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                  理論原理

                  移動機器人技術漫談(六):傳感器(1)

                  移動機器人上通常安裝了各種類型的傳感器,用于獲取本身的運行狀態和探測所處的環境及狀況。根據檢測對象的不同,機器人傳感器可分為內部傳感器和外部傳感器。

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                  發布于 4個月前 閱讀:416

                         移動機器人上通常安裝了各種類型的傳感器,用于獲取本身的運行狀態和探測所處的環境及狀況。根據檢測對象的不同,機器人傳感器可分為內部傳感器和外部傳感器。內部傳感器是指用來檢測機器人本身狀態的傳感器,外部傳感器是指用來檢測機器人所處環境及狀況的傳感器。

                  表1  移動機器人常用的傳感器

                  傳感器類型

                  測量原理

                  主要作用

                  編碼器

                  光電、磁性、電感性、電容性

                  電機轉角/轉速測量、里程計

                  慣性測量單元

                  航位推算(DR)

                  姿態測量、加速度測量

                  /力矩傳感器

                  電阻應變

                  外力測量、外力矩測量

                  GNSS

                  衛星定位

                  室外定位

                  激光雷達

                  飛行時間(TOF)、三角測量

                  環境建圖、定位

                  磁導航傳感器

                  電磁感應

                  磁跡導航線路識別

                  超聲波傳感器

                  飛行時間(TOF)

                  探測障礙物

                  紅外線傳感器

                  飛行時間(TOF)、紅外輻射

                  探測障礙物、溫度測量

                  深度/視覺相機

                  CCD或CMOS成像

                  環境識別、物體識別、人體識別

                  • 編碼器

                         編碼器將角位移或角速度轉換為電脈沖或數字量,在移動機器人上一般作為里程計使用。

                         編碼器根據檢測原理可分為:光電式、磁性、電感式和電容式。光電式編碼器是其中最常用的。根據碼盤的校準方式,光電編碼器分為增量式和絕對式。增量式光電編碼器的輸出是一系列方波脈沖。旋轉角度可以通過記錄脈沖的數量計算出來。但是需要一個參考位置作為轉軸的零點絕對位置。絕對式光電編碼器軸上的每個位置都對應有唯一的二進制數字量,因此可以直接得到絕對位置。

                         編碼器因其結構緊湊、使用壽命長、使用方便、技術成熟等優點而被廣泛應用。編碼器的分辨率取決于圓中編碼盤上刻線的數量。更多的線能夠識別較小的角度,從而產生更高的分辨率,當然成本也會更高。

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                  圖1  光電編碼器

                  • 力/力矩傳感器

                         力/力矩傳感器廣泛應用在協作機械臂、足式移動機器人、移動機器人等領域。

                         力傳感器是將力的測量值轉換為相應電信號的器件,分為單維、多維等類型。力傳感器能檢測張力、拉力、壓力、重量、扭矩、內應力和應變等力學量。具體的器件有金屬應變片、壓力傳感器等,在動力設備、工程機械、各類工作母機和工業自動化系統中,成為不可缺少的核心部件。

                         扭矩傳感器主要用于測量施加在機械軸上的扭矩。常見的類型有感應式和電阻應變式。其結構通常由扭力桿和線圈、電阻應變片等檢測元件組成。通過檢測元件參數的變化,將扭矩引起的扭桿扭轉變形轉化為電信號,實現扭矩測量。

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                  圖2  六維力傳感器

                  • 慣性傳感器

                         慣性傳感器包括加速度計、陀螺儀和磁強計。慣性傳感器被廣泛用于測量運動物體的運動參數,比如加速度、角速度和方位角。通常,三者的組合被稱為慣性測量單元(IMU)。慣性傳感器的測量原理是航位推算(DR),利用積分的方法來計算物體的運動量。慣性傳感器的精度在短時間內是令人滿意的,但是長時間漂移誤差較大。

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                  圖3  慣性測量單元

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                  他很懶,什么都沒有留下~