机器人多感知技术-接近觉.ppt

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1、第二章接近觉传感器接近觉传感器主要感知传感器与对象物之间的接近程度；接近觉是一种粗略的距离感觉根据使用场合的不同情况，大多只要求给出简单的阈值判断：接近或否；有时为了一些特殊用途，要求接近觉传感器能够提供分档的距离感觉：远、中等、近。生活中：电子卫兵、自动感应门等；在机器人中：避障——移动机器人防止冲击——柔性抓握接近觉应用场合不同，感觉的距离范围也不同：远可达几米至十几米，近到几毫米甚至1毫米以下2021/10/51河北工业大学机械学院第二章接近觉传感器接近觉传感器采用的原理：接近觉传感器根据下同的工作原理有多种实现方

2、式。光反射式接近觉传感器感应式接近觉传感器超声波接近传感器2021/10/52河北工业大学机械学院2.1感应式接近传感器一、感应线圈人们用得最为广泛的工业接近觉传感器，依据的是金属物体接近感应式接近觉传感器引起的电感变化。磁通量的变化将感应一个电压脉冲，其幅值和形状正比于磁通量的变化率。在线圈的输出观测到的电压波形可作为接近觉传感的有效手段。2021/10/53河北工业大学机械学院2.1感应式接近传感器随着距离的增加，传感器的灵敏度急剧下降，其有效作用距离仅为几分之一毫米。存在相对运动时才会产生输出波形，计输出波形积分便

3、可产生二值信号积分值小于特定的阈值时，二值信号输出为低电位；超过该阈值时，二值信号输出为高电位2021/10/54河北工业大学机械学院2.1感应式接近传感器二、霍尔效应传感器霍尔效应指的是金属或半导体片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上产生电动势。霍尔传感器单独使用时，只能检测有磁性物体。当与永久磁体以图示的结构形式联合使用时，可以用来检测所有的铁磁物体。2021/10/55河北工业大学机械学院2.1感应式接近传感器霍尔效应传感器的工作依赖作用于在磁场中运动的带电粒子上的洛仑兹力。该力作用在由带电粒子

4、的运动方向和磁场方向所形成平面的垂直轴线上。洛仑兹力若将铁磁体靠近这个由半导体和磁铁组成的器件，将会使磁场强度降低。洛仑兹力下降，半导体两端的电压减小。电压的降低是感知接近程度的关键。对传感器设置一电压阈值便可作出是否有物体接近的二值判定。2021/10/56河北工业大学机械学院2.1感应式接近传感器由于霍尔元件产生的电势差很小，故通常将霍尔元件与放大器电路、温度补偿电路及稳压电源电路等集成在一个芯片上，称之为霍尔传感器。2021/10/57河北工业大学机械学院2.1感应式接近传感器使用半导体材料，有若干优点：体积小耐用

5、抗电气干扰性好可将放大和检测电路直接集成在传感器上体积小降低成本。2021/10/58河北工业大学机械学院2.2电容式接近传感器感应式接近觉传感器只能检测铁磁材料电容传感能够检测所有固体和液体材料电容传感器工作基于检测物体表面靠近传感元件时的电容变化敏感元件为电容器，它由传感电极和参考电极组成2021/10/59河北工业大学机械学院2.2电容式接近传感器根据电容的变化检测接近程度的电子学方法有若干种：将电容器作为振荡电路的一部分，设计成只有当传感器的电容值超过某一预定阈值时才产生振荡。然后，将起振转换成一输出电压，用以表

6、示物体的出现；该方法给出二值输出，其触发灵敏度取决于阈值。另一种方法是把电容元件作为受连续参考正弦波驱动的电路的一部分，电容的变化引起参考信号和来自电容元件的信号之间的相移，相移正比于电容的变化，因此可用来检测接近程度。2021/10/510河北工业大学机械学院2.2电容式接近传感器距离超过数毫米时，灵敏度急剧下降；响应曲线的形状与被测物体的材料有关；通常，这种传感器以二值方式工作。按照阈值所规定的检测界限，电容的变化大于阈值，表明有物体出现；而当电容变化低于阈值时，表示没有物体出现。2021/10/511河北工业大学机

7、械学院2.2电容式接近传感器右表为Turck公司的CP40型传感器(直径40mm)的性能指标2021/10/512河北工业大学机械学院2.3超声接近觉传感器前面讨论的接近传感器的响应和被测物体的材料密切相关使用超声接近觉传感器可进行比较精确的距离测量，并且对材料的依赖性大为降低人耳能听到的声波频率在20~20000Hz之间，超过20000Hz的声波称为超声波。超声波的特点：频率高、波长短、绕射小，方向性好、能成为射线而定向传播2021/10/513河北工业大学机械学院2.3超声接近觉传感器超声波探测原理比较简单，一般是采

8、用时间度越法。ｄ=ｃΔt／2其中ｃ（Ｔ的函数）为超声波波速，Ｔ为环境摄氏温度。超声波传感器主要用途：（1）实时地检测自身所处空间的位置，用以进行自定位；（2）实时地检测障碍物，为行动决策提供依据；（3）检测目标姿态以及进行简单形体的识别；（4）用于导航目标跟踪。2021/10/514河北工业大学机械学院2.3超声接近