机器人中的传感器课件

机器人控制技术基础机器人控制技术基础第第 7 7 章章7 7 机器人的感觉机器人的感觉Senses of Robotics7.1 7.1 传感器的种类传感器的种类7.2 7.2 触觉信息的获取触觉信息的获取7.3 7.3 视觉信息的获取视觉信息的获取7.4 7.4 距离信息的获取距离信息的获取Senses of Robotics 7.1 7.1 传感器的种类传感器的种类 1.1.传感器的分类传感器的分类 内部传感器：内部传感器：检测机器人本身状态（手臂间角度检测机器人本身状态（手臂间角度等）的传感器。等）的传感器。外部传感器：外部传感器：检测机器人所处环境（是什么物体，检测机器人所处环境（是什么物体，离物体的距离有多远等）及状况（抓取的物体滑落等）离物体的距离有多远等）及状况（抓取的物体滑落等）的传感器。的传感器。外部传感器分为末端执行器传感器和环境传感器。外部传感器分为末端执行器传感器和环境传感器。末端执行器传感器：主要装在作为末端执行器的末端执行器传感器：主要装在作为末端执行器的手上，检测处理精巧作业的感觉信息。相当于触觉。手上，检测处理精巧作业的感觉信息。相当于触觉。环境传感器：用于识别物体和检测物体与机器人环境传感器：用于识别物体和检测物体与机器人的距离。相当于视觉。的距离。相当于视觉。7.1 7.1 传感器的种类传感器的种类 2.2.内部状态的感觉内部状态的感觉 （1 1）位置和角度传感器）位置和角度传感器 典型的传感器是电位计。检测的是以电阻中典型的传感器是电位计。检测的是以电阻中心为基准位置的移动距离。心为基准位置的移动距离。E E：输入电压输入电压 L L：最大移动距离最大移动距离 x x：向：向左端移动的距离左端移动的距离 e e：电阻右侧的输出电压电阻右侧的输出电压Senses of Robotics 7.1 7.1 传感器的种类传感器的种类 2.2.内部状态的感觉内部状态的感觉 （1 1）位置和角度传感器）位置和角度传感器 另有光电传感器。另有光电传感器。Senses of Robotics 7.1 7.1 传感器的种类传感器的种类 2.内部状态的感觉 (2)角度传感器：回转式编码器。Senses of Robotics 编码器编码器增量式增量式和和绝对式测量绝对式测量 在在增量式增量式测量中，测量中，移动部件每移动一个基移动部件每移动一个基本长度单位，位置传感本长度单位，位置传感器便发出一个测量信号，器便发出一个测量信号，此信号通常是脉冲形式。此信号通常是脉冲形式。这样，这样，一个脉冲一个脉冲所代表所代表的基本长度单位就是的基本长度单位就是分分辨力辨力，对脉冲，对脉冲计数计数，便，便可得到位移量。可得到位移量。绝对式绝对式测量的特点是：每一被测点都有一个对应的测量的特点是：每一被测点都有一个对应的编编码码，常以，常以二进制数据二进制数据形式来表示。绝对式测量即使断形式来表示。绝对式测量即使断电之后再重新上电，也能读出当前位置的数据。典型电之后再重新上电，也能读出当前位置的数据。典型的绝对式位置传感器有的绝对式位置传感器有绝对式角编码器绝对式角编码器。增量式测量得到的脉冲波形增量式测量得到的脉冲波形数字式角编码器数字式角编码器 信号航空插头信号航空插头（参考德国沃申道夫公司资料）参考德国沃申道夫公司资料）其他角编码器外形其他角编码器外形（参考德国图尔克传感与自动化技术专业公司）（参考德国图尔克传感与自动化技术专业公司）其他角编码器外形（续其他角编码器外形（续）拉拉线式线式角编角编码器利用线轮，码器利用线轮，能将直线运动转能将直线运动转换成旋转运动。换成旋转运动。一、绝对式编码一、绝对式编码器器10码道光电绝对式码盘码道光电绝对式码盘 绝对式编码器按照绝对式编码器按照角度直接进行编码，角度直接进行编码，可直接把被测转角用可直接把被测转角用数字代码表示出来。数字代码表示出来。根据内部结构和检测根据内部结构和检测方式有接触式、光电方式有接触式、光电式等形式。式等形式。透光区透光区不透光区不透光区零位标志零位标志绝对式接触式编码器绝对式接触式编码器演示演示4 4个电刷个电刷 4 4位二进制位二进制码盘码盘 +5V+5V输入输入 公共码道公共码道 最小分辨角度为最小分辨角度为=360/2n2 2绝对式光电编码器绝对式光电编码器 a a）光电码盘的平面结构（光电码盘的平面结构（8 8码道）码道）b b）光电码盘与光源、光敏元件的对应关系（光电码盘与光源、光敏元件的对应关系（4 4码码道）道）高位高位低位低位绝对式光电编码器的分辨力及分辨率绝对式光电编码器的分辨力及分辨率 绝对式光电编码器的测量精度绝对式光电编码器的测量精度取决于它所能分辨的最小角度，而这取决于它所能分辨的最小角度，而这与码盘上的码道数与码盘上的码道数n n 有关，即最小能有关，即最小能分辨的角度及分辨率为：分辨的角度及分辨率为：=360=360/2/2n n分辨率分辨率=1/2=1/2n n增量式光电编码器的分辨力及分辨率增量式光电编码器的分辨力及分辨率 增量式光电编码器的测量精度取增量式光电编码器的测量精度取决于它所能分辨的最小角度，而这与码决于它所能分辨的最小角度，而这与码盘圆周上的狭缝条纹数盘圆周上的狭缝条纹数n n 有关，即最小有关，即最小能分辨的角度及分辨率为：能分辨的角度及分辨率为：二、增量式编码器转轴转轴盘码及盘码及狭缝狭缝光敏元件光敏元件光栏板及辨向用的光栏板及辨向用的A、B狭缝狭缝LEDABC零位标志零位标志ABC光电编码器的输出波形光电编码器的输出波形 为了判断码盘旋转的方向，在为了判断码盘旋转的方向，在上图的光栏板上的两个狭缝距离是码上图的光栏板上的两个狭缝距离是码盘上的两个盘上的两个狭缝距离的（狭缝距离的（m+1/4）倍，倍，m 为正整数，并设置了两组光敏元为正整数，并设置了两组光敏元件件A、B，有时又称为有时又称为sin、cos元件。元件。