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          生產一部智能機器人需要應用多少種傳感器?

          發表時間:2021-05-23 17:00【 閱讀量:-

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            機器人傳感器的類型:


            有多種傳感器可供選擇,我們將確定幾種傳感器的特性,并了解它們的使用原因和使用位置。


            光線感應器


            光傳感器用于檢測光并產生電壓差。機器人中通常使用的兩個主要光傳感器是光電電阻器和光伏電池。很少使用其他類型的光傳感器,例如光電管,光電晶體管,CCD等。


            光敏電阻是一種類型的電阻器,其電阻隨光的強度變化而變化的;更多的光導致更少的電阻,更少的光導致更大的電阻。這些便宜的傳感器可以在大多數依賴光的機器人中輕松實現。


            光伏電池將太陽輻射轉換成電能。如果您打算建造一個太陽能機器人,這將特別有用。盡管光伏電池被認為是一種能源,但結合了晶體管和電容器的智能實現可以將其轉換為傳感器。


            聲音感應器


            顧名思義,該傳感器(通常是麥克風)會檢測聲音并返回與聲級成正比的電壓??蓪⒁粋€簡單的機器人設計為根據其接收到的聲音進行導航。想象一下,一個機器人向右轉一拍,向左轉兩拍。復雜的機器人可以使用同一麥克風進行語音和語音識別。


            實施聲音傳感器并不像光傳感器那樣容易,因為聲音傳感器會產生很小的電壓差,應將其放大以產生可測量的電壓變化。


            溫度感應器


            如果您的機器人必須在沙漠中工作并傳遞環境溫度怎么辦?簡單的解決方案是使用溫度傳感器。微小的溫度傳感器IC為溫度變化提供電壓差。很少使用的溫度傳感器IC是LM34,LM35,TMP35,TMP36和TMP37。


            接觸式傳感器


            接觸傳感器是那些需要與其他物體發生物理接觸才能觸發的傳感器。按鈕開關,限位開關或觸感保險杠開關都是接觸式傳感器的示例。這些傳感器主要用于避障機器人。當這些開關碰到障礙物時,它會觸發機器人執行某項任務,該任務可能是倒車,轉動,打開LED,停止等。還有一些電容式接觸傳感器僅對人的觸摸有反應(不確定它們是否對人的反應做出反應)動物觸摸)。觸摸屏如今可用的智能手機使用電容式觸摸傳感器(不要與基于觸控筆的舊型號混淆)。接觸式傳感器可以輕松實現,但缺點是它們需要物理接觸。換句話說,您的機器人只有在碰到物體后才會轉動。更好的替代方法是使用接近傳感器。


            接近傳感器


            這是一種傳感器,可以在給定距離內檢測到附近物體的存在,而無需任何物理接觸。接近傳感器的工作原理很簡單。發射器發射電磁輻射或產生靜電場,而接收器接收并分析返回信號是否中斷。接近傳感器有不同類型,我們將僅討論其中幾種通常用于機器人的傳感器。


            1.紅外(IR)收發器:紅外LED發出一束紅外光,如果發現障礙物,該光將被簡單地反射回去,并由IR接收器捕獲。很少有IR收發器也可以用于距離測量。


            2.超聲波傳感器:這些傳感器會產生高頻聲波。收到的回聲表明物體中斷。超聲波傳感器也可以用于距離測量。


            3.光敏電阻:光敏電阻是一種光傳感器;但是,它仍然可以用作接近傳感器。當物體靠近傳感器時,光量會發生變化,進而改變光敏電阻的電阻??梢詸z測到并處理此更改。


            有很多不同種類的接近傳感器,對于機器人來說,通常只有少數幾個是首選的。例如,可以使用電容式接近傳感器來檢測周圍的電容變化。感應式接近傳感器通過使用感應磁場來檢測物體和距離。


            距離感應器


            大多數接近傳感器也可以用作距離傳感器,或通常稱為范圍傳感器;紅外收發器和超聲波傳感器最適合距離測量


            1.超聲波距離傳感器:傳感器發出超聲波脈沖并被接收器捕獲。由于空氣中的聲音速度幾乎恒定,為344m/s,因此計算發送和接收之間的時間即可得出機器人與障礙物之間的距離。超聲波距離傳感器對于水下機器人特別有用。


            2.紅外距離傳感器:紅外電路是根據三角測量原理設計的,用于距離測量。發射器發送一個IR信號脈沖,如果有障礙物,則由接收器檢測到,并根據接收信號的角度計算距離。SHARP擁有一系列IR收發器,它們對于距離測量非常有用。使用幾個發送器和接收器進行簡單的發送和接收仍可以完成距離測量,但是如果需要精度,則最好使用三角測量法


            3.激光距離傳感器透射激光,捕獲并分析反射光。通過計算光速和光反射回接收器所花費的時間來測量距離。這些傳感器對于較長距離非常有用。


            4.編碼器:這些傳感器(實際上不是傳感器,而是不同組件的組合)將軸或車輪的角位置轉換為模擬或數字代碼。最受歡迎的編碼器是光學編碼器,它包括轉盤,光源和光檢測器(通常是紅外發射器和紅外接收器)。旋轉盤上涂有或印刷有透明和不透明的圖案(或只有黑白圖案)。當磁盤與輪子一起旋轉時,發出的光會中斷,從而產生信號輸出。發生中斷的次數和輪子的直徑可以共同給出機器人行進的距離。


            5.立體攝像機:兩個彼此相鄰放置的攝像機可以利用其立體視覺提供深度信息。對于具有最小處理能力和內存的機器人來說,處理從相機接收到的數據是困難的。如果選擇,它們將為您的機器人增添寶貴的力量。


