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机器人触觉与视觉大连华锐重工集团股份有限公司刘晓飞摘要：机器人触觉传感技术是实现智能机器人的关键技术之一，触觉传感器是机器人与环境直接作用的必要媒介，是模仿人手使之具有接触觉、滑动觉、热觉等感知功能。
首先，在深入了解各种触觉传感器设计原理和方法的基础上，利用压电原理和光电原理可以设计一种体积小、结构简单、工作可靠、柔韧性好，并可同时检测触觉和滑动信号的三维力机器人触滑觉传感器。
其次，对触觉传感头的压电层和结构进行有限元建模分析。
最后，引入自适应模糊控制方法，通过对滑动信号的模糊控制器设计，控制机械手与接触界面的夹持力。
机器人视觉是指使机器人具有视觉感知功能的系统，是机器人系统组成的重要部分之一。
机器人视觉可以通过视觉传感器获取环境的二维图像，并通过视觉处理器进行分析和解释，进而转换为符号，让机器人能够辨识物体，并确定其位置。
关键词：机器人触觉、触觉传感器、压电原理，机器人视觉1. 机器人触觉概述触觉是一种复合传感，通过人体表面的温度觉、力觉传感器等提供的复合信息可以识别物体的冷热、尺寸、柔软度、表面形状、表面纹理等特征，为人类感知世界提供了大量有用的信息。
在机器人领域使用触觉传感器的目的在于获取机械手与工作空间中物体接触的有关信息。
例如，触觉信息可以用于物体的定位和识别以及控制机械手加在物体上的力。
2. 触觉传感器的种类触觉信息是通过传感器与目标物体的实际接触而得到的，因此，触觉传感器的输出信号基本上是由两者接触而产生的力以及位置偏移的函数。
一般来说，触觉传感器可以分为简单的接触传感器和复杂的触觉传感器。
前者只能探测和周围物体的接触与否，只传递一种信息，如限位开关、接触开关等；后者不仅能够探测是否和周围物体接触，而且能够感知被探测物体的外轮廓。
1) 压电式触觉传感器压电式触觉传感器是利用晶体的压电效应进行触觉测量的触觉传感器。
通常，这种传感器可以采用多个压电晶体来检测物体的表面轮廓。
其工作原理是把多个压电晶体压在被测物体上，如果物体表面的高度不同，各个压电晶体的变形也不同，因此，压电晶体产生的电量和输出电压也不同，检测各压电晶体的输出电压就可以检测物体的表面轮廓。
第五章机器人的感官在科技飞速发展的今天，机器人已经逐渐从科幻作品走进了我们的现实生活。
它们在工业生产、医疗保健、家庭服务等领域发挥着越来越重要的作用。
而要让机器人能够像人类一样在复杂的环境中自如地行动和工作，关键就在于赋予它们敏锐的“感官”。
那么，什么是机器人的感官呢？简单来说，就是机器人感知和理解周围世界的能力。
就像我们人类通过眼睛看、耳朵听、鼻子闻、皮肤触摸等来获取信息一样，机器人也需要有类似的“器官”来收集环境数据，并将这些数据转化为有意义的信息，以便做出决策和采取行动。
视觉是机器人最常见的一种感官。
机器人的“眼睛”通常是由摄像头或者其他光学传感器组成。
这些设备能够捕捉周围环境的图像，然后通过图像处理算法进行分析和理解。
例如，在工业生产线上，机器人可以通过视觉系统识别不同的产品部件，准确地进行抓取和组装；在自动驾驶领域，汽车上的视觉传感器能够识别道路标志、交通信号灯和其他车辆，从而保证行驶的安全和顺畅。
然而，要让机器人的视觉达到人类的水平，还面临着许多挑战。
人类的眼睛能够在不同的光照条件下、从不同的角度快速准确地识别物体，而且还能够理解物体的语义和上下文信息。
相比之下，机器人的视觉系统在复杂的环境中可能会受到光照变化、物体遮挡等因素的影响，导致识别错误。
听觉也是机器人重要的感官之一。
通过麦克风等声音传感器，机器人可以收集周围的声音信息。
这在语音交互、环境监测等方面有着广泛的应用。
比如，家庭服务机器人可以通过听指令来执行任务，或者在监测到异常声音时发出警报。
但是，声音的处理比图像更加复杂，因为声音具有波动性和时域特征，需要更高级的算法来进行分析和识别。
除了视觉和听觉，触觉对于机器人来说同样重要。
触觉传感器可以让机器人感知物体的形状、质地、硬度等特性。
这在机器人进行精细操作，如抓取易碎物品或者进行手术时，是至关重要的。
