接近与距离觉传感器摘要:接近与距离觉传感器 接近与距离觉传感器是机器人用以探测自身与周 围物体之间相对位置和距离的传感器。它的使用对机 器人工作过程中适时地进行轨迹规划与防止事故发生 具有重要意义。人类没有专门的接近觉器官，如果仿 照人的功能使机器人具有接近觉将非常复
接近与距离觉传感器 接近与距离觉传感器是机器人用以探测自身与周 围物体之间相对位置和距离的传感器。它的使用对机 器人工作过程中适时地进行轨迹规划与防止事故发生 具有重要意义。人类没有专门的接近觉器官，如果仿 照人的功能使机器人具有接近觉将非常复杂，所以机 器人采用了专门的接近觉传感器。它主要起以下三个 方面的作用:①在接触对象物前褥到必要的信息，为 后面动作作准备;②发现障碍物时，改变路径或停止， 以免发生碰撞;③得到对象物体表面形状的信息。 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 定物体位里，因此常安装于机器人的手部。 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)的有磁力式 (感应式)、气压式、电容式等;感知中距离(大致 30cm以内)物体的有红外光电式;感知远距离 (30cm以外)物体的有超声式和激光式。视觉传感器 也可作为接近觉传感器。 1磁力式接近传感器 图27.5-22所示为磁力式传感器结构原理。它由 励磁线圈CO和检侧线圈C1及C2组成，圈数C1,C2 相同，接成差动式。当未接近物体时由于构造上的对 称性，输出为0;当接近物体(金属)时，由于金属 产生祸流而使磁通发生变化，从而使检测线圈轴出产 生变化。这种传感器不大受光、热、物体表面特征影 响，可小型化与轻量化，但只能探测金属对象。  日本日立公司将其用于弧焊机器人上，用以跟踪 焊缝。在200℃以下探侧距离0～8mm,误差只有 4%。 2气压式接近传感器 图27.5-23为气压式传感器的基本原理与特性图。 它是根据喷嘴稍板作用原理设什的。气压源尸v经过 节流孔进人背压腔，又经喷嘴射出，气流碰到被测物 体后形成背压输出PA。合理地选择Pv值(恒压源)、 喷嘴尺寸及节流孔大小，便可得出输出PA与距离，之 间的对应关系，一般不是线性的，但可以做到局部近 似线性输出。这种传感器具有较强的防火、防磁、防 辐射能力，但要求气源保持一定程度的净化。 3红外式接近传感器 图27.5-24是红外式接近传感器的基本工作原 理。它有发送器与接收器两个部分。发送器一般为红 外发光二极管，接收器一般为光敏晶体管。发送器向  某物体发出一束红外光后，该物体反射红外光，并被 接收器所接收。通过发射与接收达到判断物体的存 在，经过信号处理与解算又可确定其位置(距离)。  红外式接近传感器的特点在于发送器与接受器尺 寸都很小，因此可以方便地安装于机器人手部。 红外线传感器能很容易地检测出工作空间内某物 体的存在与否，但作为距离的测量仍有它复杂的问 题，因为接收器接收到的反射光线会随着物体表面特 征不同和物体表面相对于传感器光轴的方向不同而出 现差异。这点在设计与使用中应予以注意。 红外式接近传感器的发送器所发出的红外光是经 过脉冲调制的(一般为几千赫兹)，其目的是消除周 围光线的干扰作用。接收器接收时又要经过滤波。图 27.5-25是一种类型的发射与接收线路。图27. 5-25a 为发光二极管发射功率脉冲，图27.5-25b, c是两种 接收线路方案。 红外多传感器系统可用于多个区域的测量。例如 图27.5-26所示为美国JPL实验室推出的采用4个发 送器与4个接收器所组成的系统。它可由13个检测 器检测物体的13个区域，测量各种可能的情况，以 达到获得尽可能多的信息。 4超声波距离传感器 超声波距离传感器用于机器人对周围物体的存在 与距离的探测。尤其对移动式机器人，安装这种传感 器可随时探测前进道路上是否出现障碍物，以免发生 碰撞。 超声波是人耳听不见的一种机械波，其频率在 20kHz以上，波长较短，绕射小，能够作为射线而定 向传播。超声波传感器由超声波发生器和接收器组 成。超声波发生器有压电式、电磁式及磁滞伸缩式 等。在检测技术中最常用的是压电式。压电式超声波   传感器，就是利用了压电材料的压电效应，如石英、 电气石等。逆压电效应将高频电振动转换为高频机械 振动，以产生超声波，可作为“发射”探头。利用 正压电效应则将接收的超声振动转换为电信号，可作 为“接收”探头。 由于用途不同，压电式超声传感器有多种结构形 式。图27.5-27所示为其中一种，即所谓双探头(一 个探头发射，另一个探头接收)。带有晶片座的压电 晶体片装人金属壳体内，压电晶体片两面镀有银层， 作为电极板，底面接地，上面接有引出线。阻尼块或 称吸收块的作用是降低压电片的机械品质因素，吸收 声能最，防止电脉冲振荡停止时，压电片因惯性作用 而继续振动。阻尼块的声阻杭等于压电片声阻抗时， 效果最好。  (责任编辑：laugh521521) |
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