辨向信号和零标志辨向信号和零标志 光光电电编编码码器器的的光光栏栏板板上上有有A组组与与B组组两两组组狭狭缝缝，彼彼此此错错开开1/4节节距距，两两组组狭狭缝缝相相对对应应的的光光敏敏元元件件所所产产生生的的信信号号A、B彼彼此此相相差差90 相相位位，用用于于辩辩向向。当当编编码码正正转转时时，A信信号号超超前前B信信号号90；当当码码盘盘反反转转时时，B信号超前信号超前A信号信号90。在在上上一一页页图图的的码码盘盘里里圈圈，还还有有一一根根狭狭缝缝C，每每转转能能产产生生一一个个脉脉冲冲，该该脉脉冲冲信信号号又又称称“一一转转信信号号”或或零标志脉冲零标志脉冲，作为测量的，作为测量的起始基准起始基准。三、角编码器的应用三、角编码器的应用 角角编编码码器器除除了了能能直直接接测测量量角角位位移移或或间间接接测测量量直直线线位位移移外外，可可用用于于数数字字测测速速、工工位编码、位编码、伺服电机控制伺服电机控制等。等。M法测速（适合于高转速场合）法测速（适合于高转速场合）T 编编码码器器每每转转产产生生N 个个脉脉冲冲，在在T 时时间间段段内内有有m1个个脉脉冲冲产产生生，则则转转速速（r/min)为为：n=60m1/（NT）m1例题例题T 有有一一增增量量式式光光电电编编码码器器，其其参参数数为为1024p/r，在在5s时时间间内内测测得得65536个个脉脉冲冲，则则转速（转速（r/min)为为：n=6065536/（10245）r/min=768r/min m1T法测速（适合于低转速场合）法测速（适合于低转速场合）时钟脉冲时钟脉冲fc 编码器输出脉冲编码器输出脉冲m2 编编码码器器每每转转产产生生N 个个脉脉冲冲，用用已已知知频频率率fc作作为为时时钟钟，填填充充到到编编码码器器输输出出的的两两个个相相邻邻脉脉冲冲之之间间的的脉脉冲冲数数为为m2，则则转转速速(r/min)为为n=60fc/（Nm2）T法测速举例法测速举例时钟脉冲时钟脉冲fc 编码器输出脉冲编码器输出脉冲m2 n=60fc/（Nm2）=60*1000000/（1024*3000）=19.53r/min 有一增量式光电编码器，其参数为有一增量式光电编码器，其参数为1024p/r，测得两个相邻脉冲之间的脉冲数为测得两个相邻脉冲之间的脉冲数为3000，时钟频时钟频率率fc为为1MHz，则转速（则转速（r/min)为为：安装套安装套编码器的安装方式编码器的安装方式 1.1.编码器编码器的套式安装的套式安装安装轴安装轴2.2.编码器的轴式安装编码器的轴式安装 编码器在数控编码器在数控加工中心的刀库选刀加工中心的刀库选刀控制中控制中的应用的应用旋转刀库旋转刀库被加工工件被加工工件刀具刀具角编码器的输出为角编码器的输出为当前刀具号当前刀具号角编码器与角编码器与 旋转刀库连接旋转刀库连接编码器在伺服电机中的应用编码器在伺服电机中的应用利用利用编码器测编码器测量量伺服电机的转速、伺服电机的转速、转角，并通过伺服转角，并通过伺服控制系统控制其各控制系统控制其各种运行参数。种运行参数。转速测量转速测量转子磁极位置测量转子磁极位置测量角位移测量角位移测量Senses of Robotics 7.1 7.1 传感器的种类传感器的种类 3.3.外部状况的感觉外部状况的感觉 （1 1）物体识别传感器）物体识别传感器 典型的是视觉传感器。如摄像机。视觉是利用典型的是视觉传感器。如摄像机。视觉是利用 光（机器人可用红外线等）的非接触方式。光（机器人可用红外线等）的非接触方式。触觉也能识别物体。机器人可以用触觉传感器触觉也能识别物体。机器人可以用触觉传感器 来实现这种机能。来实现这种机能。Senses of Robotics 7.1 7.1 传感器的种类传感器的种类 3.3.外部状况的感觉外部状况的感觉 （2 2）物体探测传感器）物体探测传感器 视觉传感器是一种识别物体而且知道其存视觉传感器是一种识别物体而且知道其存在的传感器。在的传感器。例如光电开关。例如光电开关。视觉传感器、光电开关和超声波传感器，视觉传感器、光电开关和超声波传感器，即使物体较远也能探测其存在。即使物体较远也能探测其存在。Senses of Robotics 7.1 7.1 传感器的种类传感器的种类 3.3.外部状况的感觉外部状况的感觉 （3 3）极近物体探测传感器）极近物体探测传感器 探测非常近的物体存探测非常近的物体存 在的传感器称为接近传感在的传感器称为接近传感 器。器。Senses of Robotics 7.1 7.1 传感器的种类传感器的种类 3.3.外部状况的感觉外部状况的感觉 （4 4）距离传感器）距离传感器 摄像机做距离传感器。具体留待摄像机做距离传感器。具体留待4.44.4节介绍。节介绍。超声波做距离传感器。可用于鱼群探测、金属超声波做距离传感器。可用于鱼群探测、金属内部探伤等方面。内部探伤等方面。Senses of Robotics 7.1 7.1 传感器的种类传感器的种类 3.3.外部状况的感觉外部状况的感觉 （5 5）力觉传感器）力觉传感器 力觉传感器是检测力和力矩的施加地点力觉传感器是检测力和力矩的施加地点大小方向三个两的传感器。大小方向三个两的传感器。力的检测主要是用电阻应变片（参看力的检测主要是用电阻应变片（参看4.24.2节）。节）。Senses of Robotics 7.1 7.1 传感器的种类传感器的种类 3.3.外部状况的感觉外部状况的感觉 （6 6）其他传感器）其他传感器 利用声波：语音识别传感器。分析振动声音探利用声波：语音识别传感器。分析振动声音探测机械故障的点传感器。测机械故障的点传感器。热传感器：点检传感器。热传感器：点检传感器。通过分析敲打的声音测定果品成熟程度的传感通过分析敲打的声音测定果品成熟程度的传感器。器。根据近红外线的糖度吸收程度测定水果甜度的根据近红外线的糖度吸收程度测定水果甜度的传感器传感器Senses of Robotics 7.2 7.2 触觉信息的获取触觉信息的获取 1.1.