            還有其他拉伸和彎曲傳感器也可以測量距離。但是,它們的范圍非常有限,以至于幾乎對移動機器人毫無用處。


            壓力傳感器


            顧名思義,壓力傳感器可測量壓力。觸覺壓力傳感器對觸摸,力和壓力敏感,因此在機器人技術中非常有用。如果您設計了機械手,并且需要測量握住物體所需的抓握力和壓力,那么這就是您要使用的方式。


            傾斜傳感器


            傾斜傳感器測量物體的傾斜。在典型的模擬傾斜傳感器中,少量汞懸浮在玻璃燈泡中。當汞流向一端時,它會閉合一個開關,這表明傾斜。


            導航/定位傳感器


            這個名字說明了一切。定位傳感器用于估計機器人的位置,其中一些用于室內定位,而其他一些則用于室外定位。


            GPS(全球定位系統):最常用的定位傳感器是GPS。繞地球運行的衛星發送信號,而機器人上的接收器則獲取這些信號并進行處理。處理后的信息可用于確定機器人的大概位置和速度。這些GPS系統對室外機器人非常有幫助,但在室內會失效。它們現在也很昂貴,如果價格下降,很快您就會看到大多數帶有GPS模塊的機器人。


            數字電磁羅盤:與手持式電磁羅盤類似,數字電磁羅盤可利用地球磁場提供方向性測量,從而以正確的方向引導機器人到達目的地。與GPS模塊相比,這些傳感器價格便宜,但如果同時需要位置反饋和導航,則指南針與GPS模塊一起使用效果最佳。飛利浦KMZ51足夠靈敏,可以檢測地球的磁場。


            本地化:本地化是指在復雜環境中自動確定機器人位置的任務。本地化基于稱為地標的外部元素,可以是人工放置的地標,也可以是自然地標。在第一種方法中,將人造地標或信標放置在機器人周圍,并且機器人的傳感器捕獲這些信號以確定其確切位置。自然地標可以是門,窗,墻等,這些都可以由機器人傳感器/視覺系統(相機)感測到??梢允褂蒙蒞i-Fi,藍牙,超聲波,紅外,無線電傳輸,可見光或任何類似信號的信標來實現本地化。


            加速度傳感器


            加速度計是一種測量加速度和傾斜度的設備。有兩種可能會影響加速度計的力:靜態力和動態力


            靜力:靜力是任何兩個對象之間的摩擦力。例如,地球的重力是靜態的,它將物體拉向它。測量此重力可以告訴您機器人的傾斜角度。此測量在平衡機器人中非常有用,或者可以告訴您機器人是在上坡行駛還是在平坦的地面上行駛。


            動態力:動態力是移動物體所需的加速度。使用加速度計測量該動態力可以告訴您機器人運動的速度/速度。如果需要,我們還可以使用加速度計來測量機器人的振動。


            加速度計具有不同的風格。始終選擇最適合您的機器人的機器人。選擇加速度計之前需要考慮的一些因素是:


            輸出類型:模擬或數字


            軸數:1,2或3


            加速度計擺幅:±1.5g,±2g,±4g,±8g,±16g


            靈敏度:更高或更低(越高越好)


            帶寬


            陀螺儀


            陀螺儀或簡稱為陀螺儀是一種利用角動量原理測量并幫助保持方向的設備。換句話說,陀螺儀用于測量圍繞特定軸的旋轉速率。當您希望機器人不依賴地球重力來保持方向時,陀螺儀特別有用。(與加速度計不同)


            國際貨幣聯盟


            慣性測量單元結合了兩個或多個傳感器的特性,例如加速度計,陀螺儀,磁力計等,以測量方向,速度和重力。簡而言之,IMU能夠通過檢測物體方向(俯仰,滾動和偏航),速度和重力的變化來提供反饋。很少有IMU走得更遠,并結合提供位置反饋的GPS設備。


            電壓傳感器


            電壓傳感器通常將較低的電壓轉換為較高的電壓,反之亦然。一個示例是一種通用運算放大器(Op-Amp),它可以接收低電壓,對其進行放大,然后生成較高的電壓輸出。很少使用電壓傳感器來找到兩端之間的電位差(電壓比較器)。甚至一個簡單的LED都可以充當電壓傳感器,該電壓傳感器可以檢測電壓差并點亮。(此處未考慮當前要求)


            電流傳感器


            電流傳感器是電子電路,用于監視電路中的電流并輸出成比例的電壓或電流。大多數電流傳感器輸出的模擬電壓在0V至5V之間,可以使用微控制器進行進一步處理。


            其他機器人傳感器


            如今,有數百種傳感器可以感知幾乎所有您能想到的東西,并且幾乎不可能列出所有可用的傳感器。除了上面提到的那些傳感器外,還有許多其他傳感器用于特定應用。例如:濕度傳感器可測量濕度;氣體傳感器設計用于檢測特定氣體(對于檢測氣體泄漏的機器人很有幫助);電位器用途廣泛,可用于多種不同的應用中。磁場傳感器檢測周圍的磁場強度。


            結論


            可以使用一對光敏電阻或一個紅外傳感器來構建一個簡單的避障機器人。機器人越復雜,傾向于使用的傳感器數量就越多。單個任務可能需要結合使用不同的傳感器,或者可以使用單個傳感器來完成不同的任務。有時,可以從許多可用傳感器中的任何一個執行任務。根據可用性,成本和易用性來確定最佳傳感器。

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