智能机器人-（一）常用传感器及其原理

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一、常用传感器及其原理

1.位置传感器

（1）电位器
电位器通过电阻把位置信息转化为随位置变化的电压。

示意图和公式如下

电位器通常用来作为内部反馈传感器，以检测关节和连杆的位置。

2.编码器

光源（LED）会向接收器（光电二极管）发出光束，光源和接收器都安装在旋转连接轴承的静止部位，编码器是一个带有透明小窗的遮光圆盘，被安装在轴承的转动部分。
当轴承转动时，编码器会让光束交替通过（通过小窗）。光电二极管则随着位置的变化输出对应的高电平或低电平信号，光电二极管的输出可以通过专门的电路转化为位置和速率信息，达到了编码的作用。

（1）增量式编码器
透光和不透光的弧段尺寸相同且交替出现。
增量式编码器就像积分器，它仅能检测角位置的变化。
增量式编码器只能告诉我们移动了多少。
进行位置跟踪的系统中，都必须在系统开始时进行复位
（2）绝对式编码器
绝对式编码器的每个位置都对应着透光和不透光弧段的唯一组合，这种确定组合有唯一的特征。

3.传输时间测量（磁反射）型位移传感器

通过导体发射脉冲，当其遇到磁体就返回来，机器人中的位移传感器就是这种类型。根据传播时间计算出位置信息。

4.速度传感器

（1）使用测速计
（2）位置信号求微分
位置信号中噪声较小，对它进行微分来求速度信号。
相反，对速度信号求积分可得位置信号。

5.力和压力传感器

（1）压电晶体：压电材料在施加一定电压时将会收缩，而在受到挤压时将会产生一定的电压。
（2）力敏电阻：其阻值随垂直施加在表面的力的增加而降低。
（3）应变片：用于测量力，应变片的输出是与其形变成正比的阻值，而形变本身又与施加的力成正比。

6.力矩传感器

在轴上安装两个力传感器，在相反的面上将它们方向相反的放置。如果在轴上施加力矩，力矩将在轴上产生两个方向相反的力和两个方向相反的形变。

7.可见光和红外传感器

这些传感器的电阻随着投射在其上面光强的变化而改变。入射的光强为零，电阻就最大。光强越大，电阻就越小，相应流过的电流就越大。
光敏电阻，当光强超过一定程度时，它就会导通，否则就断开。
光传感器对光敏感，红外传感器对红外光敏感。如果需要用光测量一段长的距离来进行导航，就可以使用红外线，这样不会干扰人的注意或影响任何人。

8.接触和触觉传感器

接触传感器：最简单的是微动开关，接触发生时就接通或者断开。
触觉传感器：很多接触传感器的组合，可以提供有关接触物体的更多信息。

9.接近觉传感器

探测两个物体接触之前一个物体靠近另一个物体。
（1）磁感应接触觉传感器
（2）光学接近觉传感器
（3）超声波接近觉传感器

10.测距仪

（1）超声波测距仪
优点：系统结构坚固，简单，廉价，并且能耗低
缺点：分辨率和最大工作距离受限，背景噪声过高会影响超声波设备工作。
通过测量传输时间进行测距。
（2）光测距仪
常用的是三角法

11.嗅觉传感器

12.味觉传感器

13.视觉系统

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