接触觉传感器接触觉传感器 接触觉传感器：探测是否接触到物体，传感器接接触觉传感器：探测是否接触到物体，传感器接受由于接触产生的柔量。受由于接触产生的柔量。微动开关：按下开关就能进入电信号的简单机构。微动开关：按下开关就能进入电信号的简单机构。猫胡须传感器：如图猫胡须传感器：如图a,bSenses of Robotics 7.2 7.2 触觉信息的获取触觉信息的获取 2.2.压觉传感器压觉传感器 压觉传感器：检测物体同手爪间产生的压力和力压觉传感器：检测物体同手爪间产生的压力和力以及其分布情况。以及其分布情况。利用压电元件或弹簧。利用压电元件或弹簧。如图是使用弹簧的平如图是使用弹簧的平 面传感器。面传感器。Senses of Robotics 7.2 7.2 触觉信息的获取触觉信息的获取 3.3.滑觉传感器滑觉传感器 滑觉传感器：检测垂直加压力方向的力和位移。滑觉传感器：检测垂直加压力方向的力和位移。Senses of Robotics 7.2 7.2 触觉信息的获取触觉信息的获取 4.4.力觉传感器力觉传感器 力觉传感器主要利用电阻力觉传感器主要利用电阻 应变片。应变片。原理：金属丝拉伸时电阻原理：金属丝拉伸时电阻 变大。变大。Senses of Robotics 7.2 7.2 触觉信息的获取触觉信息的获取 图中电压与电流关系：则：所以：（一）（一）电阻应变式传感器电阻应变式传感器 导体或半导体材料在外界力的导体或半导体材料在外界力的作用下，会产生机械变形，其电阻作用下，会产生机械变形，其电阻值也将随着发生变化，这种现象称值也将随着发生变化，这种现象称为为应变效应应变效应。电阻应变式传感器主要由电阻电阻应变式传感器主要由电阻应变片及测量转换电路等组成应变片及测量转换电路等组成。1 1、应变片的工作原理、应变片的工作原理 金属丝受拉时，金属丝受拉时，l变长、变长、r变小，导致变小，导致R变大变大。1 1、应变片的工作原理、应变片的工作原理 设设有有一一长长度度为为l 、截截面面积积为为A A、半半径径为为r r、电电阻阻率率为为 的金属单丝，它的电阻值的金属单丝，它的电阻值R R可表示为可表示为当当沿沿金金属属丝丝的的长长度度方方向向作作用用均均匀匀拉拉力力（或或压压力力）时时，上上式式中中、r r、l都都将将发发生生变变化化，从从而而导导致致电电阻阻值值R R发发生生变变化化。例例如如金金属属丝丝受受拉拉时时，l将将变变长长、r r变变小小，均均导导致致R R变变大大；又又如如，某某些些半半导导体体受受拉拉时时，将将变变大大，导致导致R R变大。变大。实实验验证证明明，电电阻阻丝丝及及应应变变片片的的电电阻阻相相对对变变化化量量 R R R R与与材材料料力力学学中中的的轴轴向向应应变变 x x的的关关系系在在很很大大范范围围内内是是线性的，即线性的，即 K电阻应变片的灵敏度电阻应变片的灵敏度微应变微应变 对于不同的金属材料，对于不同的金属材料，K K 略微不同，一般为略微不同，一般为2 2左左右。而对半导体材料而言，由于其感受到应变时，右。而对半导体材料而言，由于其感受到应变时，电阻率电阻率 会产生很大的变化，所以灵敏度比金属材料会产生很大的变化，所以灵敏度比金属材料大几十倍。大几十倍。在在材材料料力力学学中中，x x 称称为为电电阻阻丝丝的的轴轴向向应应变变，也也称称纵纵向向应应变变，是是量量纲纲为为1 1的的数数。x x通通常常很很小小，常常用用1010-6-6表表示之。在应变测量中，也常将之称为示之。在应变测量中，也常将之称为微应变微应变。对金属材料而言，当它受力之后所产生的轴向应对金属材料而言，当它受力之后所产生的轴向应变最好不要大于变最好不要大于1 1 1010-3-3，即，即10001000 m/mm/m，否则有可能否则有可能超过材料的极限强度而导致断裂。超过材料的极限强度而导致断裂。应变片用于测量力应变片用于测量力F的的计算公式计算公式 由由材材料料力力学学可可知知，x x=F F/（AEAE），所所以以 R R/R R又可表示为又可表示为 如果应变片的灵敏度如果应变片的灵敏度K K 和试件的和试件的横截面积横截面积A A以及以及弹性模量弹性模量均为已知，则只要设法测出均为已知，则只要设法测出 R R/R R的数值，即可获知试件受力的数值，即可获知试件受力的大小，的大小，例如可用于电子秤的称重。例如可用于电子秤的称重。2、应变片的种类与结构、应变片的种类与结构 应变片可分为应变片可分为金属应变片和半导体应变片金属应变片和半导体应变片 金属应变片：金属应变片：金属丝式、箔式、薄膜式三种。金属丝式、箔式、薄膜式三种。目前箔式应变片应用较多。目前箔式应变片应用较多。金属丝式应变片使金属丝式应变片使用最早，有纸基、胶基之分。由于金属丝式应变片用最早，有纸基、胶基之分。由于金属丝式应变片蠕变较大，金属丝易脱胶，有逐渐被箔式所取代的蠕变较大，金属丝易脱胶，有逐渐被箔式所取代的趋势。但其价格便宜，多用于应变、应力的大批量、趋势。但其价格便宜，多用于应变、应力的大批量、一次性试验。一次性试验。箔箔式式应应变变片片与与片片基基的的接接触触面面积积大大得得多多，散散热热条条件件较较好好，在在长长时时间间测测量量时时的的蠕蠕变变较较小小，一一致致性性较较好好，适适合合于于大大批批量量生生产产。还还可可以以对对金金属属箔箔式式应应变变片片进进行行适适当当的的热热处处理理，使使其其线线胀胀系系数数、电电阻阻温温度度系系数数以以及及被被粘粘贴贴的的试试件件的的线线胀胀系系数数三三者者相相互互抵抵消消，从从而而将将温温度度影影响响减减小小到到最最小小的的程程度度，目目前前广广泛泛用用于于各各种种应应变变式传感器中。式传感器中。箔式应变片的外形箔式应变片的外形半导体应变片半导体应变片及金属丝及金属丝式应变片的结构式应变片的结构半导体应变半导体应变片外形片外形金属丝式应变片的金属丝式应变片的内部结构内部结构应变片的粘贴：应变片的粘贴：1.1.