例如，在医疗手术中，机器人需要通过触觉反馈来精确控制手术器械的力度和位置，避免对患者造成伤害。
传感器在工业机器人中应用工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。
工业机器人是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。
它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。
在工业自动化领域，机器需要传感器提供必要的信息，以正确执行相关的操作。
机器人已经开始应用大量的传感器以提高适应能力。
绝大多数智能机器人的外部传感器,可以大致分为触觉传感器,接近传感器、力学传感器,以及视觉、滑觉、热觉等多种类型的传感器。
例如有很多的协作机器人集成了力矩传感器和摄像机，以确保在操作中拥有更好的视角，同时保证工作区域的安全等。
用于避障的传感器避障可以说是各种机器人最基本的功能，不然机器人一走动就碰到花花草草就不好了。
机器人并不一定要通过视觉感知自己前方是否有障碍物，它们也可以通过触觉或像蝙蝠那样通过声波感知。
因此，检测机器人前方是否存在障碍物的传感器，可以分为接触式和非接触式的。
最典型的接触式测障传感器便是碰撞开关（图1）。
碰撞开关的工作原理非常简单，完全依靠内部的机械结构来完成电路的导通和中断。
图1 碰撞开关在机器人上的用法多数是将探测臂加长，扩大探测范围和灵敏度。
当机器人撞到前面的障碍物，碰撞开关的信号端便可返回一个高电平，控制芯片由此可以知道小车面前存在着障碍物。
非接触式测障开关一般的工作原理与声纳和雷达相似，发射声波或某种射线，遇到障碍物，声波或射线被反射回来，并被传感器接收，这时传感器就认为发现了障碍物。
我们最常用的便是发射和接收红外线的传感器（图3，图4）。
图3 红外发射管图4 红外接收管红外测障传感器成本较低（当然比碰撞开关还是要高一点），电路简单，检测范围大。
如果在电路中加上一个电位器，就可以随时调节传感器的检测范围。
这种检测方式为非接触式，控制起来更加方便、灵活。
但这种测障方式也有缺点，多个红外传感器之间容易互相干扰，因此在传感器的布局上需要多花心思，安装位置也要尽可能地避免红外信号的碰撞。
机器人的眼、耳、口、手、脚
现代机器人是有感觉、能思考、能记忆、能判断、会学习、会运动的自动机器。
机器人像人一样，有眼、耳、口、手、脚。
机器人的眼睛就是摄像机。
在计算机的控制下，眼睛看得见周围的环境。
它的耳朵就是传声器，能听得懂主人的命令。
机器人的口不能吃东西，是和人对话的。
它的手有灵活的指、腕、关节，手指上装有灵敏的传感器，会感觉到抓东西用多大的劲才合适。
它的手指能自由开合，手腕能摆动、回转，手臂能举起放下。
人的动作，它都会做。
现代机器人大多数有四条腿，这样走路平稳。
机器人靠什么辨认事物，进行工作呢？靠大脑。
它的大脑是具有先进程序的电子计算机。
有了它，机器人就能灵活地适应环境、条件的变化，完成人们交给它的任务。
工业机器人的工作原理
工业机器人的工作原理基于其核心技术，包括传感器、控制系统和执行器等关键组件。
1. 传感器：工业机器人通常搭载各种传感器，如视觉传感器、力量传感器、接触传感器等。
这些传感器用于感知周围环境和工件的位置、形状、力量等信息。
2. 控制系统：工业机器人的控制系统是其大脑，通常由计算机和软件组成。
控制系统接收传感器提供的数据，并根据预先设定的程序和算法进行计算和决策，控制机器人的各个动作。
3. 执行器：执行器是工业机器人实现各种动作的关键部件，包括电动机、液压装置、气压装置等。
执行器接收控制系统发出的指令，通过产生力或转动力矩，将机器人的关节或末端执行器移动到指定位置，实现各种操作任务。
工业机器人的工作原理可以简单概括为感知-计算-执行的闭环过程。
机器人首先通过传感器感知工作环境和工件的状态，然后将感知到的信息传输给控制系统。
控制系统根据预先设定的程序和算法对感知信息进行处理和分析，并做出相应的决策与控制指令。
执行器根据控制指令产生相应的动力输出，将机器人移动到指定位置，完成各种操作任务。
总的来说，工业机器人的工作原理依赖于传感器的感知、控制系统的计算和决策，以及执行器的动力输出，通过这些组件的协作实现机器人的复杂操作。
