄像管，它是采用光电转换原理摄取平面光学图像，并 使其转换为电子图像信号的器件。
视觉传感器必须具备两个作用：一是将光信号转换为电信号；二 是将平面图像上的像素进行点阵取样，并把这些像素按时间取出。
视觉传感器在工业机器人中的应用类型大致可以分为三类，即视 觉检验、视觉导引和过程控制；其应用领域包括电子工业、汽车工 业、航空工业以及食品和制药等。
2．光导摄像管
如图4-29（a）所示，光导摄像管外面有一圆柱形玻璃外壳2，内部有位于一端 的电子枪7以及位于另一端的屏幕1和光敏层3。加在线圈6，9上的电压将电子束聚 焦并使其偏转。偏转电路驱使电子束对光敏层的内表面扫描以便“读取”图像。
图4-24 振动式滑觉传感器
1.3 接近觉传感器
接近觉传感器是工业机器人用来探测自身与周围物体之间相对位置或距离的一 种传感器，它探测的距离一般在几毫米到十几厘米之间。接近觉传感器按照转换原 理的不同，可分为电涡流式、光纤式和超声波式等类型。
1．电涡流式接近觉传感器
当导体在一个不均匀的磁场中运动或处于一个交变磁场中时，其 内部便会产生感应电流。这种感应电流称为电涡流，这一现象称为电 涡流现象，电涡流式接近觉传感器便是利用这一原理制作的。
（a）结构
（b）电子束扫描方式 图4-29 光导摄像管
1—屏幕；2—玻璃外壳；3—光敏层；4—网格；5—电子束； 6—光束聚焦线圈；7—电子枪；8—引脚；9—光束偏转线圈
3．CCD传感器
CCD传感器与一般摄像管相比，具有重量轻、体积小、寿命长、功耗低等优点， 它使用一种高感光度的半导体材料制成，能将光线转变成电荷，通过模/数转换器 转换成数字信号。数字信号经过压缩以后的数据传输至计算机，并借助于计算机的 处理手段，根据任务需要反馈给执行器。
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内容：
2
接触觉传感器
接触觉传感器：用来判断机器人是否接触物体的测量传感器，可以感知机器人与 周围障碍物的接近程度。接触觉传感器可以使机器人在运动中接触到障碍物时向控 制器发出信号。
分类：
微动开关：最简单最经济适用的一种接触传感器，主要由弹簧和触头
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构成。特点是：触点间距小，动作行程短，按动力小，通断迅速，使 用方便，结构简单。 触须式触觉传感器 接触棒触觉传感器 柔性触觉传感器：具有获取物体表面形状二维信息的潜在能力。 柔性薄层触觉传感器 导电橡胶传感器 气压式触觉传感器 触觉传感器阵列：由若干个感知单元组成阵列结构的传感器 成像触觉传感器 TIR触觉传感器 仿生皮肤：仿生皮肤是集触觉、压觉、滑觉和热觉传感于一体的多 功能复合传感器，具有类似于人体皮肤的多种功能。
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3
力觉传感器
分类
根据被测对象的负载，可以把力传感器分为：测力传感器 （单轴力传感器）、力矩表（单轴力矩传感器）、手指传 感器（检测机器人手指作用力的超小型单轴力传感器）和 六轴力觉传感器。 根据力的检测方式不同，力觉传感器可以分为：检测应变 或应力的应变片式；利用压电效应的压电元件式；用位移 计测量负载产生的位移的差动变压器、电容位移计式， 电感式传感器等 其中应变片被机器人广泛采用。
70 年代国外的机器人研究已成热点，但触觉技术的研究才开始且 很少。当时对触觉的研究仅限于与对象的接触与否 接触力大小，虽有 一些好的设想 但研制出的传感器少且简陋。 80 年代是机器人触觉传感技术研究、发展的快速增长期，此期间 对传感器设计、原理和方法作了大量研究 ，主要有电阻、 电容、压 电、 热电、 磁、磁电、力、 光、 超声和电阻应变等原理和方法。 从总体上看 80 年代的研究可分为传感器研制、触觉数据处理、 主 动触觉感知三部分，其突出特点是以传感器装置研究为中心 主要面 向工业自动化。 90年代对触觉传感技术的研究继续保持增长并多方向发展。按宽 的分类法，有关触觉研究的文献可分为：传感技术与传感器设计、 触觉图像处理、形状辨识、 主动触觉感知、结构与集成。工业机器人Fra bibliotek触觉传感器
演讲人： PPT制作： 资料收集：
目录 1
引言
接触觉传感器 力觉传感器
2
3
4
滑觉传感器
1
引言
引言
1.触觉是机器人获取环境信息的一种仅次于视觉的重要知 觉形式 是机器人实现与环境直接作用的必需媒介.与视觉不 同 ，触觉本身有很强的敏感能力可直接测量对象和环境的多 种性质特征. 因此触觉不仅仅只是视觉的一种补充. 2.机器人触觉传感器两大主要功能：
检测功能包括对操作对象的状态、机械手与操作对象的接触状态、
操作对象的物理性质进行检测。
识别功能是在检测的基础上提取操作对象的形状、大小、
刚度等特征，以进行分类和目 标识别.
发展历史 3.机器人触觉传感技术的研究始于70年代.三十多年的历程 可分为三个时段:70年代、80年代、90年代以后.这三个时段的 研究与成就各有特点。
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4
滑觉传感器
机器人在抓取不知属性的物体时，其自身应能确定最佳握紧力的给定 值。当握紧力不够时，要检测被握紧物体的滑动，利用该检测信号， 在不损害物体的前提下，考虑最可靠的夹持方法，实现此功能的传感 器称为滑觉传感器。 滑觉传感器有滚动式和球式，还有一种通过振动检测滑觉的传感器。 物体在传感器表面上滑动时，和滚轮或环相接触，把滑动变成转动。 滑移传感器按照有无滑动方向检测功能分为无方向性传感器、单方向传 感器和全方位性传感器。