去污：采去污：采用手持砂轮工具除去用手持砂轮工具除去构件表面的油污、漆、构件表面的油污、漆、锈斑等，并用细纱布锈斑等，并用细纱布交叉打磨出细纹以增交叉打磨出细纹以增加粘贴力加粘贴力 ，用浸有酒，用浸有酒精或丙酮的纱布片或精或丙酮的纱布片或脱脂棉球擦洗。脱脂棉球擦洗。2.2.贴片：在应变片贴片：在应变片的表面和处理过的的表面和处理过的粘贴表面上，各涂粘贴表面上，各涂一层均匀的粘贴胶一层均匀的粘贴胶 ，用镊子将应变片，用镊子将应变片放上去，并调好位放上去，并调好位置，然后盖上塑料置，然后盖上塑料薄膜，用手指揉和薄膜，用手指揉和滚压，排出下面的滚压，排出下面的气泡气泡 。3.3.测量：从分测量：从分开的端子处，开的端子处，预先用万用表预先用万用表测量应变片的测量应变片的电阻，发现端电阻，发现端子折断和坏的子折断和坏的应变片。应变片。4.4.焊接：将引线和焊接：将引线和端子用烙铁焊接起端子用烙铁焊接起来，注意不要把端来，注意不要把端子扯断。子扯断。5.5.固定：固定：焊接后焊接后用胶布将引线和被用胶布将引线和被测对象固定在一起，测对象固定在一起，防止损坏引线和应防止损坏引线和应变片。变片。4、测量转换电路、测量转换电路不平衡电桥不平衡电桥 金属应变片的电阻变化范围很小，如果金属应变片的电阻变化范围很小，如果直接用欧姆表测量其电阻值的变化将十分困直接用欧姆表测量其电阻值的变化将十分困难，且误差很大。难，且误差很大。所以必须使用不平衡电桥来测量这一微所以必须使用不平衡电桥来测量这一微小的变化量。下面分析该桥式测量转换电路小的变化量。下面分析该桥式测量转换电路是如何将是如何将 R R/R R转换为输出电压转换为输出电压U Uo o的。的。电桥平衡的条件电桥平衡的条件：R1/R2=R4/R3调节调节RPRP，最终可以使最终可以使R R1 1/R R2 2=R R4 4/R R3 3（R R1 1、R R2 2 是是R R1 1、R R2 2并联并联RPRP后的等效电阻）后的等效电阻），电桥趋于平衡，电桥趋于平衡，U Uo o被预调到被预调到零位，这一过程称为零位，这一过程称为调零调零。图中的图中的R R5 5是用于减小调节范是用于减小调节范围的限流电阻。围的限流电阻。单臂电桥单臂电桥 全桥四臂工全桥四臂工作方式的灵作方式的灵敏度最高，敏度最高，双臂半桥次双臂半桥次之，单臂半之，单臂半桥灵敏度最桥灵敏度最低。低。双臂电桥双臂电桥 R1、R2为应为应变片，变片，R3、R4为为固定电阻固定电阻。应变。应变片片R1、R2感受到感受到的应变的应变 1 2以以及产生的电阻增及产生的电阻增量正负号相反，量正负号相反，可以使输出电压可以使输出电压Uo成倍地增大。成倍地增大。四臂全桥四臂全桥 全桥的四个桥臂都为应变片，全桥的四个桥臂都为应变片，如果设法使试件受力后，应变如果设法使试件受力后，应变片片R1R4产生的电阻增量（或产生的电阻增量（或感受到的应变感受到的应变 1 4）正负号相）正负号相反，就可以使输出电压反，就可以使输出电压Uo成倍成倍地增大。上述三种工作方式中，地增大。上述三种工作方式中，全桥四臂工作方式的灵敏度最全桥四臂工作方式的灵敏度最高，双臂半桥次之，单臂半桥高，双臂半桥次之，单臂半桥灵敏度最低。采用全桥（或双灵敏度最低。采用全桥（或双臂半桥）还能实现臂半桥）还能实现温度自补偿。温度自补偿。全桥的温度补偿原理全桥的温度补偿原理 当环境温度升高当环境温度升高时，桥臂上的应变片时，桥臂上的应变片温度同时升高，温度温度同时升高，温度引起的电阻值漂移数引起的电阻值漂移数值一致，可以相互抵值一致，可以相互抵消，所以全桥的温漂消，所以全桥的温漂较小；半桥也同样能较小；半桥也同样能克服温漂。克服温漂。5 5、应变效应的应用、应变效应的应用 应变效应的应用十分广泛。它应变效应的应用十分广泛。它可以测量可以测量应变应力应变应力、弯矩弯矩、扭矩扭矩、加速度加速度、位移位移等物理量。等物理量。应变式力传感器应变式力传感器 应变式力传感器应变式力传感器 FFFF各种悬臂梁各种悬臂梁 FF固定点固定点固定点固定点电缆应变片在悬臂梁上的粘贴及变形应变片在悬臂梁上的粘贴及变形 应变式荷重传感器的外形及应应变式荷重传感器的外形及应变片的粘贴位置变片的粘贴位置FR1R2 R4应变式荷重传感器外形及受力位置（续）应变式荷重传感器外形及受力位置（续）FF荷重传感器原理演示荷重传感器原理演示 荷重传感器荷重传感器上的应变片上的应变片在重力作用在重力作用下产生变形。下产生变形。轴向变短，轴向变短，径向变长。径向变长。汽车衡汽车衡汽车衡汽车衡（以下参考（以下参考北京远亚兴业商贸有限公司资料）汽车衡汽车衡称重系统称重系统电子秤电子秤 磅秤磅秤超市打印秤超市打印秤远距离远距离显示显示电子天平电子天平电子天平的精度电子天平的精度可达十万分之一可达十万分之一吊钩秤吊钩秤 便携式便携式应变式数显扭矩扳手应变式数显扭矩扳手可用于汽车、摩托车、飞机、内燃机、机械可用于汽车、摩托车、飞机、内燃机、机械制造和家用电器等领域，准确控制紧固螺纹的制造和家用电器等领域，准确控制紧固螺纹的装配扭矩。量程装配扭矩。量程2500N.m，耗电量耗电量10mA，有公制有公制/英制单位转换、峰值保持、自动断电英制单位转换、峰值保持、自动断电等功能。等功能。小型压阻式固态压力传感器小型压阻式固态压力传感器高压进气口高压进气口低压进气口低压进气口绝对压力传感器绝对压力传感器小型压阻式固态压力传感器（续）小型压阻式固态压力传感器（续）呼吸、透析和注射泵设备中用的压力传感器呼吸、透析和注射泵设备中用的压力传感器p1进气管进气管p2进气管进气管固态压力固态压力传感器传感器投入式液位计投入式液位计 压阻式固态压力传感器用于投入式液位计：压阻式固态压力传感器用于投入式液位计：p p1 1的进气孔用柔性不锈钢隔离膜片隔离，并用硅的进气孔用柔性不锈钢隔离膜片隔离，并用硅油传导压力而与液体相通。油传导压力而与液体相通。