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理论原理

移动机器人技术漫谈(六):传感器(1)

移动机器人上通常安装了各种类型的传感器,用于获取本身的运行状态和探测所处的环境及状况。根据检测对象的不同,机器人传感器可分为内部传感器和外部传感器。

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发布于 3个月前 阅读:323

       移动机器人上通常安装了各种类型的传感器,用于获取本身的运行状态和探测所处的环境及状况。根据检测对象的不同,机器人传感器可分为内部传感器和外部传感器。内部传感器是指用来检测机器人本身状态的传感器,外部传感器是指用来检测机器人所处环境及状况的传感器。

表1  移动机器人常用的传感器

传感器类型

测量原理

主要作用

编码器

光电、磁性、电感性、电容性

电机转角/转速测量、里程计

惯性测量单元

航位推算(DR)

姿态测量、加速度测量

/力矩传感器

电阻应变

外力测量、外力矩测量

GNSS

卫星定位

室外定位

激光雷达

飞行时间(TOF)、三角测量

环境建图、定位

磁导航传感器

电磁感应

磁迹导航线路识别

超声波传感器

飞行时间(TOF)

探测障碍物

红外线传感器

飞行时间(TOF)、红外辐射

探测障碍物、温度测量

深度/视觉相机

CCD或CMOS成像

环境识别、物体识别、人体识别

  • 编码器

       编码器将角位移或角速度转换为电脉冲或数字量,在移动机器人上一般作为里程计使用。

       编码器根据检测原理可分为:光电式、磁性、电感式和电容式。光电式编码器是其中最常用的。根据码盘的校准方式,光电编码器分为增量式和绝对式。增量式光电编码器的输出是一系列方波脉冲。旋转角度可以通过记录脉冲的数量计算出来。但是需要一个参考位置作为转轴的零点绝对位置。绝对式光电编码器轴上的每个位置都对应有唯一的二进制数字量,因此可以直接得到绝对位置。

       编码器因其结构紧凑、使用寿命长、使用方便、技术成熟等优点而被广泛应用。编码器的分辨率取决于圆中编码盘上刻线的数量。更多的线能够识别较小的角度,从而产生更高的分辨率,当然成本也会更高。

图片1.jpg

图1  光电编码器

  • 力/力矩传感器

       力/力矩传感器广泛应用在协作机械臂、足式移动机器人、移动机器人等领域。

       力传感器是将力的测量值转换为相应电信号的器件,分为单维、多维等类型。力传感器能检测张力、拉力、压力、重量、扭矩、内应力和应变等力学量。具体的器件有金属应变片、压力传感器等,在动力设备、工程机械、各类工作母机和工业自动化系统中,成为不可缺少的核心部件。

       扭矩传感器主要用于测量施加在机械轴上的扭矩。常见的类型有感应式和电阻应变式。其结构通常由扭力杆和线圈、电阻应变片等检测元件组成。通过检测元件参数的变化,将扭矩引起的扭杆扭转变形转化为电信号,实现扭矩测量。

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图2  六维力传感器

  • 惯性传感器

       惯性传感器包括加速度计、陀螺仪和磁强计。惯性传感器被广泛用于测量运动物体的运动参数,比如加速度、角速度和方位角。通常,三者的组合被称为惯性测量单元(IMU)。惯性传感器的测量原理是航位推算(DR),利用积分的方法来计算物体的运动量。惯性传感器的精度在短时间内是令人满意的,但是长时间漂移误差较大。

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图3  惯性测量单元

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他很懒,什么都没有留下~