光电传感器的使用方法及其在机器人导航中的应用光电传感器是一种能够将光信号转换成电信号的装置，广泛应用于工业自动化、机器人导航、智能家居等领域。
本文将介绍光电传感器的基本使用方法，并重点探讨其在机器人导航中的应用。
一、光电传感器的基本使用方法1. 原理和类型：光电传感器的工作原理是利用光敏元件对光强度或颜色的变化做出响应，通过输出电信号来检测、测量光的存在与否。
常见的光电传感器类型包括反射式、透射式和光栅式传感器。
2. 安装和校准：在使用光电传感器之前，需将其正确安装在需要检测的目标物体附近。
安装时需注意传感器与目标物体的距离、角度和固定方式，确保传感器能够准确感应到目标物体的光信号。
校准过程中，可以通过调节传感器的敏感度和阈值来实现对光信号的精准检测。
3. 工作模式：光电传感器常见的工作模式包括数字输出和模拟输出。
在数字输出模式下，传感器会输出一个数字信号以表示目标物体的存在或不存在。
而在模拟输出模式下，传感器会输出一个连续变化的信号，其数值与目标物体的属性（如距离或颜色）有关。
二、光电传感器在机器人导航中的应用光电传感器在机器人导航中发挥了重要的作用，下面将从障碍物检测、路径规划和位置定位三个方面来具体分析其应用。
1. 障碍物检测：光电传感器可用于机器人的障碍物检测，通过感知环境中的障碍物位置和距离，机器人可以避免碰撞和进行巡航。
传感器可以安装在机器人的前、后、侧方向，实时监测周围环境，并根据检测到的障碍物信号进行相应的动作调整。
2. 路径规划：在机器人导航中，路径规划是实现机器人从起点到终点的路径选择。
光电传感器可用于检测路径上的光线强度变化，通过光线的反射或透过程度来判断路径的可行性。
机器人可以根据光电传感器的反馈，在导航中避开阴暗区域或其他无法通行的区域，选择更加安全和高效的路径。
3. 位置定位：光电传感器可以帮助机器人实现在室内外环境中的位置定位。
通过识别特定的光源或标记物，机器人可以根据光电传感器的信号确定自身位置，并实时更新定位信息。
光电传感器技术在机器人视觉中的应用研究综述：机器人视觉是机器人感知环境的一种重要方式，而光电传感器技术作为机器人视觉的核心技术之一，在机器人感知、定位以及工业自动化等领域有着广泛的应用。
本文将深入探讨光电传感器在机器人视觉中的应用研究。
一、光电传感器技术概述：二、机器人视觉中光电传感器的应用：1.目标识别与跟踪：利用光电传感器可以实现对目标物体的识别和跟踪。
通过采集目标物体的光电信号，结合图像处理算法，可以对目标进行识别，实现目标物体的跟踪和定位。
2.环境感知与避障：光电传感器可以用于机器人的环境感知与避障。
通过检测环境中的光电信号，可以获得环境的信息，实现机器人对环境的感知，进而避免障碍物，提高机器人的移动性能和安全性能。
3.距离测量与定位：光电传感器可以用于机器人的距离测量与定位。
利用光电传感器测量目标物体到传感器的距离，并结合机器人的定位系统，可以实现对机器人的定位与导航。
4.姿态识别与控制：光电传感器可以用于机器人的姿态识别与控制。
通过检测目标物体的姿态信息，结合机器学习算法，可以实现对机器人的姿态识别与控制，提高机器人的操作精度和灵活性。
5.智能抓取与操作：光电传感器可以用于机器人的智能抓取与操作。
通过检测物体的光电信号，结合机器人的抓取系统，可以实现对物体的智能抓取与操作，提高机器人的抓取精度和操作效率。
三、光电传感器技术在机器人视觉中的研究进展：1.传感器精度的提高：近年来，随着传感器技术的不断进步，光电传感器的精度不断提高，可以实现对微小物体的检测和测量，提高机器人视觉的精确度和可靠性。
2.算法的优化与创新：针对机器人视觉中的各种应用场景，研究人员不断优化和创新算法，以提高机器人视觉的性能。
例如，通过深度学习算法，可以实现对复杂环境中的目标物体的快速识别和跟踪。
3.多传感器融合技术的应用：机器人视觉中常常需要多种传感器的配合使用，以实现对目标物体的全方位感知。
因此，研究人员开始将光电传感器与其他传感器（如激光雷达、摄像头等）进行融合，以提高机器人视觉的全面性和鲁棒性。