投入式液位计外形（投入式液位计外形（续）续）压阻式固压阻式固态压力态压力传感器传感器 光柱光柱显示器显示器 橡胶橡胶背压管背压管 投入式液位传感器投入式液位传感器投入式液位传感器投入式液位传感器安装方便，适应于深度安装方便，适应于深度为为几米几米至至几十米，且混几十米，且混有有大大量量污物、杂质的水污物、杂质的水或其他液体的液位测量。或其他液体的液位测量。材料应变的测量材料应变的测量斜拉桥上的斜拉斜拉桥上的斜拉绳应变测试绳应变测试 轧机轧制力检测轧机轧制力检测西安理工大学信息与控制工程研究中心研制西安理工大学信息与控制工程研究中心研制（二）压电传感器（二）压电传感器1 1、压电传感器的工作原理、压电传感器的工作原理 压压电电式式传传感感器器是是一一种种自自发发电电式式传传感感器器。它它以以某某些些电电介介质质的的压压电电效效应应为为基基础础，在在外外力力作作用用下下，在在电电介介质质表面产生电荷，从而实现非电量电测的目的。表面产生电荷，从而实现非电量电测的目的。压压电电传传感感元元件件是是力力敏敏感感元元件件，它它可可以以测测量量最最终终能能变变换换为为力力的的那那些些非非电电物物理理量量，例例如如动动态态力力、动动态态压压力力、振动加速度等，但振动加速度等，但不能用于静态参数不能用于静态参数的测量。的测量。压电式传感器具有体积小、质量轻、频响高、信压电式传感器具有体积小、质量轻、频响高、信噪比大等特点。由于它没有运动部件，因此结构坚固、噪比大等特点。由于它没有运动部件，因此结构坚固、可靠性、稳定性高。可靠性、稳定性高。1 1）压电效应压电效应 天然结构的石英晶体呈六角形晶柱，用金刚天然结构的石英晶体呈六角形晶柱，用金刚石刀具切割出一片正方形薄片。当晶体薄片受到石刀具切割出一片正方形薄片。当晶体薄片受到压力时，晶格产生变形，表面产生正电荷，电荷压力时，晶格产生变形，表面产生正电荷，电荷Q Q与所施加的力与所施加的力F F成正比成正比 ，这种现象称为，这种现象称为压电效压电效应应 。还有一些人造的材料也具有压电效应。还有一些人造的材料也具有压电效应。若在电介质的极化方向上施加交变电压，它若在电介质的极化方向上施加交变电压，它就会产生机械变形。当去掉外加电场时，电介质就会产生机械变形。当去掉外加电场时，电介质的变形随之消失，这种现象称为的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应逆压电效应（电（电致伸缩效应）。致伸缩效应）。石英晶体的压电效应演示石英晶体的压电效应演示 当力的方向改变时，电荷的极性随之改变，当力的方向改变时，电荷的极性随之改变，输出电压的频率与动态力的频率相同；当动态力输出电压的频率与动态力的频率相同；当动态力变为静态力时，电荷将由于表面漏电而很快泄漏、变为静态力时，电荷将由于表面漏电而很快泄漏、消失。消失。2 2）压电材料的分类及特性）压电材料的分类及特性 压电传感器中的压电元件材料一般有压电传感器中的压电元件材料一般有三类：三类：一类是一类是压电晶体压电晶体（如上述的石英晶体）；（如上述的石英晶体）；另一类是另一类是 经过极化处理的经过极化处理的 压电陶瓷压电陶瓷；第三类是第三类是高分子压电材料高分子压电材料。石英晶体石英晶体天然形成的石英晶体外形天然形成的石英晶体外形天然形成的石英晶体外形（续）天然形成的石英晶体外形（续）石英晶体切片及封装石英晶体切片及封装石英晶体薄片石英晶体薄片双面镀银并封装双面镀银并封装石英晶体振荡器（晶振）石英晶体振荡器（晶振）石英晶体在振荡石英晶体在振荡电路中工作时，压电电路中工作时，压电效应与逆压电效应交效应与逆压电效应交替作用，从而产生稳替作用，从而产生稳定的振荡输出频率。定的振荡输出频率。晶振晶振压电陶瓷压电陶瓷 压电陶瓷是人工制造的多晶压电材压电陶瓷是人工制造的多晶压电材料，它比石英晶体的压电灵敏度高得多，料，它比石英晶体的压电灵敏度高得多，而制造成本却较低，因此目前国内外生而制造成本却较低，因此目前国内外生产的压电元件绝大多数都采用压电陶瓷产的压电元件绝大多数都采用压电陶瓷 。常用的压电陶瓷材料有锆钛酸铅系列。常用的压电陶瓷材料有锆钛酸铅系列压电陶瓷及压电陶瓷及非铅系压电陶瓷非铅系压电陶瓷 。压电陶瓷外形压电陶瓷外形无铅压电陶瓷及其换能器无铅压电陶瓷及其换能器外形外形（上海硅酸盐研究所研制）上海硅酸盐研究所研制）高分子压电薄膜及拉制高分子压电薄膜及拉制 高分子压电材料高分子压电材料 典型的高分子压电材料有聚偏二氟乙典型的高分子压电材料有聚偏二氟乙烯（烯（PVFPVF2 2或或PVDFPVDF）、）、聚氟乙烯（聚氟乙烯（PVFPVF）、）、改改性聚氯乙烯（性聚氯乙烯（PVCPVC）等。它是一种柔软的压等。它是一种柔软的压电材料，可根据需要制成薄膜或电缆套管电材料，可根据需要制成薄膜或电缆套管等形状。它不易破碎，具有防水性，可以等形状。它不易破碎，具有防水性，可以大量连续拉制，制成较大面积或较长的尺大量连续拉制，制成较大面积或较长的尺度，价格便宜，频率响应范围较宽，测量度，价格便宜，频率响应范围较宽，测量动态范围可达动态范围可达80dB80dB。高分子压电材料制作的压电薄膜和电缆高分子压电材料制作的压电薄膜和电缆可用于波形分析及报警的高分子压电踏脚板可用于波形分析及报警的高分子压电踏脚板压电式脚踏报警器压电式脚踏报警器高分子压电薄膜制作的压电喇叭高分子压电薄膜制作的压电喇叭（逆压电效应（逆压电效应）2 2、压电传感器的测量转换电路、压电传感器的测量转换电路 电荷放大器的输出电压仅与输入电荷电荷放大器的输出电压仅与输入电荷和反馈电容有关，电缆长度等因素的影响和反馈电容有关，电缆长度等因素的影响很小：很小：电荷放大器能将电荷放大器能将压电传感器输出的压电传感器输出的电电荷转换为电压（荷转换为电压（Q/UQ/U转换器），但并无放转换器），但并无放大电荷的作用，只是一种习惯叫法。大电荷的作用，只是一种习惯叫法。