第四章 机器人（视觉）检测系统
4.3 机器人外部传感器（一）
【内容提要】
本次课主要介绍了机器人的触觉传感器、力觉传感器等外部传感器。
知识要点：
? 工业机器人的触觉传感器（接近觉、接触觉、压觉、滑觉）的组成、原理和结构 ? 工业机器人的力觉传感器工作原理、分布型传感器、腕力传感器等工作原理
重点：
? 机器人的触觉传感器的工作原理 ? 机器人的力觉传感器工作原理
难点：
? 触觉和力觉传感器的应用
关键字：
? 触觉传感器、力觉传感器、外部传感器
【本课内容】
4.2 机器人外部传感器
外部传感器主要用来检测机器人所处环境及目标状况，如是什么物体、离物体的距离有多远、抓取的物体是否滑落等，从而便得机器人能够与环境发生交互作用并对环境具有自我校正和适应能力。
广义来看，机器人外部传感器就是具有人类五官的感知能力的传感器，用来检测机器人所处环境(如是什么物体，离物体的距离有多远等)及状况(如抓取的物体是否滑落)的传感器。具体有物体识别传感器、物体探伤传感器、接近觉传感器、距离传感器、力觉传感器、听觉传感器等。
4.3.1 机器人的触觉传感器
人的触觉是人类感觉的一种。它通常包括热觉、冷觉、痛觉、触压觉和力觉等。 机器人触觉的原型是模仿人的触觉功能，它是有关机器人和对象物之间直接接触的感觉。通过触觉传感器与被识别物体相接触或相互作用来完威对物体表面特征和物理性能的感知。若没有触觉，就不能完好平稳地抓住纸做的杯子，也不能握住工具。
机器人触觉的主要功能有以下两个方面。
1)检测功能:对操作物迸行物理性质检测。如粗糙度、硬度等。其目的是:感知危险状态，实施自身保护；灵活她控制手爪及关节以操作对象物；使操作具有适应性和顺从性。
2)识别功能:识别对象物的形状(如识别接触到的表面形状)，触觉有接触觉、匝觉、力觉和滑觉四种。接触觉是指手撸与被测物是否接触，是接触图形的检测。压觉是垂直于机器人和对象物接触面⊥的力感觉。力觉是机器人动作时各自由度的力感觉。滑觉是物体向着垂直于手指把持面的方向滑动或变形。狭义的触觉照字面来看是指前三种感知接触的感觉。目前还难以实现的材质感觉，如丝绸、皮肤触感，也会包含在触觉中。下面就分别介绍以下这四种触觉传感器。另外还有接觖觉、滑觉和接近觉三种懑觉组合为一体的传感器。
1 接近觉传感器 (1)接近觉传感器概述
接近觉传感器是机器人用来探测其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-般在几亳米到十几厘米之间。接近觉传感器能让机器人感知区间内对象物或障碍物的距离、对象物的表面性质等，其目的是在接触对象前得到必要的信息，以便后续动作。这种感觉是非接触性的，实质上可以认为是介于触觉与视觉之间的感觉。有时接近觉传
感器与视觉、触觉等传感器没有明显的区别。
由于这类传感器可用以感知对象位置，故也被称为位置觉传感器。传感器越接近物体，越能精确地确定物体位置，因此常安装于机器人的手部，目前按照转换原理的不同接近觉传感器分为电磁式、光电式、电容式、气动式、超声波式、红外术等类型。根据感知范围(或距离)，接近觉传感器大致可分为三类:感知近距离物体(mm级)，包括电磁感应式、气压式、电容式:感知中距离物体(30cm以内)，包括红外光电式；感知远距离物体〈30em以外〉，包括超声式、激光式。
电磁式接近传感器加有高频信号is的励磁线圈 L产生的高频电磁场作用于金属板，在其中产生涡流，该涡流反作用于线圈。通过检测线圈的输出可反映出传感器与被接近金属间的距离。
光学接近觉传感器由用做发射器的光源和接收器两部分组成，光源可在内部，也可在外部，接收器能够感知光线的有无。发射器及接受器的配置准则是：发射器发出的光只有在物体接近时才能被接收器接收。除非能反射光的物体处在传感器作用范围内，否则接收器就接受不到光线，也就不能产生信号。
超声波传感器有两种工作模式，即对置模式和回波模式。 (2)电涡流式接近觉传感器
导体在一个不均匀的磁场中运动或处于-个交变磁场中时，其内部就会产生感应电流。 这种感应电流称为电涡流，这一现象称为电涡流现象，利用这-原理可以制作电涡流传感器。电涡流传感器的工作原理如图4-10所示，电涡流传感器通过通有交变电流的线圈向外发射高频变化的电磁场，处在磁场周围的被测导电物体就产生了电涡流。由于传感器的电磁场方向与产生的电涡流方向相反，两个磁场相互叠加削弱了传感器的电感和阻抗。
图4-10 电涡流传感器的工作原理
教案-工业机器人基础第4章03