光电技术在机器人视觉中的应用随着科技的快速发展，机器人技术已经逐渐走进人们的日常生活中。
在工业生产和服务领域中迅速应用，越来越多的机器人开始为人类服务。
然而，机器人在工作中也面临一些诸如定位、辨识、感知等问题。
针对这些问题，光电技术应用于机器人视觉中，有效提高了机器人的识别精度和自主性，进一步推动了机器人技术的发展。
一、机器人视觉技术发展概述机器人视觉技术可以分为两个阶段。
一阶段是简单的视觉系统，它通常不易受复杂环境的干扰，如许多工业中的自动化机器人。
二阶段则利用复杂软件与硬件，能够适应多种变化的环境和较高运动的自适应机器人。
光电技术在机器人视觉中的应用可以追溯到上世纪六十年代，当时人们开始尝试使用LED和摄像机实现机器人的视觉指导。
随着时间的推移，机器人技术的智能化逐渐提高，视觉技术也进一步发展，并将光电技术应用于机器人视觉中。
二、光电技术在机器人视觉中的应用领域1. 色彩传感技术色彩传感技术是机器人视觉中介绍光电技术的第一个领域。
该技术通过光电传感器对不同颜色的物体进行识别，并对其进行分类处理，从而使机器人更好地了解周围环境。
色彩传感器可以用于制品的判别和归类，在电子元件等生产行业，更是大显身手。
2. 3D视觉技术3D视觉技术是近年来十分重要的光电技术之一。
该技术通过三角测量原理，实现对目标物体的形状和大小进行测量和计算。
3D机器人视觉技术被广泛应用于制造、工业自动化以及3D测量领域，为许多行业提供了高精度的识别和分析。
3. 红外线和激光技术红外线和激光技术是机器人视觉中最重要的光学技术之一。
该技术使用红外线和激光进行光照，并通过反射和散射获得反馈信息，实现物体的定位、跟踪和控制。
目前，该技术被广泛应用于机器人导航、模拟和虚拟环境下的机器人自主移动等领域。
三、光电技术在机器人视觉中的未来发展随着科技的不断进步，光电技术在机器人视觉中的应用也将不断发展。
未来，光电传感器将更具智能性和自主性，机器人的视觉系统也将获得更高的精度和可靠性。
摘要：采用Freescale公司的MC9SDG128单片机进行控制，使用ROHM公司生产的发送接收一体化反射型光电传感器RPR220，设计了一种新型迷宫机器人。
该迷宫机器人能够在程序中严格控制光电传感器的开关，同时用软件消除外界干扰，取得了很好的探测效果。
关键词：迷宫机器人；光电传感器；RPR220；MC9SDG128；干扰引言迷宫机器人走迷宫竞赛是一项综合性十分强的竞赛，它涉及的学科包括了计算机学、机械学、电工学、嵌入式开发知识以及算法的实现等。
迷宫机器人是一种人工智能的机器人，又称为电脑鼠(Micromouse)。
它拥有灵活的“双腿”，锐利的“眼睛”，还有聪明的“大脑”用于控制“眼睛”和“双腿”协调工作，最终走出IEEE标准迷宫。
迷宫由256个方块(单元)组成，每个方块的大小为18 cm见方，排成16行×16列。
迷宫机器人在迷宫中要能按照一定规则完成行走，所以机器人必须具备以下几种能力：◆稳定且快速的行走能力；◆正确判断能力；◆记忆路径的能力。
很明显，这些能力必须建立在迷宫墙壁能够被准确探知的基础上，这就要求迷宫机器人要有很强的“观察力”，即具有一双“慧眼”。
现实中，能够进行避障的传感器有很多，如CCD摄像头、超声波传感器、光电传感器等。
从设计成本和使用方面综合考虑，本设计采用红外式光电传感器。
红外传感器的功能有两个：一是判断迷宫墙壁的有无，确定迷宫机器人的行进方向；二是根据传感器获得的数值判断迷宫机器人和墙壁之间的距离，从而对迷宫机器人的姿态进行调整，避免迷宫机器人和墙壁发生碰撞。
1 光电传感器原理红外光电传感器工作原理如图1所示。
发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源、发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。
光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。
接收器由光电二极管、光电三极管、光电池组成。
在接收器的前面装有光学元件(如透镜和光圈等)；在接收器后面的是检测电路，用于滤除无效信号，以及对有效信号进行利用。