电荷放大器外形电荷放大器外形面板式电荷放大器面板式电荷放大器3 3、压电传感器的应用压电传感器的应用 1）高分子压电材料的应用）高分子压电材料的应用 1.1.玻璃打碎报警装玻璃打碎报警装置置 将高分子压电测振将高分子压电测振薄膜粘贴在玻璃上，薄膜粘贴在玻璃上，可以感受到玻璃破碎可以感受到玻璃破碎时会发出的振动，并时会发出的振动，并将电压信号传送给集将电压信号传送给集中报警系统。中报警系统。粘贴粘贴位置位置高分子压电材料制作的玻璃打碎传感器高分子压电材料制作的玻璃打碎传感器质量块质量块 将将厚厚约约0.2mm0.2mm左左右右的的PVDFPVDF薄薄膜膜裁裁制制成成1010 20mm20mm大大小小。在在它它的的正正反反两两面面各各喷喷涂涂透透明明的的二二氧氧化化锡锡导导电电电电极极，再再用用超超声声波波焊焊接接上上两两根根柔柔软软的的电电极极引引线线。并并用用保保护护膜膜覆盖。覆盖。使用时，用瞬干胶将其粘贴使用时，用瞬干胶将其粘贴在玻璃上。当玻璃遭暴力打碎的在玻璃上。当玻璃遭暴力打碎的瞬间，压电薄膜感受到剧烈振动，瞬间，压电薄膜感受到剧烈振动，表面产生电荷表面产生电荷Q Q ，在两个输出引在两个输出引脚之间产生窄脉冲报警信号。脚之间产生窄脉冲报警信号。压电传感器只能应用于动态测量压电传感器只能应用于动态测量 由于外力作用在压电元件上产生的电荷只有由于外力作用在压电元件上产生的电荷只有在无泄漏的情况下才能保存，即需要测量回路具在无泄漏的情况下才能保存，即需要测量回路具有无限大的输入阻抗，这实际上是不可能的，因有无限大的输入阻抗，这实际上是不可能的，因此压电式传感器此压电式传感器不能用于静态测量不能用于静态测量。压电元件在。压电元件在交变力的作用下，电荷可以不断补充，可以供给交变力的作用下，电荷可以不断补充，可以供给测量回路以一定的电流，故只适用于动态测量测量回路以一定的电流，故只适用于动态测量（一般必须高于（一般必须高于100Hz100Hz，但在但在50kHz50kHz以上时，灵敏以上时，灵敏度下降）。度下降）。2 2）压电式周界报警系统）压电式周界报警系统（用于重要位置出入口、周界安全防护等）（用于重要位置出入口、周界安全防护等）将长的压电电缆埋在泥土将长的压电电缆埋在泥土的浅表层，可起分布式地的浅表层，可起分布式地下麦克风或听音器的作用，下麦克风或听音器的作用，可在几十米范围内探测人可在几十米范围内探测人的步行的步行,对轮式或履带式对轮式或履带式车辆也可以通过信号处理车辆也可以通过信号处理系统分辨出来。右图为测系统分辨出来。右图为测量系统的输出波形。量系统的输出波形。3 3）交通监测）交通监测 将高分子压电电缆埋在公路上，可以获取车型分将高分子压电电缆埋在公路上，可以获取车型分类信息（包括轴数、轴距、轮距、单双轮胎）、车速类信息（包括轴数、轴距、轮距、单双轮胎）、车速监测、收费站地磅、闯红灯拍照、停车区域监控、交监测、收费站地磅、闯红灯拍照、停车区域监控、交通数据信息采集（道路监控）及机场滑行道等。通数据信息采集（道路监控）及机场滑行道等。高分子压电高分子压电电缆的应用电缆的应用演示演示 将两根高分子压电电缆相距若干米将两根高分子压电电缆相距若干米，平行埋设于柏平行埋设于柏油公路的路面下约油公路的路面下约5cm5cm，可以用来测量车速及汽车的载可以用来测量车速及汽车的载重量，并根据存储在计算机内部的档案数据，判定汽重量，并根据存储在计算机内部的档案数据，判定汽车的车型。车的车型。4 4）压电陶瓷传感器的应用）压电陶瓷传感器的应用 压电片的并联接法压电片的并联接法 压电陶瓷多制成片状，称为压电片。压电片通常压电陶瓷多制成片状，称为压电片。压电片通常是两片（或两片以上）粘结在一起，一般常用的是并是两片（或两片以上）粘结在一起，一般常用的是并联接法。其总面积是单片的两倍，极板上的总电荷联接法。其总面积是单片的两倍，极板上的总电荷Q Q并并为单片电荷为单片电荷Q Q的两倍。的两倍。压电式动态力传感器以及压电式动态力传感器以及在车床中用于动态切削力的测量在车床中用于动态切削力的测量 压电式动态力传感器在体育动态测量中的应用压电式动态力传感器在体育动态测量中的应用压电式步态分压电式步态分析跑台析跑台压电式纵跳压电式纵跳训练分析装置训练分析装置压电传感器测量压电传感器测量双腿跳的动态力双腿跳的动态力Senses of Robotics 7.2 7.2 视觉信息的获取视觉信息的获取 1.PSD（position sensitive device）传感器 PSD传感器：当光束照射到1维的线和2维的平面时，检测光照射的位置。L：电极1与电极2的距离。I1：流过电极1的电流。I2：流过电极2的电流。x：光照射点与电极1的距离。Senses of Robotics 7.3 7.3 视觉信息的获取视觉信息的获取 2.视觉传感器 机器人通过摄像机以图像的形式获得环境的信息。（1）CCD(charge coupled device)传感器。CCD阵列，二维扫描，对表示灰度的电压采样，二值数字化处理。每一定时间间隔扫描一遍。CCD图像传感器图像传感器 CCDCCD全称全称电荷耦合器件电荷耦合器件，它具备光电它具备光电转换、信息存贮和传输等功能，具有转换、信息存贮和传输等功能，具有集成度高、功耗小、分辨力高、动态集成度高、功耗小、分辨力高、动态范围大等优点。范围大等优点。CCDCCD图像传感器被广图像传感器被广泛应用于生活、天文、医疗、电视、泛应用于生活、天文、医疗、电视、传真、通信以及工业检测和自动控制传真、通信以及工业检测和自动控制系统。系统。（一）（一）CCD的基本工作原理的基本工作原理 一个完整的一个完整的CCDCCD器件由器件由光敏元、转移栅、光敏元、转移栅、移位寄存器及一些辅助输入、输出电路移位寄存器及一些辅助输入、输出电路组成。组成。CCDCCD工作时，在设定的积分时间内，光敏工作时，在设定的积分时间内，光敏元对光信号进行取样，将光的强弱转换为各光元对光信号进行取样，将光的强弱转换为各光敏元的电荷量。