第
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
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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