取样结束后，各光敏元的电荷敏元的电荷量。取样结束后，各光敏元的电荷在转移栅信号驱动下，转移在转移栅信号驱动下，转移到到CCDCCD内部的移位内部的移位寄存器相应单元中。寄存器相应单元中。移位寄存器在驱动时钟的作用下，将信号移位寄存器在驱动时钟的作用下，将信号电荷顺次转移到输出端。输出信号可接到示波电荷顺次转移到输出端。输出信号可接到示波器、图象显示器或其他信号存储、处理设备中，器、图象显示器或其他信号存储、处理设备中，可对信号再现或进行存储处理。可对信号再现或进行存储处理。MOS电容器组成的光敏元及数据面的显微照片电容器组成的光敏元及数据面的显微照片CCD光敏元显微照片光敏元显微照片CCD读出移位寄存器读出移位寄存器的的数据面显微照片数据面显微照片彩色彩色CCD显微照片（放大显微照片（放大7000倍）倍）（二）（二）CCD图像传感器的分类图像传感器的分类 1.1.线线阵阵CCD外形外形 2.面阵面阵CCD 面阵面阵CCD能在能在x、y两两个方向都能实现个方向都能实现电子自扫描，可以获得二维图像。电子自扫描，可以获得二维图像。面阵面阵CCD外形（续）外形（续）200万和万和1600万像素的面阵万像素的面阵CCD（三）（三）CCD的基本特性参数的基本特性参数 CCDCCD的基本特性参数有：的基本特性参数有：光谱响应光谱响应、动态范围动态范围、信噪比信噪比、CCDCCD芯片尺寸芯片尺寸等。在等。在CCDCCD像素数目相同像素数目相同的条件下，像素点大的的条件下，像素点大的CCDCCD芯片可以获芯片可以获得更好的拍摄效果。大的像素点有更得更好的拍摄效果。大的像素点有更好的电荷存储能力，因此可提高动态好的电荷存储能力，因此可提高动态范围及其他指标。范围及其他指标。（四）（四）CCD图像传感器的应用图像传感器的应用 线阵线阵CCD在扫描仪在扫描仪中的应用中的应用 线阵线阵CCD在图像扫描中的应用在图像扫描中的应用 线线阵阵CCD摄像机可摄像机可用于彩色印刷中的用于彩色印刷中的套色工艺监控套色工艺监控 风云一号卫星可以对风云一号卫星可以对地球上空的云层分布地球上空的云层分布进行逐行扫描进行逐行扫描线阵线阵CCD用于字符识别用于字符识别线阵线阵CCDCCD用在轧机系统带材对中控制（用在轧机系统带材对中控制（CPCCPC）西西安安理理工工大大学学信信息息与与控控制制工工程程研研究究中中心心研研制制线阵线阵CCDCCD用在轧机系统带材对中控制（用在轧机系统带材对中控制（CPCCPC）基本原理：基本原理：采用两只线阵采用两只线阵CCDCCD光电光电检测头，分辩率检测头，分辩率50005000线，通线，通过分别检测操作侧和传动侧过分别检测操作侧和传动侧带钢边缘来确定带钢的中心带钢边缘来确定带钢的中心位置。位置。每只线阵每只线阵CCDCCD光电检测光电检测头检测带钢边缘位置的范围头检测带钢边缘位置的范围为为300mm300mm，检测精度为，检测精度为 0.2mm0.2mm，数字量输出，数字量输出（RS485RS485）。灯箱采用发光二）。灯箱采用发光二级管。级管。线阵线阵CCDCCD用在轧机系统带材对中控制（用在轧机系统带材对中控制（CPCCPC）线阵线阵CCDCCD用在轧机系统带材对中控制（用在轧机系统带材对中控制（CPCCPC）线阵线阵CCDCCD用在带钢表面缺陷检测中的应用用在带钢表面缺陷检测中的应用该系统用该系统用CCDCCD摄像头采集生产线上带钢的表面图像，通过摄像头采集生产线上带钢的表面图像，通过图像处理和模式识别算法对图像进行实时的分析和处理，图像处理和模式识别算法对图像进行实时的分析和处理，以检测产品的表面是否存在着缺陷，并且获取缺陷的尺寸、以检测产品的表面是否存在着缺陷，并且获取缺陷的尺寸、部位、类型、等级等信息，从而达到在线评估和控制产品部位、类型、等级等信息，从而达到在线评估和控制产品表面质量的目的。表面质量的目的。线阵线阵CCDCCD用在带钢表面缺陷检测中的应用用在带钢表面缺陷检测中的应用直接照明直接照明 暗场（暗场（Dark Field）照明）照明 背光照明背光照明 同轴照明同轴照明 漫射照明漫射照明 常用照明方式常用照明方式 CCD数码照相机数码照相机 数码相机简称数码相机简称DCDC，它采用它采用CCDCCD作为作为光电转换器件，将被摄物体的图像以光电转换器件，将被摄物体的图像以数字形式记录在存储器中。数字形式记录在存储器中。数码相机从外观看，也有光学镜数码相机从外观看，也有光学镜头、取景器、对焦系统、光圈、内置头、取景器、对焦系统、光圈、内置电子闪光灯等，但比传统相机多了液电子闪光灯等，但比传统相机多了液晶显示器（晶显示器（LCDLCD），），内部更有本质的区内部更有本质的区别，其快门结构也大不相同。别，其快门结构也大不相同。CCD用于图像记录用于图像记录 三基色分离原理三基色分离原理CCD数码照相机的结构数码照相机的结构CCD数码显微镜数码显微镜拍摄的金属表面显微照片拍摄的金属表面显微照片CCD数码摄像机数码摄像机CMOS图像传感器图像传感器 CMOS图像传感器是采用互补金属图像传感器是采用互补金属-氧氧化物化物-半导体工艺制作的另一类图像传感器，半导体工艺制作的另一类图像传感器，简称简称CMOS。现在市售的视频摄像头多使用现在市售的视频摄像头多使用CMOS作为光电转换器件。虽然目前的作为光电转换器件。虽然目前的CMOS图像传感器成像质量比图像传感器成像质量比CCD略低，但略低，但CMOS具有体积小、耗电量小、售价便宜的具有体积小、耗电量小、售价便宜的优点。随着硅晶圆加工技术的进步，优点。随着硅晶圆加工技术的进步，CMOS的各项技术指标有望超过的各项技术指标有望超过CCD，它在图像传它在图像传感器中的应用也将日趋广泛。感器中的应用也将日趋广泛。CMOS视频摄像头视频摄像头 带红外带红外LED照明的照明的CMOS视频摄像头视频摄像头CMOS视频摄像头的外部结构视频摄像头的外部结构CMOS视频摄像头的外形及内部结构视频摄像头的外形及内部结构Senses of Robotics 7.3 7.3 视觉信息的获取视觉信息的获取 2.视觉传感器 （2）图像的投影。O ：原点，透镜中心。Z轴：光轴，摄像机的前方。xy轴：组成图像面。P点：物体上一点。p点：P在图像面上的投影。图象的形成过程图象的形成过程和和摄像机针孔模型摄像机针孔模型O Ou u摄像机坐标系摄像机坐标系摄像机坐标系摄像机坐标系y yx xv v图像坐标系图像坐标系图像坐标系图像坐标系世界坐标系世界坐标系世界坐标系世界坐标系1 1 1 1、世界坐标系：、世界坐标系：、世界坐标系：、世界坐标系：2 2 2 2、摄像机坐标系：、摄像机坐标系：、摄像机坐标系：、摄像机坐标系：3 3 3 3、图像坐标系、图像坐标系、图像坐标系、图像坐标系:说明：说明：为了校正成像畸变为了校正成像畸变用理想图像坐标系用理想图像坐标系 和真实图像坐标系和真实图像坐标系 分别描述畸变前后的坐标关系分别描述畸变前后的坐标关系 坐标系摄像机光学成像过程的四个步骤 刚体变换刚体变换透视投影透视投影畸变校正畸变校正数字化图像数字化图像世界坐标系世界坐标系摄像机坐标系摄像机坐标系真实图像坐标系真实图像坐标系数字化图像坐标系数字化图像坐标系理想图像坐标系理想图像坐标系1 1 1 1、刚体变换公式、刚体变换公式、刚体变换公式、刚体变换公式齐次坐标形式齐次坐标形式齐次坐标形式齐次坐标形式C CB B物体物体A AB B图像图像O Of=OB f=OB 为透镜的焦距为透镜的焦距m=OC m=OC 为像距为像距n=AO n=AO 为物距为物距 一般地由于一般地由于 于是于是 这时可这时可以将透镜成像模型近以将透镜成像模型近似地用小孔模型代替似地用小孔模型代替 2、透视投影透镜成像原理图 o o o o写成齐次坐标形式为写成齐次坐标形式为 2、透视投影小孔成像模型写成齐次坐标形式为写成齐次坐标形式为 2、中心透视投影模型o o o of f f fPosition with distortionPosition with distortionIdeal PositionIdeal Positiondrdr :radial distortion :radial distortiondtdt :tangential:tangential distortiondistortion3、畸变校正径向和切向畸变径向畸变径向畸变离心畸变离心畸变薄透镜畸变薄透镜畸变径向失真径向失真切向失真切向失真 a :barrel distortionb :pincushion distortionab3 3、畸变校正、畸变校正其它畸变类型其它畸变类型桶形畸变桶形畸变a a和和枕形畸变枕形畸变b b 薄棱镜畸变薄棱镜畸变 Axis of min tangentialdistortionAxis of maxTangentialdistortion 在在 中的坐标为中的坐标为 象素在轴上的物理尺寸象素在轴上的物理尺寸为 彷射变换彷射变换彷射变换彷射变换4、图像数字化U U U UC C C CV V V V齐次坐标形式齐次坐标形式:其中其中摄像机的内参数矩阵摄像机的内参数矩阵K线性摄像机成像模型图像物理坐标系图像物理坐标系图像像素坐标系图像像素坐标系摄像机坐标系摄像机坐标系世界坐标系世界坐标系图像像素坐标系图像像素坐标系世界坐标系世界坐标系最终得到：最终得到：这是忽略畸变的线性成像模型这是忽略畸变的线性成像模型传统的摄像机标定方法传统的摄像机标定方法特点特点要求摄像机标定块，算法复杂，精度高要求摄像机标定块，算法复杂，精度高直接线性变换（直接线性变换（DLT变换）变换）DLT:DirectLinearTransformationAbdal-Aziz和Karara于70年代初提出了直接线性变换像机定标的方法，他们从摄影测量学的角度深入的研究了像机图像和环境物体之间的关系，建立了像机成像几何的线性模型，这种线性模型参数的估计完全可以由线性方程的求解来实现。DLTDLT变换变换直接线性变换是将像点和物点的成像几何关系在齐次坐标下写成透视投影矩阵的形式：DLTDLT变换变换其中 为图像坐标系下的点的齐次坐标，为世界坐标系下的空间点的欧氏坐标，为 的透视投影矩阵，为未知尺度因子。DLTDLT变换变换消去 ，可以得到方程组:当已知 个空间点和对应的图像上的点时，可以得到一个含有2*个方程的方程组：DLTDLT变换变换其中 为 的矩阵，为透视投影矩阵元素组成的向量 。DLTDLT变换变换 像机定标的任务就是寻找合适的 ，使得 为最小，即 给出约束：为 的前11个元素组成的向量，为 前11列组成的矩阵，为 第12列组成的向量。Senses of Robotics 7.3 7.3 视觉信息的获取视觉信息的获取 3.形状传感器 （1）利用CCD摄像机拍摄穿透光。热噪声的干扰。透明物体不能准确识别。（2）若形状有特征，可用轮廓识别物体。例：由手印鉴别每个人。由形状识别机械零件。Senses of Robotics 7.3 7.3 视觉信息的获取视觉信息的获取 4.光切断传感器 将通过狭缝照射的面状光投射到物体上，再检测反射光。:狭缝光源的俯角。2d:投射在物体上的两直线光 源间的距离。LWH:分别是物体的长宽高。Senses of Robotics 7.3 7.3 视觉信息的获取视觉信息的获取：物体与传送带所成的角度。W：物体上照射线的长度。l：物体在传送带上所占的长度。可以检测物体的宽度W和长度l Senses of Robotics 7.3 7.3 视觉信息的获取视觉信息的获取 5.全方位视觉传感器 （1）使摄像机回转的方式。（2）带有特殊反射镜的摄像机。（如图）Senses of Robotics 7.3 7.3 视觉信息的获取视觉信息的获取 5.全方位视觉传感器 镜面双曲面方程表达式：P：空间内一点。p：P在摄像机上所成的像。OM